有機(jī)硅功能化碳點(diǎn)的制備及其在白光LED中的應(yīng)用.pdf

1、固態(tài)第四代光源-LED是顯示與照明技術(shù)的核心器件，具有節(jié)能環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益高等諸多優(yōu)勢(shì)。目前，商用LED用光轉(zhuǎn)換材料以稀土摻雜的無(wú)機(jī)熒光粉為主。熒光粉制備條件苛刻，且通常包含昂貴的稀土元素，這些稀土元素有限且會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，熒光粉顆粒不均一，會(huì)存在擋光、漏光問(wèn)題。量子點(diǎn)作為一種光轉(zhuǎn)換材料，通常包含重金屬成分，也是不環(huán)保的，量子點(diǎn)還存在光閃爍與光漂白等問(wèn)題，導(dǎo)致LED性能下降。另外，熒光粉、量子點(diǎn)與LED封裝材料相容性差，容易

2、造成團(tuán)聚，影響器件的穩(wěn)定性與光學(xué)性能。碳點(diǎn)作為一類(lèi)新型碳納米材料，由于其制備方法簡(jiǎn)單、環(huán)保低毒、易于功能化、光化學(xué)性能穩(wěn)定而深受關(guān)注。有機(jī)硅材料具有優(yōu)異的耐高低溫、耐候性、高透過(guò)率與折光率，在LED封裝方面具有廣泛的應(yīng)用。本論文從碳點(diǎn)易于功能化的優(yōu)勢(shì)出發(fā)，制備了三類(lèi)有機(jī)硅功能化的碳點(diǎn)發(fā)光材料，包括綠光發(fā)射的硅油功能化碳點(diǎn)、綠光和紅光發(fā)射的硅烷功能化碳點(diǎn)，并研究其在二基色和三基色白光LED的應(yīng)用。有機(jī)硅功能化碳點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)自固化或共固化封裝，

3、有望在白光LED上發(fā)揮發(fā)光層與封裝層雙重作用，有效避免傳統(tǒng)白光LED光轉(zhuǎn)換與封裝材料的相容性問(wèn)題，為提高LED性能提供新的思路。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)硅油功能化綠光碳點(diǎn)及二基色白光LED:采用一步溶劑熱法制備了氨丙基硅油功能化的綠光碳點(diǎn)，發(fā)光在550 nm（白光LED460 nm激發(fā)），通過(guò)簡(jiǎn)單加熱可自固化封裝得到碳點(diǎn)交聯(lián)硅橡膠，更有利于同時(shí)作為L(zhǎng)ED發(fā)光材料和封裝材料。自封裝后的LED器件白光CIE坐標(biāo)值為(0.3

4、3，0.28)，與標(biāo)準(zhǔn)的白光CIE(0.33，0.33)非常接近。硅油功能化碳點(diǎn)還可與氨丙基硅油實(shí)現(xiàn)不同比例的摻雜，實(shí)現(xiàn)共交聯(lián)固化，得到碳點(diǎn)雜化柔性硅橡膠玻璃（碳點(diǎn)濃度可從10 wt％調(diào)至100 wt％)，具有高透過(guò)率，并可反復(fù)彎折。其中25 wt％的CDs-SR最大彎曲撓度為9.58 mm，曲率半徑為26 mm，彎曲模量較低，為5.2 MPa，邵氏硬度為20A，與報(bào)道的硅橡膠彈性體相似。這些特性在光電子器件，尤其是在柔性電子器件中尤為

5、重要。此外，有機(jī)硅聚合物材料的耐高溫性能使得該類(lèi)碳點(diǎn)材料在LED使用中表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性。因此硅油功能化碳點(diǎn)在白光LED和柔性光電器件領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。
　　(2)紅光碳點(diǎn)及其紅光LED:以對(duì)苯二胺為碳源，一步溶劑熱法制備了紅光碳點(diǎn)。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)條件與反應(yīng)物比例，最終得到高量子產(chǎn)率的紅光碳點(diǎn)(QY:25％)，與文獻(xiàn)報(bào)道類(lèi)似，但是制備方法較文獻(xiàn)簡(jiǎn)單。NaOH使得紅光碳點(diǎn)發(fā)光波長(zhǎng)紅移，且對(duì)提高量子產(chǎn)率有重要的促進(jìn)作用。進(jìn)一步提純

6、紅光碳點(diǎn)，可獲得高量子產(chǎn)率的紅光碳點(diǎn)(Q Y:32.8％)，及硅烷化紅光碳點(diǎn)。結(jié)合紅光碳點(diǎn)與藍(lán)光LED芯片，制備得到碳點(diǎn)基的紅光LED，更加環(huán)保節(jié)能，在紅光顯示和照明具有潛在的應(yīng)用前景。
　　(3)硅烷功能化碳點(diǎn)在三基色白光LED的應(yīng)用:調(diào)節(jié)白光LED中硅烷化綠光碳點(diǎn)與硅烷化紅光碳點(diǎn)的相對(duì)比例，顯色指數(shù)可在69-88范圍內(nèi)調(diào)控，高于硅烷化綠光碳點(diǎn)制備二基色型白光LED(顯色指數(shù)為56-58)，滿足室內(nèi)照明需求。硅烷化紅光碳點(diǎn)的引入

7、可提高LED顯色指數(shù)，同時(shí)使得發(fā)光波長(zhǎng)紅移。色溫可在5592-8732 K范圍內(nèi)調(diào)控，光效最高為54.4 lm/W。并且制備的白光LED的CIE坐標(biāo)可為(0.33，0.33)，與純白光相同。以上表明，硅烷化碳點(diǎn)在三基色白光LED方面具有很好的應(yīng)用前景。硅烷化綠光碳點(diǎn)與硅烷化紅光碳點(diǎn)具有相似的烷氧基硅烷功能基團(tuán)，可共水解縮合形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得硅烷化碳點(diǎn)有望在LED器件中同時(shí)作為發(fā)光層與封裝層。這種方法將有助于避免傳統(tǒng)LED中光轉(zhuǎn)換與封