掺杂量子点/聚合物复合发光材料的制备及新型量子点白光发光二极管的构建

由UV-LED管芯+荧光粉产生白光的单芯片型LED由于具有良好的显色性，可调的色温和可突破日亚专利的封锁而具有广阔的发展前景。但是目前适用于该方式的三基色荧光粉尚未得到很好的解决，由它们制作出的白光LED发光效率较低。本项目将利用高量子效率掺杂ZnSe@SiO2量子点与聚合物封装材料结合形成透光率高的量子点/聚合物复合材料，并将其配合UV-LED获得高效的新型量子点白光发光二极管。研究在低廉的液体石蜡反应体系中制备掺杂ZnSe量子点的机理和实现途径；研究掺杂ZnSe@SiO2复合量子点的结构和组成与其光学性能的关系；研究掺杂ZnSe@SiO2复合量子点的结构和组成与量子点/聚合物复合材料性能的关系，设计和构建优化的复合材料结构并结合UV-LED最终实现高效的白光发光。上述关键科学问题研究对白光发光二极管结构的优化，解决UV-LED激发白光发光二极管的效率低和亮度差的难题具有重要意义。

本项目在液体石蜡体系分别利用“形核掺杂”和“生长掺杂”成功实现了Mn:ZnSe和Cu:ZnSe量子点的制备，其量子效率最高可分别达到45% 和48%，发光波长范围可几乎覆盖可见光波段（460~600 nm）。采用反向微乳液法以甲基胺作为催化剂获得了荧光强度约为原始量子点70%的量子点@SiO2复合纳米颗粒，其粒径在20~40 nm范围可调，同时我们首次采用热处理结合紫外辐照的后处理方法大幅提高了量子点@SiO2复合纳米颗粒的荧光强度，并解释了其机理。我们采用优化的工艺条件将高量子效率掺杂ZnSe@SiO2量子点与聚合物封装材料结合获得了可见光区透过率大于60%的透明量子点/聚合物复合材料，并将其配合UV-LED获得了新型量子点白光发光二极管，在实验上首次克服了白光发光二极管中的重吸收现象。我们将其与基于本征量子点及传统荧光粉的白光发光二极管进行比较发现，其不仅在白光调配上具有明显的优势，同时由于可获得同时兼具发光材料和封装材料的透明量子点/聚合物复合材料，因此可大幅简化白光发光二极管的制备工艺，具有良好的产业化前景。上述研究成果为新型量子点白光发光二极管进一步研发，解决UV-LED激发白光发光二极管的效率低和亮度差的难题打下了良好的基础。