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量子點

  量子點材料及其封裝方式

  

量子點是一種新型的納米材料,一般為直徑在2到20納米之間的球形或類球形。因尺寸的范圍特殊,它擁有不同于宏觀材料的優越性能。量子點最重要的光學特性在于可以通過改變尺寸大小使其發射光譜覆蓋整個可見光區。除此之外,激發譜寬、發射譜窄、斯托克斯位移較大、熒光壽命長和生物相容性好等諸多優勢,使得量子點成為發光領域的研究熱點。

 

量子點發光材料的種類繁多,以CdSe為代表的Ⅱ~Ⅵ量子點研究的最早,技術也最為成熟,是目前使用最多的材料。該類材料的半峰寬在30~50nm之間,在精細的合成條件與結構的控制下,其半峰寬可以小于30nm,與此同時,材料的熒光

 

量子產率也逐步提升已經接近100%。然而,限制這類材料發展的最主要因素還是Cd元素的存在,在無Cd量子點材料中,以 InP為代表的Ⅲ~Ⅴ族量子點發展也相對成熟,熒光量子產率略低,一般在70%左右,在發光峰的半峰寬方面,InP量子點要比CdSe量子點寬很多,核殼結構的綠光 InP/ZnS量子點的半峰寬為40~50nm,紅光 InP/ZnS量子點為~55nm,性能有待提升。此外,近兩年來出現的ABX3型鈣鈦礦量子點材料引起人們的密切關注。該材料的發光波長在可見光區內能夠很容易地進行調節,無須包覆核殼結構,材料的熒光量子產率經過優化之后已經超過90%,半峰寬更是低至~15nm,通過模擬計算,使用該量子點發光材料的顯示器件色域值可達140%NTSC,表現出巨大的應用潛力。這些材料可以通過兩種形式應用在發光器件中:一是將它們作為GaN基LED中的光轉換層,有效吸收藍光,發射出波長在可見光范圍內精確可調的各色光,即替代目前的稀土熒光粉;二是利用量子點材料的電致發光特性,將其涂敷于薄膜電極之間而發光。

 

 

量子點應用在照明領域中,可以在一定波段內獲得任意波長的光譜,而且其發射光的波長半寬度在20 nm以下,因而能夠呈現出更加飽和的光色。該材料兼具色純度高、發光顏色可調、發射光譜窄以及熒光量子產率高等特點,能夠優化LCD背光中的光譜成分,提高液晶顯示器色彩表現力,顯著提升顯示器件的色域。

對量子點的封裝主要分為以下三種:

 

 1)芯片封裝型(on-chip)。在這種結構中,量子點發光材料替代傳統的熒光粉材料封裝在貼片藍光LED中,這也是量子點應用于照明的主要封裝方式。此方式應用于背光顯示,還需要根據背光模組的尺寸將得到的貼片白光 LED焊接制成的 LED燈條。這種結構的優勢在于量子點發光材料的用量非常小,降低了成本。然而,這種結構對量子點材料的穩定性要求非常高。

 

 2)光學膜集成型(on-surface)。這種結構主要適用于背光。量子點發光材料制成光學膜以遠程封裝的形式應用到背光模組中,量子點材料制成的光學膜位于背光模組中導光板的正上方。此結構中,量子點光學膜的大面積制備成本高是限制其大規模應用的重要原因之一。

 

 3)側管封裝型(on-edge)。這是對以上兩種結構的折中方式,先將量子點材料封裝成長條狀,然后置于藍光LED燈條和導光板的側邊,一方面能夠降低藍光LED的熱輻射和光輻射對量子點發光材料的影響,另一方面還能夠減少實際應用中量子點發光材料的消耗量

 


 

量子點在發光領域表現出巨大優勢的同時,也遇到諸多問題需要解決。比如,將材料中的重金屬Cd降低或取代的同時提高其熱穩定性和光穩定性;開展量子點材料與無機基質材料的復合,改善封裝結構,以保障量子點材料本身性能的最大發揮;新型上轉換量子點材料的開發和有效利用;實現成本的降低并工業量產等。這些將需要科研界與工業界攜手推進,共同努力。

 
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