量子点为荧光转换的白光LED封装技术及器件研究

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发光二极管(Light emitting diode,LED)是一种固态的半导体器件,被广泛应用于日常生活的诸多领域如生活照明、交通指示、显示背光源等。但是,目前基于荧光粉与GaN基蓝光芯片封装的白光LED背光模组存在色域低的问题,其显示画面质量差,急需提出一种新的白光LED背光技术。而量子点是一种新型的纳米晶发光材料,由于具有发光波长尺寸可调、色纯度高、发光效率好等一系列优点而倍受关注,其广泛应用于发光二极管、太阳能电池、激光器、探测器以及生物标记等领域。由于量子点材料发光色纯度高,代替荧光粉能够有效改善白光LED背光源的色域,近年来关于量子点的白光LED背光模组的研究受到研究院所和产业界的广泛关注。  为了实现广色域的量子点白光LED背光技术,市场上普遍采用量子点玻璃光轨或量子点荧光增强薄膜,存在成本高,良率低的缺点。本研究采用量子点为荧光转换材料与GaN基蓝光芯片直接封装成白光LED,重点研究热固化和UV固化的量子点白光LED封装技术,研究内容主要包括:  (1)UV固化的量子点封装白光LED  量子点白光LED是基于量子点光致发光的原理,采用CdSe/ZnS壳核结构量子点代替荧光粉涂覆在GaN基蓝光LED芯片上制成LED器件,调节红、绿量子点在固化胶中的比例来实现白光发射。同时采用了UV固化的方式按同样步骤制备量子点白光LED,并与热固化的LED进行对比分析。发现UV固化能改善绿光量子点的稳定性,可能是热固化导致量子点聚集和表面配体脱离,而UV固化能减小量子点的聚集,使分散更均匀。根据两种固化方式得到的结果提出热固化与UV固化的分层封装结构,即在蓝光LED芯片上热固化一层红光量子点然后再UV固化一层绿光量子点,结果发现这种分层封装结构对增强量子点白光LED器件的稳定性和发光性能有较大的提升。  (2)量子点和荧光粉封装的白光LED  为了解决YAG∶Ce荧光粉的红光部分缺失导致显色性差的缺陷,采用CdSe/ZnS核壳结构红光量子点和YAG:Ce荧光粉与有机硅胶混合,然后与GaN基蓝光LED芯片封装成白光LED,通过调节红光量子点的共混比例能提升白光LED的显色性。另外,在室温下20 mA电流的驱动下对其进行老化测试,经过1000多小时恒流老化测试,荧光粉和量子点混合荧光转换的白光LED光衰较小。  (3)大功率型LED老化测试  大功率型LED的寿命关系到LED在日常生活的应用和推广,一般传统的LED寿命测试是直接在室温环境下测量其光衰减来获取LED寿命,实验时间太长不能满足消费市场的需求,因此采用国家半导体照明工程研发及产业联盟标准化委员会(CSAS)制定发布的联盟标准CSA020《LED照明产品加速衰减试验方案》对飞利浦、欧司朗和广州正本三家公司的白光LED灯泡进行加速老化测试,从实验数据得到的结果说明这些产品都符合CSA020提供的试验方法。
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