基于单相双发射量子点的新型白光LED关键技术及相关机理研究

Quantum dots (QDs) are bandgap-tunable materials by the size, and as a result, their fluorescence characteristics can also be varied. QDs have several optical merits, such as a narrow and symmetric emission spectrum and outstanding photochemical stability. For this reason, QDs have found many applications in light-emitting diodes (LEDs). The band structure of QDs can be controlled by shell coating, doping and alloying to obtain a series of dual emitting QDs. A white LED (WLED) lamp can be fabricated using a commercial blue-LED chip combined with the QDs phosphors as color converters. As-fabricated WLED showed improved color rendering properties, compared to commercial ones. These results indicate that these single-phase QDs phosphors are promising as versatile light-emitting materials for solid-state lighting applications, because of the flexibly tunable dual emission position in the Vis-to-NIR region. In addition, the formation mechanism of the core-shell structure and the emission mechanism of the doped and alloyed QDs are studied.

量子点材料具有尺寸依赖的光电学性质，较高的荧光量子效率和光化学稳定性，在新型固态照明LED领域具有极大的应用前景，成为目前新型LED发光材料的研究热点。量子点LED由于发光性能良好、使用寿命长，有望逐步取代传统照明电器成为新的“绿色”发光光源。本项目利用以能带工程为手段的量子点材料新型合成方法，即将核壳包覆、掺杂与合金化技术相结合，以与尺寸效应不一样的新途径来调节量子点材料的电子能级结构，从而获得具有与原量子点不一样的独特性质的单相双发射量子点新材料；在此基础上，进行新型量子点白光LED器件的组装，实现高质量的白光输出，具有较强的现实应用价值。同时，我们还深入研究核壳结构量子点的生长机理；探索掺杂和合金化对量子点电子能级结构的影响规律，确定相关的量子点发光机理和双发射竞争机制，为基于单相双发射量子点的新型高质量白光LED在未来的显示和照明领域扮演重要角色提供理论和技术基础。

本项目围绕基于单相双发射量子点的新型高质量白光LED的关键技术及相关机理展开了系统的研究。主要研究内容包括单相双发射量子点材料的设计与制备、双发射量子点材料的可控生长及发光机理研究、量子点白光LED器件的组装及其性能研究三个方面，取得了以下主要成果：.1）通过掺杂、核壳结构和合金化三个能带工程手段的结合，发展了一种绿色环保单相双发射量子点的新型制备技术。.2）通过优化合成工艺，研究了单相双发射量子点的可控生长，实现了对量子点能带结构的合理调控，获得了高稳定性、高量子产率（最高可达约80%）的单相双发射量子点发光材料。.3）探索了掺杂和合金化对量子点能带结构的影响，确立了单相双发射量子点发光机理、双发射竞争机制以及自吸收现象的改进机制。.4）完成了基于双发射量子点的白光LED器件的组装，优化了器件结构参数，研制了高性能量子点白光LED器件（显色指数CRI>85，色质指数CQS>85），为新型高质量白光LED在未来的显示和照明领域扮演重要角色提供理论和技术基础。.5）申请专利3项，成果转化1项；发表学术论文30余篇；参加国内外学术会议20余次；联合培养博士后1名，博士、硕士研究生10余名；多名博士、硕士荣获国家奖学金；1名博士荣获校学术之星特等奖；指导13名本科生毕业论文，其中4名本科生毕业论文入选《复旦大学优秀本科生毕业论文选编》；荣获海洋王奖教金、豪尔赛照明奖、长春光学会议优秀海报奖、陆宗霖奖教金、“钟扬式”好老师等荣誉；主编专著1本，参编著作1本。