白光LED用石墨烯改性的量子点-聚合物复合材料制备及其发光机理研究

The emerging quantum dots white LEDs (QD-WLED) hold huge application prospects in the new generation solid state lighting and display technologies. QD composite materials are the key for QD-WLED. However, current QD composite materials have disadvantages of poor ability to resist oxygen and moisture infiltration, low thermal stability and reliability, which have become the bottleneck of developing this new technology. In this proposal, we will propose a new QD - polymer composite material for WLED based on graphene modification and focus on application fundamental study of the mechanism of photoluminescence, the characteristics of light extraction and the stability of resisting oxygen and moisture infiltration of this new material. The study mainly include: Revealing the mechanism and ways of light energy generation, transmission and dissipation in the system containing LED chip, QD, graphene and polymer together; Clarifying the effects and mechanism of graphene on enhancing the ability to resist oxygen and moisture infiltration and thermal stability of this QD composite material; Establishing co-optimized design method for QD composite materials based on multiple factors (e.g. materials, structures and processes). This proposal is aimed at breaking through the current technical bottleneck and providing a new solution for achieving QD – polymer composite material with high light output efficiency, high oxygen, moisture and thermal stabilities, and high reliability. This research will establish a foundation both in theory and technique for the industrialization of high performance QD-WLED.

新兴的量子点白光LED在新一代半导体照明与显示技术中蕴育着巨大的应用前景，量子点复合材料则是其中的核心支撑材料。然而，现有量子点复合材料抗氧气水汽渗入能力差，热稳定性欠佳，可靠性较差，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。本项提出了一种基于石墨烯改性的白光LED用新型量子点-聚合物复合材料，并进行其发光机理、出光特征、氧热湿稳定性及制备工艺的应用基础研究。主要包括：揭示LED芯片、量子点、石墨烯和聚合物四者共存体系中光能量产生、传输与耗散的机理与途径；阐明石墨烯改性对提高量子点复合材料抗氧气水汽渗入能力和热稳定性的作用机理；建立基于多因素（材料、结构、工艺）的量子点复合材料协同优化设计方法。本项目旨在突破现有技术瓶颈，为高光效、高氧热湿稳定性、高可靠性量子点-聚合物复合材料提供一种新的解决思路，为高性能量子点白光LED的产业化实现奠定理论和技术基础。

新兴的量子点白光LED在新一代半导体照明与显示技术中蕴育着巨大的应用前景。然而，现有量子点复合材料抗氧气水汽渗入能力差，热稳定性欠佳，可靠性较差，成为制约该项技术推广应用的主要瓶颈。本项提出了一种基于石墨烯改性的白光LED用新型量子点-聚合物复合材料，并进行其发光机理、出光特征、稳定性及制备工艺的应用基础研究。阐明了TOP萃取改性TOP-SILAR方法制备高量子产率厚壳量子点的机理，减少了核壳之间的晶格错位，制备出了高量子产率（>90%）的核壳量子点材料；研发了以介孔SiO2为第一载体的量子点荧光微球，并研发了基于石墨烯改性的量子点荧光微球的白光LED，显著提高了量子点白光LED器件的稳定性；基于反向倍加法，建立了量子点复合材料的精确光散射模型，计算出了量子点复合材料的吸收系数、散射系数和各向异性系数，为量子点白光LED器件优化设计提供了理论基础；研究了量子点白光LED的出光与散热特性，优化设计了器件拓扑结构；搭建了量子点复合材料及量子点白光LED加速老化测试平台。量子点白光LED器件光效在Ra为90、R9为95时仍高达142.5lm/W，同时经过168小时85℃/85%RH加速老化后，光效仍能够维持初始值的95%以上，比传统量子点白光LED（初始值的40%）的稳定性显著提升。本项目突破现有技术瓶颈，为高光效、高稳定性量子点-聚合物复合材料提供一种新的解决思路，为高性能量子点白光LED的产业化实现奠定理论和技术基础。依托本项目，发表SCI论文20篇（包括封面文章2篇，影响因子IF>10论文3篇），其中19篇项目负责人为通讯作者；EI论文5篇；申请发明专利8项；获得2015年国家教育部技术发明奖一等奖（大功率LED封装及其应用的关键技术研究）、2016年SID Distinguished Paper Award（国际信息显示学会杰出论文奖）、2017年IEEE ICEPT Outstanding Paper Award（国际电子封装会议杰出论文奖）等奖项。