[發(fā)明專利]一種量子點白光LED及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711291145.1
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108110123B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 韓煒;蔡冬;尉國棟;馬天程
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/50
• 分類號: H01L33/50
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種量子點白光LED及其制備方法，屬于半導體照明領域。其是基于電致發(fā)光的藍光LED芯片，在芯片表面依次涂覆發(fā)紅光的CdSe/CdS/ZnS量子點薄膜層和發(fā)綠光的Cu:ZnInS/ZnS/ZnS:Al量子點薄膜層得到。綠光的Cu:ZnInS/ZnS/ZnS:Al量子點可通過核摻雜Cu²⁺和外部ZnS殼層包覆Al³⁺，提高其光/熱穩(wěn)定性。發(fā)紅光的CdSe/CdS/ZnS梯度合金量子點則提供多殼層保護，減少表面晶格不匹配帶來的缺陷，防止其光退化。分層結(jié)構(gòu)的涂覆方式可明顯抑制量子點間的能量傳遞和重吸收，增加其發(fā)光效率。所制備的量子點白光LED適用于要求低色溫、高顯色指數(shù)、高發(fā)光效率的場合，尤其適用于對發(fā)光穩(wěn)定性有較高要求的顯示、照明領域。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體照明領域，具體涉及一種量子點白光LED及其制備方法。

背景技術

近年來，環(huán)保攻堅戰(zhàn)正在全國乃至全世界打響，咎其原因，無外乎過度的使用生產(chǎn)粗放，耗能大，污染嚴重的產(chǎn)品。隨著人們環(huán)保意識的增強，節(jié)能材料日益受到人們的關注。發(fā)光二極管(LED)以其耗能低、發(fā)熱量小、響應速度快、壽命長、產(chǎn)業(yè)化成熟掀起了照明產(chǎn)業(yè)的第三次革命。通常制備下轉(zhuǎn)換發(fā)光的白光LED有三種思路：一是，采用藍光芯片激發(fā)下轉(zhuǎn)換材料得到黃光混合成白光；二是，采用藍光芯片激發(fā)下轉(zhuǎn)換材料得到綠光和紅光組合成白光；三是，使用紫光芯片激發(fā)下轉(zhuǎn)換材料得到藍光、綠光和紅光混合成白光。目前，商業(yè)上廣泛應用的白光LED以摻鈰釔鋁石榴石(Ce:YAG)為主，采用藍光芯片激發(fā)得到黃光混合成白光。然而，這些Ce:YAG的尺寸一般在微米量級，會帶來嚴重的發(fā)光散射，導致LED器件發(fā)熱嚴重，發(fā)光效率降低。此外，Ce:YAG基白光LED由于缺少紅光部分，其顯色性能差(顯色指數(shù)CRI<80)，無法滿足人們對高質(zhì)量照明、顯示的需要。

量子點為1～100nm的納米晶，具有可調(diào)諧的發(fā)射帶、線寬窄、吸收系數(shù)大、發(fā)光效率高、壽命長等特點，可用來制備高性能的固態(tài)照明、顯示器件。傳統(tǒng)的II-VI和III-V族半導體量子點基白光LED為獲得高性能會采用多種量子點直接混合涂覆的方式，帶來較嚴重的重吸收和能量傳遞，使得制備的LED發(fā)光效率較低。另外，該方法也會因不同量子點的性能不一而出現(xiàn)“短板效應”，對制備工藝過程要求很高，成本難以控制。

近幾年的研究結(jié)果表明，Cu摻雜的量子點不僅能夠保持原量子點光譜可調(diào)諧、發(fā)光效率高等優(yōu)勢，還可以有效地抑制發(fā)光的自吸收效應，同時擁有更寬的光譜可調(diào)節(jié)范圍和更好的光化學穩(wěn)定性等優(yōu)異性質(zhì)。更進一步的，對量子點進行殼層包覆，其發(fā)光穩(wěn)定性的提升效果明顯。為了減少不同量子點發(fā)光的重吸收，可改變發(fā)光層涂覆順序，如紅光量子點層涂覆在下，綠光量子點層涂覆在上，研究結(jié)果表明，采用這種結(jié)構(gòu)能減少量子點間能量傳遞，提高發(fā)光效率。

綜上所述，傳統(tǒng)直接混合方式制備的量子點白光LED發(fā)光具有局限性，在發(fā)光、顯示性能方面無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活需要。但是，綜合使用摻雜、殼層包覆以及結(jié)構(gòu)調(diào)控有望得到性能優(yōu)良的量子點白光LED，可廣泛地應用于商業(yè)領域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是，克服傳統(tǒng)量子點LED發(fā)光穩(wěn)定性低、發(fā)光效率低的不足，基于電致發(fā)光的藍光LED芯片(三安光電，中國)，在芯片表面依次涂覆發(fā)紅光的CdSe/CdS/ZnS量子點薄膜層和發(fā)綠光的Cu:ZnInS/ZnS/ZnS:Al量子點薄膜層；所制備的量子點白光LED適用于要求低色溫、高顯色指數(shù)、高發(fā)光效率的場合，尤其適用于對發(fā)光穩(wěn)定性有較高要求的顯示、照明領域。

本發(fā)明所述一種高性能量子點白光LED的制備方法，其步驟如下：