微纳米结构增强蓝光LED发光效率的研究
Micro-LED全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化
第４３卷㊀第３期２０２２年３月发㊀光㊀学㊀报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥＶｏｌ ４３Ｎｏ ３Ｍａｒ.ꎬ２０２２㊀㊀收稿日期:２０２１￣１１￣２５ꎻ修订日期:２０２１￣１２￣１９㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(Ｕ１８３０１１２)ꎻ江苏省自然科学基金(ＢＫ２０１９１１９５)资助项目ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｕ１８３０１１２)ꎻＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ(ＢＫ２０１９１１９５)文章编号:１０００￣７０３２(２０２２)０３￣０４２１￣０８Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化卢子元１ꎬ２ꎬ庄永漳２ꎬ仉㊀旭２ꎬ王㊀涛２ꎬ谭㊀毅２ꎬ王倩静２ꎬ张晓东２ꎬ３ꎬ蔡㊀勇２ꎬ３ꎬ张宝顺２ꎬ３∗ꎬ张㊀晶１∗(１.长春理工大学光电工程学院ꎬ吉林长春㊀１３００２２ꎻ２.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工平台ꎬ江苏苏州㊀２１５１２３ꎻ３.中国科学技术大学纳米技术与纳米仿生学院ꎬ安徽合肥㊀２３００２６)摘要:将表面配体改性的ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点(Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ)和光刻胶混合ꎬ进而采用光刻工艺在ＩｎＧａＮ/ＧａＮ蓝光Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ上实现了最小尺寸为３μｍ的高分辨率㊁高光效的量子点颜色转换膜层ꎮ同时系统研究了不同厚度和混合比例的量子点膜层的吸收/发射光谱及光致发光量子产率(ＰＬＱＹ)ꎮ为优化光转换效率ꎬ量子点膜层中加入了ＴｉＯ２散射粒子以提高蓝光的吸收效率ꎮ更进一步地ꎬ经过设计引入分布式布拉格反射镜(ＤＢＲ)ꎬ使得未被吸收的蓝光光子回弹到量子点转换膜层ꎬ这不仅提升了蓝光吸收效率ꎬ也增强了转换色彩的饱和度ꎮ同时采用了热激发方式来提升量子点的光致发光量子产率ꎮ为得到更高的显示对比度和色彩饱和度ꎬ引入黑色光阻矩阵来削弱临近图形之间的颜色串扰ꎮ实验结果表明ꎬ该量子点膜层可以用光刻技术实现高分辨率㊁高光效的颜色转换图层ꎬ为单片全彩化Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ显示的发展提供了新颖可靠的技术路线ꎮ关㊀键㊀词:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤꎻ量子点ꎻ分布式布拉格反射镜(ＤＢＲ)ꎻ颜色转换ꎻ散射粒子中图分类号:Ｏ４８２.３１㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３７１８８/ＣＪＬ.２０２１０３６８ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＱｕａｎｔｕｍＤｏｔｓＬａｙｅｒｆｏｒＦｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒＭｉｃｒｏ￣ＬＥＤＤｉｓｐｌａｙＬＵＺｉ￣ｙｕａｎ１ꎬ２ꎬＣＨＯＮＧＷｉｎｇ￣ｃｈｅｕｎｇ２ꎬＺＨＡＮＧＸｕ２ꎬＷＡＮＧＴａｏ２ꎬＴＡＮＹｉ２ꎬＷＡＮＧＱｉａｎ￣ｊｉｎｇ２ꎬＺＨＡＮＧＸｉａｏ￣ｄｏｎｇ２ꎬ３ꎬＣＡＩＹｏｎｇ２ꎬ３ꎬＺＨＡＮＧＢａｏ￣ｓｈｕｎ２ꎬ３∗ꎬＺＨＡＮＧＪｉｎｇ１∗(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏ￣ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２２ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＮａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｍａｒｔＳｙｓｔｅｍｓꎬＳｕｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮａｎｏ￣ＴｅｃｈａｎｄＮａｎｏ￣ＢｉｏｎｉｃｓꎬＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓꎬＳｕｚｈｏｕ２１５１２３ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｎｏ￣ＴｅｃｈａｎｄＮａｎｏ￣ＢｉｏｎｉｃｓꎬＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｈｉｎａꎬＨｅｆｅｉ２３００２６ꎬＣｈｉｎａ)∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒｓꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｂｓｚｈａｎｇ２００６＠ｓｉｎａｎｏ.ａｃ.ｃｎꎻｚｈａｎｇｊｉｎｇｃｕｓｔ＠ｃｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬｃｏｌｌｏｉｄａｌＣｄＳｅ/ＺｎＳｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ(ＱＤｓ)ｗｉｔｈｍｏｄｉｆｉｅｄｌｉｇａｎｄｓａｒｅｄｉｓｐｅｒｓ￣ｅｄｉｎｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｄｔｈｅｎｐａｔｔｅｒｎｅｄｏｎｂｌｕｅＩｎＧａＮ/ＧａＮＭｉｃｒｏ￣ＬＥＤｂｙｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｐｒｏｃｅｓｓꎬｄｅｍｏｎ￣ｓｔｒａｔｉｎｇａｈｉｇｈ￣ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｗｉｔｈｃｒｉｔｉｃａｌｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆ３μｍ.Ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ/ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｑｕａｎｔｕｍｙｉｅｌｄ(ＰＬＱＹ)ｏｆｔｈｅＱＤｓｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒ(ＣＣＬ)ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｍｉｘｉｎｇｒａｔｉｏａｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｏｉｍ￣ｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬＴｉＯ２ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｄｉｆｆｕｓｅｄｉｎｔｏｔｈｅＱＤｓＣＣＬｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｂｌｕｅｌｉｇｈｔａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ.ＭｏｒｅｏｖｅｒꎬａｔａｉｌｏｒｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ(ＤＢＲ)ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｍａｋｅｔｈｅｕｎａｂｓｏｒｂｅｄｂｌｕｅｐｈｏｔｏｎｓｂｏｕｎｃｅｂａｃｋｔｏｔｈｅＱＤｓＣＣＬꎬｗｈｉｃｈｎｏｔｏｎｌｙａｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｂｌｕｅ４２２㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４３卷ｌｉｇｈｔａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｂｕｔａｌｓｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｓｔｈｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｄｃｏｌｏｒｓ.ＴｈｅＰＬＱＹｏｆｔｈｅＱＤｓＣＣＬｉｓｅｖｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｄａｆｔｅｒａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｈａｒｄｂａｋｉｎｇ.Ｂｌａｃｋｍａｔｒｉｘｍａｔｅｒｉａｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｌｉｇｈｔｃｒｏｓｓｔａｌｋａｍｏｎｇｎｅｉｇｈｂｏｒｉｎｇｐｉｘｅｌｓꎬｔｈｕｓｈｉｇｈｅｒｃｏｎｔｒａｓｔａｎｄｃｏｌｏｒｓａｔｕｒａｔｉｏｎａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.ＴｈｅｐｒｏｍｉｓｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅＱＤｓｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔａｈｉｇｈ￣ｒｅｓｏ￣ｌｕｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｂｙｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｐｒｏｃｅｓｓꎬｐａｖｉｎｇａｎｏｖｅｌａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｐａｔｈｗａｙｔｏｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｆｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒＭｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤꎻｑｕａｎｔｕｍｄｏｔꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＢｒａｇｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ(ＤＢＲ)ꎻｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎻｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｓ１㊀引㊀㊀言凭借低延时㊁低功耗㊁高亮度㊁高自发光效率和宽工作温度范围等显著特性ꎬ微型发光二极管(Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ)被认为是十分具有潜力的显示技术ꎬ在微显示产品[１￣４]㊁ＡＲ(增强现实)/ＶＲ(虚拟现实)㊁光通信㊁固态照明和军事航天等各领域都有着极其重要的应用ꎮ但是ꎬ由于受到ＬＥＤ外延材料和工艺上的技术限制ꎬ单芯片全彩化Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ显示是制约其研究与应用的瓶颈之一ꎮ目前ꎬＭｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩化[５]解决方案分为两种:巨量转移ＲＧＢ三原色ＬＥＤ和蓝光ＬＥＤ配合荧光物质颜色转换ꎮ鉴于Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ的更小像素尺寸ꎬ巨量转移技术的工艺难度和成本过高导致其很难满足市场需求ꎮ以单色Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ阵列作为光源㊁采用胶体量子点(Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ)的彩色转换技术[６￣８]为全彩色Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ显示提供了另一种有效途径ꎮ胶体量子点具有量子产率高㊁吸收光谱宽㊁以及较高的色纯度(半宽窄)等优点ꎬ通过控制量子点核心尺寸易于调色[９￣１０]ꎬ发射波长可以覆盖超宽的色域ꎬ且具有溶解工艺ꎬ通过配体交换可以与大部分光刻胶进行混溶ꎬ实现高分辨率图形化[１１￣１６]ꎮ所以它们可以用于颜色转换层(ＣＣＬ)ꎬ取代商业颜色滤光片(ＣＦ)ꎬ可广泛适用于背光单元(ＢＬＵ)㊁液晶显示(ＬＣＤ)㊁ＯＬＥＤ和ＬＥＤꎮ本文研究了量子点转彩技术ꎬ采用官能团为巯基的极性配体的改性ＣｄＳｅ/ＺｎＳ厚壳量子点[１７￣１９]进行色转换膜层的制备ꎬ得到量子点在Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ上的光致转换性质ꎮ实验分析了厚度和质量比等参数对量子点膜层光致发光特性的影响ꎮ针对膜层吸收效率[２０]和转换效率提升设计相应的实验方案ꎬ并通过光刻方式实现了量子点膜层的ＲＧＢ图形化ꎬ设计挡光结构ꎬ降低ＲＧＢ颜色光串扰[２１]ꎮ以常规膜层制备条件为基础ꎬ通过光学设计㊁材料改性㊁工艺优化提升吸收转换效率ꎬ实现了质量比更低㊁膜层更薄的高转换效率量子点膜层[２２]ꎮ该技术具有半导体工艺兼容的特性ꎬ使得单片全彩化Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ微显示屏可以通过标准且高效的半导体工艺实现ꎬ进而为其量产提供了一种可靠的思路ꎮ２㊀实㊀㊀验２.１㊀样品制备本文针对厚壳ＣｄＳｅ/ＺｎＳ核壳结构量子点进行研究ꎬ其中红色量子点壳厚８ｎｍꎬ绿色量子点壳厚６ｎｍꎬ通过配体改性为亲水体系使其溶于丙二醇甲醚醋酸酯(ＰＧＭＥＡ)溶液ꎬ将其与以ＰＧ￣ＭＥＡ为溶剂㊁ＰＭＭＡ为主体树脂的负性透明光刻胶以体积比１ʒ１比例混合ꎬ分别选取质量比为２.５％/５％/１０％/１５％的不同质量比量子点光刻胶(Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ)ꎬ在５５０μｍ玻璃基底上通过紫外固化制备２~１０μｍ不同厚度量子点膜层ꎬ并测试得到不同数据ꎮ为在更薄的胶体量子点膜层中得到更高的吸收转换效率ꎬ选取直径为３０ｎｍ的ＴｉＯ２粒子[２３]ꎬ以质量比１００％充分扩散在ＰＧＭＥＡ溶液中ꎬ随后以体积比１ʒ１０混入量子点光刻胶中制备成悬浊液ꎬ并以旋涂方式涂敷于Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ表面ꎮ随后使用光学镀膜机在量子点膜层上方制备分布布拉格反射镜(ＤＢＲ)ꎬ材料为ＴｉＯ２/ＳｉＯ２叠加膜层ꎬ室温下ＴｉＯ２㊁ＳｉＯ２材料折射率分别为２.２和１.３ꎬ设计薄层厚度ＴｉＯ２(８７ｎｍ)/ＳｉＯ２(５２ｎｍ)来实现４５０ｎｍ波段蓝光最大反射率ꎮ通过光刻方式在基于蓝宝石衬底的蓝光ＬＥＤ外延片上实现了微米尺度的量子点图案ꎮ并为减少ＲＧＢ亚像素光串扰ꎬ通过光刻黑色负性㊀第３期卢子元ꎬ等:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化４２３㊀光刻胶制备挡光结构ꎬ进而实现更高对比度和色彩饱和度ꎮ２.２㊀实验描述在厚度为５５０μｍ的玻璃衬底上旋涂２.５％的红色量子点光刻胶ꎬ在２００ｒ/ｍｉｎ１００ｓ的旋涂条件下ꎬ厚度为２.０μｍꎬ经过长时间紫外固化后ꎬ重复该旋涂步骤ꎬ量子点膜层厚度可以相应地线性增加ꎮ通过相同的旋涂工艺ꎬ可以得到不同质量比下不同厚度的量子点膜层ꎮ通过ＰＥ分光光度计测量相同厚度(５μｍ)的不同质量比(２.５％/５％/１０％/１５％)红绿两种量子点膜层透过率ꎬ并计算最佳吸光度(ＯＤ)值ꎮ随后选取波长为４５０ｎｍ蓝光ＬＥＤ光源激发不同质量比㊁不同厚度的红绿两种量子点膜层ꎬ通过积分球测试３５０~８００ｎｍ波段辐射光谱ꎬ并计算膜层的光致发光量子产率(ＰＬＱＹ)ꎬ分析其随不同条件的变化规律ꎮ为了提升量子点膜层转换效率ꎬ单个像素尺寸的膜层厚度应该尽量小于像素发光面积大小ꎮ这就要求必须制备更高质量比㊁更薄厚度的量子点膜层ꎬ从而需考虑在低厚度的情况下如何提升量子点对蓝光的吸收转换效率ꎮ本文就该问题从三个方面入手ꎮ一是通过添加高折射率散射粒子(ＴｉＯ２)提高蓝光在量子点膜层内的瑞利散射ꎬ增加其在量子点膜层内的光程ꎬ进而提高吸收效率ꎮ其中为了使无机纳米颗粒在ＰＧＭＥＡ溶液中充分扩散ꎬ使用球磨机降低ＴｉＯ２纳米粒子比表面积ꎬ继而降低表面能使其更好地在ＰＧＭＥＡ中扩散ꎬ再结合物理超声ꎬ解决因ＴｉＯ２颗粒比表面积较大而产生表面能导致的团聚问题ꎮ二是通过光学镀膜机在较低温度生长三种不同厚度组合的ＤＢＲ薄层ꎬ针对膜层上方未被吸收的蓝光光子设计ＤＢＲ厚度为１μｍ的７层ＴｉＯ２/ＳｉＯ２膜层ꎬ将４５０ｎｍ波段蓝光全反射回膜层ꎬ增加光源在膜层内的光程ꎬ以进行量子点膜层对激发蓝光的二次吸收ꎬ继而提高膜层吸收效率ꎮ三是针对转换膜层曝光后的不同固化处理方式对转换效率的影响ꎬ测试分析ＵＶ固化和热板固化在不同条件下的坚膜效果ꎮ测试量子点热激发对其ＰＬＱＹ的提升ꎬ通过光电测试设备测试辐射光谱ꎬ计算出ＰＬＱＹ进行横向对比ꎬ得到最佳固化处理方式ꎮ在图形结构方面采用光刻方式实现下转换膜层的图形化以及黑色挡光矩阵的图形化ꎬ使用紫外光刻机ＳＵＳＳＭＡ６(光源功率９.８ｍＷ/ｃｍ２)对不同颜色量子点膜层进行曝光ꎮ其中由于红色量子点对紫外光的吸收优于绿色量子点ꎬ这严重影响光刻胶中感光剂和固化剂的作用速率ꎬ因而为避免过度曝光ꎬ红色量子点膜层曝光时间明显高于绿色量子点膜层ꎮ３㊀结果与讨论３.１㊀吸收转换测试分析分别测得红色㊁绿色ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点膜层在５μｍ厚度的标准下ꎬ不同质量比的可见光波段透过率ꎬ如图１(ａ)㊁(ｂ)所示ꎮ图１㊀５μｍ的红色(ａ)和绿色(ｂ)量子点膜层透过率Ｆｉｇ.１㊀Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｏｆ５μｍｔｈｉｃｋｒｅｄ(ａ)ａｎｄｇｒｅｅｎ(ｂ)ＱＤｓＣＣＬ随着量子点膜层中量子点质量比的上升ꎬ４５０ｎｍ蓝光波段整体透过率逐步下降ꎮ而５３６ｎｍ与６３１ｎｍ左右的绿红光波段ꎬ均能达到９５％以上透过率ꎬ可见该量子点膜层对其自身产生的转换光具有较低的自吸收ꎮ根据量子点膜层在峰值波长４５０ｎｍ蓝光Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ上的透过率ꎬ计算出红/绿量子点膜层在５μｍ厚度时对蓝光的最高吸光度(ＯＤ)值分别是１.１５/０.１３ꎮ４２４㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４３卷选取４５０ｎｍ波长蓝光光源ꎬ其中光源采用稳流０.３３４ｍＡ㊁功率为１Ｗ的供电方式ꎬ蓝光辐射通量为３６０ｍＷꎬ光通量为１６.２７ｌｍꎬ利用积分球测试方法ꎬ激发红/绿ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点膜层ꎮ在不同质量比㊁不同厚度下ＰＬＱＹ变化如图２所示ꎮＰＬＱＹ的计算方法如下:η＝Ｎ１Ｎ２ˑ１００％ꎬ(１)其中ꎬη为ＰＬＱＹꎬＮ１为转换光光子数量ꎬＮ２为被量子点吸收的光子数量ꎮ由ＰＬＱＹ计算公式可知作为分母的光子数量中不包括未被量子点吸收的光源光子ꎬη仅为转换光的光子数量与被量子点吸收掉的蓝色光子数量的比值ꎬ所以该值只反映膜层内量子点颗粒转换效率ꎮ即使转换光子数量很低ꎬ如果吸收的蓝光光子数量不多ꎬ即吸收效率很低ꎬ也会得到很高的ＰＬＱＹꎮ则当蓝光完全吸收㊁吸收效率达到１００％时ꎬ膜层对光源的转换效率将和ＰＬＱＹ相等ꎮ换言之ꎬＰＬＱＹ标定了当前量子点膜层转换效率的上限ꎮ图２㊀不同厚度的红色(ａ)和绿色(ｂ)量子点膜层的ＰＬＱＹꎬ以及不同厚度的红色(ｃ)和绿色(ｄ)量子点膜层的吸收效率ꎮＦｉｇ.２㊀ＰＬＱＹｏｆｔｈｅｒｅｄ(ａ)ａｎｄｇｒｅｅｎ(ｂ)ＱＤｓＣＣＬｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｒｅｄ(ｃ)ａｎｄｇｒｅｅｎ(ｂ)ＱＤｓＣＣＬｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓ.从图２(ａ)可以看出ꎬ随着红光量子点膜层厚度变厚ꎬ质量比升高ꎬＰＬＱＹ在厚度从低到高的变化中呈现衰减的趋势ꎮ这是由于ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点材料的吸收光谱与发射光谱重合导致部分转换光在量子点膜层中出现自吸收现象ꎮ如图３(ａ)ꎬ红色重合区域为量子点自吸收区域ꎬ随着膜层内量子点数量的增加ꎬ由于蓝光光子数有限ꎬ越来越少的蓝光光子转换为红光光子ꎬ使其蓝光转换为红光光子增长速度低于量子点自吸收红光光子速度ꎬ导致红光转换光功率增长速率下降ꎬ继而导致ＰＬＱＹ下降ꎮ从图２(ａ)还能观察到红光量子点膜层的ＰＬＱＹ随质量比上升而下降的情况ꎮ随着质量比的增大ꎬ量子点膜层中ＰＭＭＡ内量子点数量逐步提高直至饱和ꎬ部分量子点间距进一步缩短ꎬ甚至产生团聚情况ꎬ大量团聚的量子点受到荧光共振能量转移(ＦＲＥＴ)的影响产生转换光猝灭ꎬ导致转换光功率下降ꎬ继而呈现了随质量比升高而ＰＬＱＹ递减的现象ꎮ图２(ｂ)中由于绿光量子点内核尺寸要小于红色量子点ꎬ根据量子尺寸效应其禁带宽度大于红色量子点ꎬ需要更高能量光子将其激发ꎬ所以绿㊀第３期卢子元ꎬ等:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化４２５㊀色量子点对４５０ｎｍ波段的蓝光吸收能力要明显弱于红色量子点ꎮ这导致绿色量子点膜层在质量比偏低或者厚度过低时存在严重的蓝光低吸收现象ꎬ大量蓝色光子未被吸收转换ꎬ厚度增加的前期量子点膜层对蓝光光子的吸收转换效率远高于绿光光子的自吸收ꎬ所以ＰＬＱＹ首先处于上升趋势ꎮ但是从图３(ｂ)阴影部分可见绿光吸收光谱中出现的第一吸收峰处于其转换光谱之中ꎬ这严重地增加了膜层对转换光自吸收的效率ꎬ使得厚度(主要参数)增加到６μｍ左右时转换出的绿光光子数量低于绿色量子点膜层自吸收的绿色光子数量ꎬ导致ＰＬＱＹ出现骤降的现象ꎬ所以绿色量子点膜层产生ＰＬＱＹ先升后降的情况ꎮ量子点的自吸收现象无法完全避免ꎬ通过优化量子点结构从而改善量子点的吸收特性可以改善自吸收现象ꎬ同时量子点和散射粒子的浓度也可以进一步优化使转换效率最大化ꎮ图３㊀红色(ａ)和绿色(ｂ)ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点吸收和转换光谱Ｆｉｇ.３㊀Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｒｅｄ(ａ)ａｎｄｇｒｅｅｎ(ｂ)ＣｄＳｅ/ＺｎＳＱＤｓ图２(ｃ)㊁(ｄ)中展示了不同条件下的红/绿量子点膜层对蓝光的吸收效率ꎮ随着厚度增厚或质量比增大ꎬ均能提高量子点膜层对蓝光的吸收效率ꎬ但是随着红光量子点膜层吸收效率达到９０％ꎬ其吸收效率增长速度明显变缓ꎬ吸收达到了饱和ꎮ因此ꎬＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点转换膜层在提升转换效率方面并不是质量比和厚度越大越好ꎮ质量比与厚度的提升伴随着ＰＬＱＹ的衰减和吸收效率的增加ꎬ在ＰＬＱＹ持续下降的情况下找出与吸收效率增长的交界点才能使更多的光源光子转换为转换光子ꎮ根据积分球实验测得Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ光源蓝光与ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点膜层转换光辐射光谱数据ꎬ如图４所示ꎮ得到红色量子点膜层发射峰值为６３１ｎｍꎬ光谱半峰全宽(ＦＷＨＭ)为３２.７２ｎｍꎻ绿色量子点膜层发射峰值为５３６ｎｍꎬＦＷＨＭ为２２.５６ｎｍꎮ可以清晰地观察到在同辐射功率的蓝光照射下ꎬ在蓝色波段红色量子点膜层漏光明显小于绿色量子点膜层ꎬ而其对蓝光吸收要远高于绿色量子点膜层ꎬ并且转换光辐射光谱也远高于绿色量子点膜层ꎮ考虑到绿色量子点本身也具有较高的ＰＬＱＹꎬ为更好地发挥绿色量子点转换特性ꎬ则要考虑实现其对蓝光的充分吸收ꎮ图４㊀红/绿量子点膜层转换光谱Ｆｉｇ.４㊀ＴｈｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｒｅｄａｎｄｇｒｅｅｎＱＤｓＣＣＬｕｎｄｅｒｂｌｕｅｌｉｇｈｔｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ３.２㊀膜层吸收转换效率提升本文针对提升ＰＬＱＹ和增加吸收效率采用了三种解决办法优化转换效率ꎮ第一ꎬ针对光刻实验后的膜层固化方式设计了一系列对比实验ꎬ选取ＰＬＱＹ与吸收效率都相对较高的质量比为１０％的量子点光刻胶制备量子点膜层ꎬ通过相同的旋涂㊁前烘㊁曝光㊁显影后在最后的坚膜固化阶段选取ＵＶ固化和热板固化两种方式ꎬ测试得到吸收转换对比数据ꎮ可见耐热４２６㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４３卷性不好的红/绿色量子点在ＰＭＭＡ介质的保护下均产生了热激发现象ꎬ我们称这现象为膜层的正向老化ꎬ这依赖于一个高温对膜层内量子点的外壳钝化现象ꎬ明显减少了量子点表面缺陷ꎬ继而提高了整体转换光的辐射功率ꎮ从表１中可见ꎬ红色量子点由于具有更大的尺寸致使热板固化要比ＵＶ固化ＰＬＱＹ提高了１０％ꎬ而更小尺寸㊁吸收效率更差的绿色量子点ＰＬＱＹ也得到了２％的提升ꎮ在保证红绿量子点吸收效率为６８％㊁２６％不变的情况下ꎬ量子点膜层对整体光源产生的转换效率提升了７％与１％ꎮ表１㊀量子点膜层不同坚膜条件下转换效率对比Ｔａｂ.１㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｒｅｄａｎｄｇｒｅｅｎＱＤｓＣＣＬｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｕｒｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ样品种类ＰＬＱＹ/％吸收效率/％转换效率/％Ｒｅｄ１０％ＵＶ固化３２.６５６８.６７２２.４２Ｒｅｄ１０％热固化４２.３７６８.５９２９.０６Ｇｒｅｅｎ１０％ＵＶ固化３２.８３２６.０１８.５４Ｇｒｅｅｎ１０％热固化３４.９０２６.１９９.１４第二ꎬ针对绿色量子点对蓝光吸收较差的问题ꎬ选取吸收效率较差的质量比为５％的量子点光胶进行膜层制备ꎬ在光胶中混入尺寸为３０ｎｍ的ＴｉＯ２散射粒子ꎮ从表２可见ꎬ在混入ＴｉＯ２散射粒子后ꎬ蓝光由于膜层中的纳米粒子不断散射ꎬ增加了膜层内蓝光的有效光程ꎬ使得量子点吸收时间变长ꎬ从而使红绿色量子点膜层吸收效率提升２倍和３倍ꎬ在量子点的ＰＬＱＹ保持不变的情况下转换效率也相应地提升２倍和３倍ꎮ表２㊀量子点膜层内有无ＴｉＯ２散射粒子的转换效率对比Ｔａｂ.２㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅＱＤｓＣＣＬｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔＴｉＯ２ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｐａｒｔｉｃｌｅｓ样品种类ＰＬＱＹ/％吸收效率/％转换效率/％Ｒｅｄ５％４１.０３９.８１６.３Ｒｅｄ５％(ＴｉＯ２)４２.２８０.８３４.１Ｇｒｅｅｎ５％２８.７１９.５５.６Ｇｒｅｅｎ５％(ＴｉＯ２)２７.８６３.５１７.７第三ꎬ在量子点膜层顶部设计反射峰波长为４５０ｎｍ的ＤＢＲꎬ将膜层内未被吸收的蓝光反射回膜层内进行重复吸收ꎬ继而增加膜层吸收效率ꎮ其中ＤＢＲ结构为ＴｉＯ２/ＳｉＯ２连续叠加ꎬ因为量子点膜层对蓝光的吸收仅有两次ꎬ则选取吸收系数较好的质量比为１０％量子点膜层ꎮ图５是不同角度下反射率测试结果ꎬ可见入射光在入射角为０ʎ㊁３０ʎ㊁４５ʎ时ꎬ反射率均能达到９０％以上ꎮ但是ꎬ由于增加角度会使膜层内光程增加ꎬ使得反射曲线发生明显蓝移ꎮ图５㊀ＤＢＲ在不同角度下的反射光谱Ｆｉｇ.５㊀ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｏｆＤＢＲａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｎｇｌｅｓ表３㊀量子点膜层上有无ＤＢＲ的转换效率对比Ｔａｂ.３㊀ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆＱＤｓＣＣＬｗｉｔｈｏｒｗｉｔｈｏｕｔＤＢＲ样品种类ＰＬＱＹ/％吸收效率/％转换效率/％Ｒｅｄ１０％３６.７９７８.１２２８.７４Ｒｅｄ１０％(ＤＢＲ)３３.６９９１.９９３０.９９Ｇｒｅｅｎ１０％３４.９０２６.１９９.１４Ｇｒｅｅｎ１０％(ＤＢＲ)１８.６６７３.９０１３.７９由表３中可知膜层上方加入ＤＢＲ后ꎬ红色量子点膜层吸收效率进一步上升ꎬ但是由于ＤＢＲ在红色波段出现的反射峰抑制了转换光的发射ꎬ导致转换光功率随吸收效率的增长速度变慢ꎬＰＬＱＹ小幅下降ꎮ但是整体来看ꎬＤＢＲ反射回膜层的蓝光光子转换出的红光光子数量要大于ＤＢＲ反射的红光光子数量ꎬ所以整体红色转换光辐射功率仍然是上升的ꎬ这就使整体转换效率提高了３％ꎮ绿色量子点膜层的ＰＬＱＹ在加入ＤＢＲ后出现明显下降ꎬ分析有三种原因导致其产生该情况ꎮ首先ꎬＤＢＲ在５３５ｎｍ波段的反射峰有高达２０％的反射率ꎬ导致量子点膜层内产生的部分绿色光子被ＤＢＲ反射回膜层内ꎬ使转换光辐射功率增长速度变慢ꎻ其次ꎬ绿光量子点膜层仅有３４.９０％的ＰＬＱＹꎬ被ＤＢＲ反射的大部分蓝光未被量子点膜层吸收而反射回光源ꎬ导致大部分蓝色光子未被量子点膜层二次吸收ꎻ最后ꎬ由于绿色量子点膜层在吸收效率增加的过程中膜层内量子点会产生很强的自吸收现象ꎬ也会直㊀第３期卢子元ꎬ等:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化４２７㊀接导致转换光辐射功率下降ꎮ由于绿色量子点膜层对转换光子的自吸收数量和ＤＢＲ反射转换光的光子数量要明显小于绿色量子点二次吸收产生转换光光子数ꎬ所以增加ＤＢＲ产生的二次吸收也会对绿色量子点膜层带来４％左右的转换效率的提升ꎮ３.３㊀高分辨率实验结果由于无机ＴｉＯ２在量子点膜层内的比表面积较大ꎬ会产生很高的表面能ꎬ导致产生明显的团聚情况ꎬ在通过球磨机与ＰＧＭＥＡ溶液进行表面改性后混入量子点溶液ꎬ可实现良好的扩散ꎮ量子点光刻胶内混入的ＴｉＯ２对紫外光存在较强的散射性ꎬ导致图形会出现很强的横向曝光ꎬ经过对旋涂方式㊁曝光时间㊁显影液质量比的一系列控制调整得到了图形形貌最大改善ꎮ图６(ａ)㊁(ｂ)显示了混入ＴｉＯ２前后量子点阵列的表面形貌ꎮ可以清楚地看到ꎬ未混入ＴｉＯ２之前所有量子点膜层图形都是有序排列的ꎬ并且相同尺寸下所有单颗量子点膜层表面形貌是相同的ꎻ在混入ＴｉＯ２后还是出现小部分团聚情况ꎬ但是能表现出每个量子点膜层的独立性ꎮ这表明混入少量ＴｉＯ２的量子点膜层在形状和尺寸上具有良好的均匀性和一致性ꎬ与预期设计相符ꎮ在挡光结构设计上通过光刻显影方式将黑色光刻胶分辨率达到最小３μｍˑ７μｍ尺寸图形ꎬ如图６(ｃ)所示ꎮ使用无混入散射粒子的常规量子点膜层先进行红色量子点图案的制作ꎬ紫外固化后ꎬ再进行绿色量子点图案的制作ꎬ最后进行黑色光刻胶的图形化ꎬ从而实现面向蓝光Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ的㊁具备ＲＧＢ亚像素的全彩转换膜层ꎮ图６(ｄ)㊁(ｅ)㊁(ｆ)分别展示了亚像素尺寸为３μｍˑ７μｍ的ＲＧＢ图形ꎬ直径为６.５μｍ的圆形亚像素图形和边长为６.５μｍ的方形亚像素图形ꎬ其对应的最高分辨率可以达到２００８像素/英寸(ｐｐｉ)ꎮ图６㊀(ａ)常规量子点膜层曝光图形ꎻ(ｂ)混入ＴｉＯ２量子点膜层曝光图形ꎻ(ｃ)黑色光刻胶分辨率ꎻ(ｄ)常规膜层ＲＧＢ图形ꎻ(ｅ)常规膜层圆形图形ꎻ(ｆ)常规膜层方形图形ꎮＦｉｇ.６㊀ＰａｔｔｅｒｎｓｏｆＱＤｓＣＣＬｗｉｔｈ(ａ)ａｎｄｗｉｔｈｏｕｔ(ｂ)ＴｉＯ２.(ｃ)Ｏｐｅｎｉｎｇｏｆｂｌａｃｋｍａｔｒｉｘｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ.(ｄ)ＲＧＢｓｔｒｉｐｐａｔｔｅｒｎｓ.Ｃｉｒｃｌｅｐａｔｔｅｒｎｓ(ｅ)ａｎｄｓｑｕａｒｅｐａｔｔｅｒｎｓ(ｆ)ｏｆＱＤＣＣＬｏｎｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ.４㊀结㊀㊀论本文将表面配体改性的ＣｄＳｅ/ＺｎＳ量子点和以ＰＧＭＥＡ为溶剂㊁ＰＭＭＡ为主体树脂的负性透明光刻胶混合ꎬ通过旋涂和固化得到量子点膜层并研究了其对蓝光的吸收和转换性能ꎮ通过标准的光刻工艺实现了适配ＩｎＧａＮ/ＧａＮ蓝光Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ㊁最小尺寸为３μｍ的高分辨率高光效的量子点颜色转换膜层ꎮ通过系统的测试得到该量子点膜层在５μｍ厚度下红/绿量子点膜层对Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ所发蓝光的光密度可达到１.１５和０.１３ꎮ红/绿量子点膜层ＰＬＱＹ最高可达到４７％和３７％ꎬ吸收效率达到９８％与６５％ꎮ在吸收转换效率提升上ꎬ量子点膜层中加入散射粒子提高了红/绿量子点膜层蓝光吸收效率ꎬ为原膜层的２倍和３倍ꎮ经过设计ＤＢＲ使蓝光光子回弹到量子点转换膜层ꎬ将绿色量子点膜４２８㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４３卷层吸收效率从２６％提升至７４％ꎮ采用了热激发方式将红色量子点膜层ＰＬＱＹ从３２％提升至４３％ꎮ引入黑色光阻矩阵来减少临近不同图形之间的颜色串扰ꎬ得到最小黑色矩阵线宽仅为３μｍꎮ所有实验数据表明ꎬ光刻技术完全可以将该量子点膜层应用于Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤꎬ实现高效率的颜色转换图层ꎬ为实现单片全彩化Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ显示的发展提供了一个稳定可靠的技术方案ꎮ本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址:ｈｔｔｐ://ｃｊｌ.ｌｉｇｈｔｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ.ｃｎ/ｔｈｅｓｉｓＤｅｔａｉｌｓ＃１０.３７１８８/ＣＪＬ.２０２１０３６８.参㊀考㊀文㊀献:[１]ＣＨＯＮＧＷＣꎬＣＨＯＷＫꎬＬＩＵＺＪꎬｅｔａｌ.１７００ｐｉｘｅｌｓｐｅｒｉｎｃｈ(ＰＰＩ)ｐａｓｓｉｖｅ￣ｍａｔｒｉｘｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｐｏｗｅｒｅｄｂｙＡＳＩＣ[Ｃ].２０１４ＩＥＥＥＣｏｍｐｏｕｎｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＳｙｍｐｏｓｉｕｍꎬＬａＪｏｌｌａꎬ２０１４:１￣４.[２]ＨＡＮＨＶꎬＬＩＮＨＹꎬＬＩＮＣＣꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｏｎａｎｔ￣ｅｎｈａｎｃｅｄｆｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｑｕａｎｔｕｍ￣ｄｏｔ￣ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｅｘｐｒｅｓｓꎬ２０１５ꎬ２３(２５):３２５０４￣３２５１５.[３]ＷＡＮＧＺꎬＳＨＡＮＸＹꎬＣＵＩＸＧꎬｅｔａｌ.ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆＧａＮ￣ｂａｓｅｄｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｓｆｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｎｅｘｔ￣ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａｙ[Ｊ].Ｊ.Ｓｅｍｉｃｏｎｄ.ꎬ２０２０ꎬ４１(４):０４１６０６￣１￣６.[４]ＤＡＹＪꎬＬＩＪꎬＬＩＥＤＹＣꎬｅｔａｌ.Ⅲ￣ｎｉｔｒｉｄｅｆｕｌｌ￣ｓｃａｌｅｈｉｇｈ￣ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ[Ｊ].Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１１ꎬ９９(３):０３１１１６￣１￣３.[５]ＺＨＡＮＧＸꎬＱＩＬＨꎬＣＨＯＮＧＷＣꎬｅｔａｌ.Ａｃｔｉｖｅｍａｔｒｉｘｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｆｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｍｉｃｒｏ￣ｄｉｓｐｌａｙ[Ｊ].Ｊ.Ｓｏｃ.Ｉｎｆ.Ｄｉｓｐ.ꎬ２０２１ꎬ２９(１):４７￣５６.[６]ＭＡＨＬＥＲＢꎬＳＰＩＮＩＣＥＬＬＩＰꎬＢＵＩＬＳꎬｅｔａｌ.Ｔｏｗａｒｄｓｎｏｎ￣ｂｌｉｎｋｉｎｇｃｏｌｌｏｉｄａｌｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ[Ｊ].Ｎａｔ.Ｍａｔｅｒ.ꎬ２００８ꎬ７(８):６５９￣６６４.[７]ＲＥＳＣＨ￣ＧＥＮＧＥＲＵꎬＧＲＡＢＯＬＬＥＭꎬＣＡＶＡＬＩＥＲＥ￣ＪＡＲＩＣＯＴＳꎬｅｔａｌ.Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓｖｅｒｓｕｓｏｒｇａｎｉｃｄｙｅｓａｓｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｌａ￣ｂｅｌｓ[Ｊ].Ｎａｔ.Ｍｅｔｈｏｄｓꎬ２００８ꎬ５(９):７６３￣７７５.[８]ＳＨＩＭＩＺＵＫＴꎬＢÖＨＭＥＲＭꎬＥＳＴＲＡＤＡＤꎬｅｔａｌ.Ｔｏｗａｒｄｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｂａｓｅｄｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔ￣ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓｆｏｒｇｅｎｅｒａｌｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｓ.ꎬ２０１７ꎬ５(２):Ａ１￣Ａ６.[９]ＢＡＳＫＯＵＴＡＳＳꎬＴＥＲＺＩＳＡＦ.Ｓｉｚｅ￣ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｂａｎｄｇａｐｏｆｃｏｌｌｏｉｄａｌｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ[Ｊ].Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.ꎬ２００６ꎬ９９(１):０１３７０８￣１￣４.[１０]ＭＵＲＲＡＹＣＢꎬＮＯＲＲＩＳＤＪꎬＢＡＷＥＮＤＩＭＧ.ＳｙｎｔｈｅｓｉｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｅａｒｌｙｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅＣｄＥ(Ｅ＝ｓｕｌｆｕｒꎬｓｅ￣ｌｅｎｉｕｍꎬｔｅｌｌｕｒｉｕｍ)ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｈｅｍ.Ｓｏｃ.ꎬ１９９３ꎬ１１５(１９):８７０６￣８７１５.[１１]ＢＡＩＸꎬＹＡＮＧＨＣꎬＺＨＡＯＢＸꎬｅｔａｌ.４￣４:ｆｌｅｘｉｂｌｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｔｅｒｆｉｌｍｆｏｒｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＳＩＤＳｙｍｐ.ＤｉｇｅｓｔＴｅｃｈ.Ｐａｐｅｒｓꎬ２０１９ꎬ５０(１):３０￣３３.[１２]ＬＩＡＮＧＫＬꎬＫＵＯＷＨꎬＳＨＥＮＨＴꎬｅｔａｌ.Ａｄｖａｎｃｅｓｉｎｃｏｌｏｒ￣ｃｏｎｖｅｒｔｅｄｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤａｒｒａｙｓ[Ｊ].Ｊｐｎ.Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｐｈｙｓ.ꎬ２０２１ꎬ６０(ＳＡ):ＳＡ０８０２￣１￣９.[１３]ＸＩＥＢꎬＨＵＲꎬＬＵＯＸＢ.Ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ￣ｃｏｎｖｅｒｔｅｄｌｉｇｈｔ￣ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅｓｐａｃｋａｇｉｎｇｆｏｒｌｉｇｈｔｉｎｇａｎｄｄｉｓｐｌａｙ:ｓｔａｔｕｓａｎｄｐｅｒ￣ｓｐｅｃｔｉｖｅｓ[Ｊ].Ｊ.Ｅｌｅｃｔｒｏｎ.Ｐａｃｋａｇ.ꎬ２０１６ꎬ１３８(２):０２０８０３￣１￣１３.[１４]ＫＩＭＨＭꎬＲＹＵＭꎬＣＨＡＪＨＪꎬｅｔａｌ.１０μｍｐｉｘｅｌꎬｑｕａｎｔｕｍ￣ｄｏｔｓｃｏｌｏｒｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｆｏｒｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｆｕｌｌｃｏｌｏｒａｃｔｉｖｅｍａｔｒｉｘｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙ[Ｃ].ＳＩＤＳｙｍｐｏｓｉｕｍꎬＳｅｍｉｎａｒꎬａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ２０１９ꎬＤｉｓｐｌａｙＷｅｅｋ２０１９ꎬＳａｎＪｏｓｅꎬ２０１９:２６￣２９.[１５]ＣＨＥＮＳＷＨꎬＨＵＡＮＧＹＭꎬＳＩＮＧＨＫＪꎬｅｔａｌ.Ｆｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｗｉｔｈｈｉｇｈｃｏｌｏｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｕｓｉｎｇｓｅｍｉｐｏｌａｒ(２０￣２１)ＩｎＧａＮＬＥＤｓａｎｄｑｕａｎｔｕｍ￣ｄｏｔｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ[Ｊ].ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＲｅｓ.ꎬ２０２０ꎬ８(５):６３０￣６３６.[１６]ＬＩＮＹＨꎬＦＥＮＧＹꎬＺＨＡＮＧＨＵＭＹꎬｅｔａｌ.Ｐ￣１０.２:ｐｒｉｎｔａｂｌｅｑｕａｎｔｕｍ￣ｄｏｔｓｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓａｓｃｏｌｏｒ￣ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｓｆｏｒｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｓ[Ｊ].ＳＩＤＳｙｍｐ.ＤｉｇｅｓｔＴｅｃｈ.Ｐａｐｅｒｓꎬ２０２１ꎬ５２(Ｓ２):９５５￣９５８.[１７]ＲＥＩＳＳＰꎬＰＲＯＴＩÈＲＥＭꎬＬＩＬ.Ｃｏｒｅ/ｓｈｅｌｌｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ[Ｊ].Ｓｍａｌｌꎬ２００９ꎬ５(２):１５４￣１６８.[１８]ＧＡＥＥＮＩＭＲꎬＴＯＨＩＤＩＡＮＭꎬＭＡＪＬＥＳ￣ＡＲＡＭ.ＧｒｅｅｎｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆＣｄＳｅｃｏｌｌｏｉｄａｌｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｇｒｅｅｎｅｍｉｓｓｉｏｎｂｙｔｈｅｓｏｌ￣ｇｅｌｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].Ｉｎｄ.Ｅｎｇ.Ｃｈｅｍ.Ｒｅｓ.ꎬ２０１４ꎬ５３(１８):７５９８￣７６０３.[１９]ＹＩＮＹＭꎬＨＵＺＰꎬＡＬＩＭＵꎬｅｔａｌ.Ｆｕｌｌ￣ｃｏｌｏｒｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｗｉｔｈＣｓＰｂＢｒ３ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅａｎｄＣｄＳｅｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓａｓｃｏｌｏｒ㊀第３期卢子元ꎬ等:Ｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤ全彩显示中量子点膜层制备及光转换效率优化４２９㊀ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｌａｙｅｒｓ[Ｊ].Ａｄｖ.Ｍａｔｅｒ.Ｔｅｃｈｎｏｌ.ꎬ２０２０ꎬ５(８):２０００２５１.[２０]ＬＥＡＴＨＥＲＤＡＬＥＣＡꎬＷＯＯＷＫꎬＭＩＫＵＬＥＣＦＶꎬｅｔａｌ.ＯｎｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆＣｄＳｅｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ[Ｊ].Ｊ.Ｐｈｙｓ.Ｃｈｅｍ.Ｂꎬ２００２ꎬ１０６(３１):７６１９￣７６２２.[２１]ＬＩＭＳＪꎬＺＡＨＩＤＭＵꎬＬＥＰꎬｅｔａｌ.Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ￣ｅｑｕａｌｉｚｅｄｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ[Ｊ].Ｎａｔ.Ｃｏｍｍｕｎ.ꎬ２０１５ꎬ６(１):８２１０￣１￣１０.[２２]ＷＥＩＦꎬＬＩＳꎬＢＡＩＸꎬｅｔａｌ.Ｐ￣１２３:ｈｙｂｒｉｄｆｕｌｌｃｏｌｏｒｍｉｃｒｏ￣ＬＥＤｄｉｓｐｌａｙｓｗｉｔｈｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ[Ｊ].ＳＩＤＳｙｍｐ.ＤｉｇｅｓｔＴｅｃｈ.Ｐａｐｅｒｓꎬ２０１９ꎬ５０(１):１７０９￣１７１１.[２３]王颖ꎬ刘东.非球形粒子光散射计算㊁测量及其应用[Ｊ].量子电子学报ꎬ２０２０ꎬ３７(５):６０１￣６１４.ＷＡＮＧＹꎬＬＩＵＤ.Ｌｉｇｈｔｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｎｏｎ￣ｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].Ｃｈｉｎ.Ｊ.Ｑｕａｎｔ.Ｅｌｅｃｔｒｏｎ.ꎬ２０２０ꎬ３７(５):６０１￣６１４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)卢子元(１９９６－)ꎬ男ꎬ吉林辽源人ꎬ硕士研究生ꎬ２０１８年于长春理工大学光电信息学院获得学士学位ꎬ主要从事量子点光致发光的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｙｌｕ２０２０＠ｓｉｎａｎｏ.ａｃ.ｃｎ张晶(１９７５－)ꎬ男ꎬ吉林松原人ꎬ博士ꎬ副研究员ꎬ２０１１年于日本德岛大学获得博士学位ꎬ主要从事半导体光电子器件设计及工艺的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｊｉｎｇｃｕｓｔ＠ｃｕｓｔ.ｅｄｕ.ｃｎ张宝顺(１９６９－)ꎬ男ꎬ吉林双辽人ꎬ博士ꎬ研究员ꎬ２００３年于中国科学院半导体研究所获得博士学位ꎬ主要从事半导体材料生长和器件工艺的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｂｓｚｈａｎｇ２００６＠ｓｉｎａｎｏ.ａｃ.ｃｎ。
纳米荧光材料制备工艺的发光强度与荧光寿命研究
纳米荧光材料制备工艺的发光强度与荧光寿命研究纳米荧光材料是一种具有特殊光学性质的材料，广泛应用于生物医学成像、显示技术、光电子器件等领域。
本文将探讨纳米荧光材料制备工艺对其发光强度和荧光寿命的影响。
首先，纳米荧光材料的发光强度与其结构、组成以及制备工艺密切相关。
在制备过程中，可以通过调节反应条件、改变原料比例、控制反应时间等方法来调控材料的结构和组成。
比如，在合成氧化锌纳米粒子的过程中，通过改变前驱体的浓度、温度和液体的酸碱度等因素，可以有效调节颗粒的大小、形貌和晶体结构，从而影响其发光性能。
实验证明，纳米颗粒尺寸越小、形状越规则、晶体结构越完整，其表面积相对增大，吸收和发射光子的几率也就越大，因此具有较强的发光强度。
其次，纳米荧光材料的发光强度还受到表面修饰和包覆等工艺的影响。
纳米材料表面往往具有丰富的表面态，易与周围物质发生相互作用，导致发光性能的衰减。
为了提高纳米荧光材料的发光强度，可以在其表面引入修饰剂，形成稳定的表面修饰层，减少表面缺陷和非辐射复合过程。
此外，通过将纳米颗粒包覆在具有较小折射率的介质中，如聚合物或二氧化硅，在保护材料的同时还可以提高发光效率。
除了发光强度，荧光寿命也是衡量纳米荧光材料性能的重要指标之一。
荧光寿命决定了材料在激发态和基态之间相互转换的速率，直接影响了材料的应用性能。
荧光寿命的长短与材料内部非辐射跃迁和与外界相互作用有关。
制备纳米荧光材料时，可以通过调控材料的尺寸、晶体结构和掺杂离子的浓度等参数来调节材料的电子结构和能带结构，从而影响材料的非辐射跃迁速率。
此外，纳米荧光材料表面的吸附分子、温度和溶液的pH值等外界因素也会对材料的荧光寿命产生影响。
综上所述，纳米荧光材料的制备工艺对其发光强度和荧光寿命具有重要影响。
通过调控材料的结构和组成、进行表面修饰和包覆等方法，可以有效提高纳米荧光材料的发光强度和荧光寿命，进而推动其在生物医学成像、显示技术、光电子器件等领域的应用。
LED显示屏中所用的蓝色与绿色芯片解析
LED显示屏中所用的蓝色与绿色芯片解析转载：中国LED显示屏网LED的工作原理是在正向导通的情况下，注入二极管P/N节区的电子和空穴相遇复合，将电势能转换为光能。
所发出光子的波长（也就是光的颜色）是由半导体的能带宽度决定的，通俗地讲，半导体能带宽度越宽，发出的光子能量越大，对应的波长越短，简单的换算关系是：（nm）。
当前蓝、绿光LED器件的材料基础是III族氮化物半导体，也就是GaN为主，InN、AlN为辅的四元AlGaInN合金体系，目前，绝大部分蓝、绿光LED芯片的量子阱发光层材料是由InxGa1-xN合金和GaN组成的，由于InxGa1-xN合金的能带宽度随着InN的比例x变化，可以在3.4eV（对应GaN的能带宽度）和0.7eV（对应InN的能带宽度）调整，所以理论上这个材料体系可以覆盖整个可见光光谱区域。
但是，目前的材料制备技术是基于GaN晶体的外延层生长技术，只能生长含InN组份较低的合金材料。
InxGa1-xN合金在InN的组份x>15%以后，晶体质量急剧下降。
实际上，目前工业界的技术水平通常做到蓝光芯片的电光转换效率大约是绿光的2倍，就是因为前者的InN组份远小于后者，绿光器件中InN的组份估计已经在30%以上（InGaN合金材料精确组份的测定目前在学术界还是一个疑难科学问题）。
也就是说，目前的技术还很难通过继续增加InN的组份，使得InGaN合金器件能高效率地发出红光。
但值得庆幸的是，早在上个世纪90年代，III族磷化物体系（也通常表述为四元体系，AlGaInP）已经成为红、黄光LED 器件成熟的材料基础。
这两个材料体系的基本物理特征以及其所含元素在周期表中的位置。
III族氮化物半导体材料目前工业化制备是通过金属有机物化学气相沉积（metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD）来实现的。
该技术的基本原理是通过在密闭化学反应腔中引入高纯度的金属有机源（MO源）和氨气（NH3），使其在加热的衬底基板（一般选择蓝宝石做衬底）上生长出高质量的晶体。
利用光学微腔效应调节顶发射蓝光器件的色纯度
利 用 光 学 微 腔 效 应 调 节 顶 发 射 蓝 光 器 件 的色 纯 度
陈俊 江
（ ．长 春 理工 大学 ，吉 林 长 春 １ １０ ２ ； ３０ １ １０ ３ ） ３ ０ ３ ２ ．中 国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与 物 理 研 究 所 ，吉林 长 春
摘要 ： 有机电致发光器件的发光颜色与色纯度在很大程度上受材料本身的限制， 而通过光学微腔效应可以
１ 引
言
机 电致 发光 的全彩 色显 示最 重要 的 问题 在 于发光
效 率 、 调 和器 件 寿 命 。为 了达 到全 彩 色显 示 中 色
有 机 电致发 光 器件 （ Ｌ Ｄ） Ｏ Ｅ 因其 在 平 板 显 示
技术 中 的巨大应 用前 景 而 成 为 当前 研究 的 热点 。 自 １８ ９７年 Ｃ ．Ｗ．Ｔｎ 作 出高亮 度有 机小 分 子 ａｇ制
ｔｉｅ ｙａ ｊｓ ｎ ｅｔｉ ｎ ｓ ｏ ｒａ ｉ ｌ ｅｓ ｒａ ｉ ｔ —ｍ ｔｎ ｌｃ ｏ ｍｉ ｓｅ ｔ ｅｉ ｓ ａｎｄ ｂ ｄｕｔ ｇｔ ｈｃ ｅｓ ｆ ｇｎｃ ａ ｒ．Ｏ ｇｎｃ ｏ ｅ ｉｉ ｅ ｔ ｌ ｎ ｃｎ ｄｖｃ ｉ ｈ ｋ ｏ ｙ ｐ ｔｇ ｅ ｒ ｕ ｅ ｅ
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上转换发光材料及发光效率研究及展望
上转换发光材料及发光效率研究及展望在现代的光电子技术领域，上转换发光材料是一种十分重要的材料，其可以将低能量的光转换为高能量的光，并且具有高效率的特点。
上转换发光材料在LED制造、激光技术以及生物分析等领域都有着广泛的应用，并且在未来还有很大的发展潜力。
上转换发光材料的主要原理是通过吸收低能量的光，并将其能量由非辐射跃迁转移到高能级激发态，从而发射出高能量的光。
一种常见的上转换发光材料是稀土离子掺杂材料，如YAG：Ce材料。
在这个材料中，铈离子可以吸收紫外光，并将其转移到高能级的氧空位，然后通过辐射跃迁释放出蓝光。
为了提高上转换发光材料的发光效率，目前的研究主要集中在两个方面：一是优化材料的结构和组分，二是改善能量传输的过程。
对于材料的结构和组分的优化，研究人员通过调节材料的晶格结构、掺杂浓度以及添加辅助剂等方式来提高发光效率。
例如，研究人员改变YAG材料的晶格结构，将其转变为纳米晶体，可以增强材料的上转换发光效率。
此外，通过调节掺杂浓度和添加适量的辅助剂，也可以有效地改善材料的上转换效果。
另一方面，改善能量传输的过程也是提高上转换发光效率的关键。
目前，研究人员主要采用能量转移杂化的方法来实现高效能量传输。
通过将异质结构、量子点等功能层引入上转换发光材料中，可以实现能量转移的优化，从而提高发光效率。
例如，在稀土离子掺杂材料中引入量子点层，可以实现能量级间的匹配，从而提高发光效率。
展望未来，上转换发光材料的研究还有很大的发展潜力。
一方面，随着材料科学与纳米技术的不断发展，研究人员可以设计和合成更加高效的上转换发光材料。
另一方面，随着激光技术、光通信以及生物分析等领域的快速发展，对于高效的发光材料的需求不断增加，这将进一步推动上转换发光材料的研究。
综上所述，上转换发光材料是一种具有广泛应用前景和发展潜力的材料。
通过优化材料的结构和组分以及改善能量传输的过程，可以提高材料的发光效率。
展望未来，上转换发光材料的研究将在材料设计和合成、激光技术等领域取得更大的突破，为光电子技术的发展做出更大的贡献。
提高led发光效率的方法
提高led发光效率的方法
LED作为一种高效节能的光源，被广泛应用于各个领域。
然而，LED 发光效率的提高仍然是一个重要的研究方向。
以下是提高LED发光效率的方法：
一、优化材料
1.选择高质量的材料：选择纯度高、结晶度好、缺陷少的材料，如GaN、InGaN等。
2.控制材料生长方式：采用MOCVD等先进生长技术，在控制生长条件和过程中，可以得到更优质的材料。
3.掺杂：在LED芯片中加入适量的掺杂剂，可以增加载流子密度，提高电子-空穴复合率，从而提高发光效率。
二、改进结构设计
1.优化电极结构：采用金属反射层等技术，在电极表面形成反射层，增强反射，并减少损耗。
2.优化外部量子效率：在芯片表面添加抗反射涂层或纳米柱阵列等结构，可以增强外部量子效率，并减少光线反射和散射。
3.调整发光波长：通过调节芯片中InGaN中In含量比例，可以实现发光波长的调整，从而提高发光效率。
三、改进制造工艺
1.优化晶体生长：采用先进的晶体生长技术，如HVPE等，可以得到
更优质的晶体材料。
2.优化制造工艺：采用干法蚀刻或湿法蚀刻等制造工艺，可以得到更加精细的结构和更高的发光效率。
3.改善封装技术：采用先进的封装技术，如SMT等，可以提高LED芯片的亮度和稳定性，并延长使用寿命。
综上所述，通过优化材料、改进结构设计和改进制造工艺等方法，可
以有效提高LED发光效率。
在实际应用中，还需要根据具体情况进行
选择和调整。
新蓝光LED目标80%外部量子效率
新蓝光LED目标80％外部量子效率由日本松下电工（Matsushita Electric Works Ltd）与美国加州大学圣塔芭芭拉分校（USCB）共同研究的计划，已开发出具有43.6％外部量子效率的发光二极管（LED）。
外部量子效率是LED亮度的指标，而其数值大约是现有设计的两倍（图1）。
研究结果是在2008年1月于加州圣荷西举行国际光学技术展览研讨会Photonics West 2008中发表。
除了亮度以外，其芯片有特别122˚宽广的光学发射角，使它适合用在照明应用。
研究员相信效率可以更为改善，而根据一位松下电工的来源透露他们的目标是80％，超过现有商业化LED 的1.5倍。
无蓝宝石基板这新LED的结构很明显的与现有普遍的设计不同，研究团队称该结构为「mega-cone」，为一个六方锥的氧化锌（ZnO），大约0.5mm高，镶嵌在GaN半导体放射层的顶端（图2）。
其放射层的后端是连接到SiO2的介电层，铝反射膜及Si芯片通过电极上。
基本上大部分的GaN LED 是平面的组件，以p-与n-型的GaN晶体堆栈在蓝宝石基板上。
根据松下电工先进技术联合实验室LED装置nBT小组发表者Akihiko Murai表示，「这独特结构的采用是以提高其光发射效率，而不是用来改善发射层内的内部量子效率」。
外部量子效率是内部量子效率的产物（在发射层内产生的光）及光从芯片所输出的效率。
研究者藉由增加后者制造更亮的LED。
有两个关键的方法来利用，首先是在发射点使用ZnO，原因是因为它2.1的高折射率。
折射率愈高，光从GaN发射层将整个反射在ZnO界面上就愈不可能。
第二点是将ZnO形成一个六方锥。
当光从芯片输出时，其锥体的形状能有效地扩大发射角。
此种形状使用ZnO晶体的技术，是在2006年由相同的团队所提出，但他们同时也使用了蓝宝石基板，而外部量子效率最大值只达到23.7％，低于预期。
Murai解释说，「我们相信其低的效率是由于蓝宝石基板的热传导系数很低、及其它的因素」。
关于LED论文参考例文
关于LED论文参考例文在过去的几十年中，发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
它们在照明、电子显示、通信和其他许多领域中具有广泛的应用。
在本文中，我们将讨论一些与LED相关的研究，这些研究展示了LED的性能提升与应用拓展。
首先，让我们来看看一篇关于提高LED效率的研究。
该研究发现，通过在LED芯片的表面增加一层纳米结构，可以有效地提高LED的发光效率。
纳米结构的引入增加了LED与空气之间的接触面积，从而提高了辐射汇率。
该研究还指出，纳米结构的选择和优化对于提高发光效率非常关键。
另外一篇研究涉及到了LED在医疗领域中的应用。
该研究发现，通过使用特定波长的LED光源，可以有效地治疗一些皮肤疾病。
具体来说，这些研究人员发现，蓝光LED可以用于治疗痤疮，红光LED可以用于治疗疤痕和炎症。
这些发现为开发新的治疗方法提供了新的思路，并展示了LED在医疗领域中的巨大潜力。
最后，让我们来看一篇关于智能照明系统的研究。
这项研究提出了一种使用LED照明和无线传感器来实现能源节约的智能照明系统。
该系统根据环境光线和人员活动情况来调节照明强度，实现了高效的照明控制。
此外，该系统还可以与智能手机或其他智能设备连接，实现远程控制和监控。
这项研究展示了LED在智能家居和建筑领域中的巨大潜力。
综上所述，LED的研究正不断推动其性能提升和应用拓展。
无论是提高发光效率、开发新的应用领域，还是实现能源节约的智能照明系统，LED都展示了其在科技进步中的重要作用。
随着技术的不断进步和创新，我们有理由相信，LED将继续在我们的生活中发挥更大的作用。
【精品】微纳结构在光电功能器件方面的应用研究
微纳结构在光电功能器件方面的应用研究可行性报告一、立项必要性近年来，随着绿色能源概念的提出，对于太阳能、风能、生物能源的利用需求促使人们为提高能量利用率而对器件结构、材料提出更高的要求，其中对于光能的利用涉及到光电功能器件的高效发射、传输、转换、接收与探测光子信号的过程，器件类型包括发光二极管（LED），光学波导，太阳能电池，可见及红外光探测器等，器件结构设计与优化对于性能的提高起到非常重要的作用。
近年来在器件结构优化的过程中经常用到二维微纳米周期阵列结构，用来增加对于光线的调控，均取得了较好的效果，如：1.用于LED的“表面粗化技术”和“蓝宝石图形化衬底技术”。
LED芯片在制作过程中，通常会遇到由于界面及表面折射率差过大而影响到光线出射的问题，从而影响到LED外量子效率的提高，通常采用的结构改进方法为表面粗化与蓝宝石图形化衬底技术（PSS）等，分别在外延片顶部与衬底表面采用光刻+刻蚀等工艺制作二维周期性结构，一方面能够有效改善LED表面结构对称性，增加出光几率，另一方面，还能够通过侧向外延等手段，有效地减少衬底与外延层晶格失配，达到减少位错密度，改善晶体质量的效果。
2.用于太阳能电池硅材料表面及其封装玻璃表面的二维周期阵列结构。
为了增加太阳能电池对于光线的吸收，减少材料表面的反射，通过微纳结构设计，并采用严格耦合波分析（RCWA）仿真，能够得到高吸收、低反射的二维周期结构。
如通过各向异性腐蚀、飞秒脉冲激光等硅表面微加工技术制作的“黑硅”表面，具有周期性，微纳尺寸的“小金字塔”结构，在250nm—2500nm 的宽光谱范围都具有超高效率的吸收。
在封装玻璃表面通过光刻结合蚀刻的技术，或者通过微纳尺寸小球的自组装技术获得类似“蛾眼”结构，能够形成折射率从玻璃到空气端的有效梯度减少，从而能够获得宽光谱（400nm-1100nm），宽角度（0-60度）范围极低的反射率，在太阳能电池产品中有着重要的应用前景。
蓝光led效率
蓝光led效率蓝光LED（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，它具有高效率、长寿命和低功耗等优点，因此在照明、显示、通信等领域得到广泛应用。
本文将从蓝光LED的效率角度出发，探讨其原理、优势和挑战。
一、蓝光LED的原理蓝光LED的发光原理是通过电流通过半导体材料时，电子和空穴复合产生光子发光。
与传统的白炽灯和荧光灯相比，蓝光LED的发光效率更高，能够将电能转化为光能的比例更高。
二、蓝光LED的优势1. 高效率：蓝光LED的发光效率高于传统照明设备，能够更有效地利用能源，降低能耗。
2. 长寿命：蓝光LED的寿命可达数万小时，远远超过传统灯泡和荧光灯，减少了更换频率和维护成本。
3. 节能环保：蓝光LED不含汞等有害物质，不会产生紫外线辐射，对环境友好。
4. 小型化：蓝光LED体积小、重量轻，适合用于小型电子设备和照明装置。
三、蓝光LED的挑战1. 发光效率提升：虽然蓝光LED的效率已经相对较高，但仍存在进一步提升的空间。
科研人员正在研究新的材料和结构，以提高蓝光LED的发光效率。
2. 热散发问题：蓝光LED在工作过程中会产生热量，如果不能及时散发，会影响其效率和寿命。
因此，散热设计是蓝光LED应用中需要解决的问题之一。
3. 光谱问题：蓝光LED发出的光谱中缺乏红光成分，会导致颜色饱和度不高，影响显示和照明效果。
因此，科学家正在研究如何通过调节材料和结构，改善蓝光LED的光谱特性。
四、蓝光LED的应用领域蓝光LED由于其高效率和长寿命等特点，在各个领域得到了广泛应用。
1. 照明领域：蓝光LED可以用于室内和室外照明，如家庭照明、商业照明、道路照明等。
其高效率和节能特性使其成为照明行业的主流技术。
2. 显示领域：蓝光LED可以用于液晶显示器背光源，提供高亮度和高对比度的显示效果。
同时，蓝光LED还可用于显示屏幕、车载显示器等。
3. 通信领域：蓝光LED可以用于光纤通信中的光源，具有高速传输和抗干扰等优势，被广泛应用于光通信设备和光纤通信网络中。
新型蓝光发光二极管的设计与制备研究
新型蓝光发光二极管的设计与制备研究第一章：引言随着科技的不断发展，人们对光电器件的需求也越来越高。
蓝光发光二极管（LED）作为一种新型的光电器件，具有高亮度、低功耗、长寿命等优点，因此在显示、照明、通信等领域得到了广泛的应用。
为了提高蓝光LED的性能，设计与制备研究变得至关重要。
第二章：蓝光发光二极管的设计原理蓝光发光二极管的核心是氮化镓（GaN）材料，其特殊的晶格结构决定了其在蓝光波段具有较好的光电转换效率。
设计一个优秀的蓝光LED需要考虑到多个因素，如材料的选择、结构设计、电子层级设计等。
第三章：材料的选择对于蓝光LED的设计与制备，材料的选择是非常重要的。
晶体生长中的杂质、缺陷等可以对LED的性能产生较大的影响。
常用的材料包括GaN、铝镓砷（AlGaAs）、蓝宝石（Al2O3）等。
选择合适的材料可以提高LED的亮度和效率，并降低功耗。
第四章：结构设计蓝光LED的结构设计主要包括电极结构、量子阱结构等。
电极结构的设计可以影响到LED的电流传输和光的提取效率。
而量子阱结构的设计则关乎到LED发光的效率和波长范围。
通过合理的结构设计，可以优化蓝光LED的性能。
第五章：电子层级设计电子层级设计为蓝光LED的发光性能提供了重要的基础。
通过控制材料的能带结构、禁带宽度等参数，可以改变蓝光LED发光的波长和亮度。
同时，还可以通过引入掺杂等措施，提高材料的导电性和光电转化效率。
第六章：制备技术蓝光LED的制备技术主要包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）等。
这些技术可以保证LED 材料的高纯度、均匀性和良好的结晶质量。
制备过程中的温度、压力和气氛等参数的控制也对LED的性能有很大的影响。
第七章：性能测试与评估对于设计与制备好的蓝光LED，需要进行性能测试与评估。
常用的测试方法包括光电流-光电压特性曲线、发光光谱、发光强度和效率等指标。
这些测试可以全面评估蓝光LED的性能，并根据测试结果进行改进。
micro-led光提取效率更高的原因
micro-led光提取效率更高的原因微型LED（Micro-LED）是一种新型的显示技术，它通过微小的LED 芯片组成的面板来实现高分辨率和高亮度的显示效果。
与传统的液晶显示技术相比，微型LED具有更高的光提取效率，这意味着它可以更好地利用光能，提供更亮且更节能的显示效果。
在本文中，我们将探讨微型LED光提取效率更高的原因。
微型LED的光提取效率更高是因为它采用了无底层衬底的结构。
在传统的液晶显示器中，有一层玻璃基板作为底层衬底，而微型LED 则将LED芯片直接集成在衬底上，省去了这一层玻璃基板。
由于玻璃基板会吸收一部分光能，因此去除它可以提高光的提取效率。
此外，无底层衬底的结构还可以减少光的散射，使得更多的光能够直接透过微型LED面板传输出来。
微型LED采用了更高效的发光材料。
在微型LED中，常用的发光材料是氮化镓（GaN），它具有较高的光转换效率和较短的发光波长。
相比之下，传统的液晶显示器使用的是荧光材料，其光转换效率较低且发光波长较长。
因此，微型LED可以更高效地将电能转化为光能，并且发出更亮的光。
微型LED还采用了更先进的封装技术。
传统的液晶显示器使用的是背光模块来提供光源，而微型LED则将LED芯片直接封装在面板上，光源和显示器被紧密地集成在一起。
这种封装技术可以减少光的损失和漏光现象，使得更多的光能够有效地传输到显示屏表面。
同时，微型LED的封装技术还可以实现更小尺寸的显示器，提高显示器的像素密度和分辨率。
微型LED还具有更高的反射率和透过率。
传统的液晶显示器在显示过程中会有一些光能被吸收或散射，导致光的损失。
而微型LED则采用了特殊的反射层和透明电极结构，可以最大限度地减少光的损失。
这样一来，微型LED可以提供更亮、更清晰的显示效果。
总结起来，微型LED光提取效率更高的原因主要有以下几点：无底层衬底结构、高效的发光材料、先进的封装技术以及高反射率和透过率。
这些因素的综合作用使得微型LED能够更好地利用光能，并提供更亮且更节能的显示效果。
新型蓝光量子点材料的合成与应用
新型蓝光量子点材料的合成与应用随着科技的不断发展，新兴材料的研究和应用备受关注。
作为一种新型材料，蓝光量子点具有很强的成像及光电性能，对生物成像、LED显示等领域有着广阔的应用前景。
本文将重点探讨新型蓝光量子点材料的合成和应用。
一、蓝光量子点的概述蓝光量子点是一种类似于半导体晶体的微纳米材料，其粒子尺寸在1-10纳米之间。
与传统的半导体材料不同的是，蓝光量子点材料的能带结构是拟量子化的三位条形结构，具有量子限制效应。
其较小的颗粒尺寸使得蓝光量子点在光电领域有着非常广泛的应用，如生物分子成像、LED显示、光电传感器等。
二、蓝光量子点的合成蓝光量子点的合成方法有很多种，其中最为常见的是热分解法和水相合成法。
热分解法是一种常见的制备蓝光量子点的方法。
其基本过程为将有机前体物在高温下加热，使前体逐渐分解，生成蓝光量子点。
该方法适用范围广，反应条件可控，能够通过不同的前体物来合成具有不同特性的蓝光量子点。
但是其合成过程中环保问题较大，容易产生有机污染物对环境造成影响。
水相合成法是一种环保的制备蓝光量子点的方法。
该方法不需要有机溶剂，只需要简单的性质温和的条件即可进行反应，反应效率高，而且合成的蓝光量子点具有较高的荧光强度和较好的稳定性。
但是该方法需要精确的反应条件，把握好pH值和反应温度十分重要。
三、蓝光量子点的应用1.生物成像蓝光量子点具有较强的荧光性能，在生物成像领域得到了广泛应用。
其粒径小、稳定性好，能够在细胞、组织内表现出良好的荧光性质，同时对生物体没有较大的毒性影响，因此被广泛应用于生物成像研究。
2.LED显示蓝光量子点在LED显示领域也有着广泛的应用前景。
传统的荧光粉材料难以实现蓝色LED的发光，而蓝光量子点具有发出蓝色光的特性。
由于其良好的热稳定性和色纯度，因此被用来制备高品质、高亮度的LED显示器件。
3.光电传感器蓝光量子点具有较强的荧光性能和高灵敏度，能够对外界的光信号进行极其敏感的检测。
紫光led芯片 蓝光led 光电效率
紫光led芯片蓝光led 光电效率1.引言1.1 概述概述部分的内容可以写为：引言部分概述着文章的主要内容和目的。
本文将重点讨论紫光LED芯片和蓝光LED的光电效率问题。
紫光LED芯片作为一种重要的光电器件，在各个领域有着广泛的应用，因此提高其光电效率对于节能降耗具有重要意义。
本文将介绍紫光LED芯片的结构与原理，并探讨一些提升光电效率的方法。
同时，我们也将深入研究蓝光LED的原理与应用，并分析影响其光电效率的关键因素。
光电效率是衡量LED芯片性能的重要指标之一。
随着科技的不断发展，LED芯片的光电效率得到了显著的提高，为实现更加节能环保的照明和显示效果提供了有力支持。
本文将探讨如何提高紫光LED芯片的光电效率，以及蓝光LED在照明和显示方面的应用前景。
本文的结论部分将对紫光LED芯片和蓝光LED的光电效率进行总结，并讨论光电效率的重要性以及其在未来的发展前景。
通过深入研究LED光电效率的问题，我们可以为相关产业的发展提供有力的支持，并促进绿色节能技术的推广应用。
综上所述，本文将从多个方面介绍紫光LED芯片和蓝光LED的光电效率问题，深入剖析其原理和提升方法，并展望其未来的发展前景。
通过本文的研究，我们可以更好地理解LED芯片的光电效率问题，并为相关行业的发展做出积极的贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为三个主要部分，呈现了关于紫光LED芯片和蓝光LED的内容，以及光电效率的相关因素。
下面将对每个部分的内容进行详细介绍：2. 正文部分：2.1 紫光LED芯片：本部分将首先介绍紫光LED芯片的概念、结构和原理。
我们将探讨紫光LED芯片的内部构成以及它是如何产生紫光的。
此外，我们还将详细解释紫光LED芯片的工作原理，包括电子与光子之间的相互转换过程。
接下来，我们将深入研究如何提高紫光LED芯片的光电效率。
我们将介绍一些常见的光电效率提升方法，如材料改进、结构优化和工艺技术创新等。
这些方法对于提高紫光LED芯片的能源利用效率和发光效果具有重要意义。
新型蓝光宽色域QDLED光电器件研究
新型蓝光宽色域QDLED光电器件研究随着科技的不断进步，新型的显示技术层出不穷，其中蓝光宽色域QDLED光电器件引起了人们的极大关注。
这种光电器件采用了新型量子点材料，能够实现更加优质的显示效果，并且在同时降低能耗的情况下提高了亮度和色彩饱和度。
本文将为您深入探究这种新型蓝光宽色域QDLED光电器件的研究进展，带您了解其优势、应用以及未来发展方向。
一、什么是蓝光宽色域QDLED光电器件？蓝光宽色域QDLED（Quantum Dot Light Emitting Diode）光电器件是一种新型的发光材料，它是通过沉淀法、射击法、微乳法和微乳溶胶法等特殊制备工艺，将特定材料（比如纳米级量子点）射入无机胶体中制成。
这种材料具有颗粒小、光谱张宽、颜色纯正、鲜艳高亮等优点，非常适合用于显示器、摄像机、手机等高端电子产品中，让消费者能够得到更加真实精细的色彩体验。
二、单、多元量子点的配置及其在蓝光宽色域QDLED光电器件中的应用单元量子点：单元量子点是一种直径在2-10纳米之间的纳米级量子点，它们的特点是颜色纯粹、颜色范围窄、准度较低，主要通过选择不同大小的量子点来调节其发光波长。
然而，单元量子点光电器件的发光效率和稳定性都有待提高。
多元量子点：多元量子点是一种由两种或两种以上材料组成的合金结构，其优点是发光效率高、发光波长全、宽色域范围广、色彩度高和调制电压低等等，能够有效地提高光电器件的性能指标。
因此，多元量子点在蓝光宽色域QDLED光电器件中被广泛应用。
三、优势及局限性优势：1.色彩纯度高: QDLED光电器件采用量子点材料，可频繁精准化处理，色彩纯度高，颜色范围更广。
2. 能耗低: qLED技术实际上是OLED技术的改进，能够提高电视亮度的同时消耗更少的能量，因此，相对于LCD技术而言，QDLED光电器件为电视等文化娱乐产品提供更长耐用、更节能的设备。
3.色彩更加真实: 之前的显示器技术难以显示自然风景的多彩界面。
蓝光LED的制备与发光机理研究
蓝光LED的制备与发光机理研究随着现代科技的不断发展，人们对于光源的需求也越来越高，尤其是在家居照明和数字显示设备等领域，要求光源具有高亮度、节能环保等特点。
而蓝光LED的出现，无疑是实现这一目标的重要途径之一。
一、蓝光LED的制备蓝光LED是一种新型的半导体材料，其制备需要经过多个步骤。
首先，选定合适的基板材料，常用的有蓝宝石、氮化铝等。
然后在基板上沉积一层厚度约为几微米的n型半导体材料，如氮化镓。
接着在n型半导体材料上再沉积一层约为0.1微米的多层量子阱结构，时常用的是锗化镓和氮化镓交替沉积。
接下来，再沉积一层p型半导体材料，例如掺杂锗化镓等。
最后，再在p型半导体上加上金属电极，形成正负电极就制成了完成的蓝光LED。
二、蓝光LED的发光机理蓝光LED发光是由电子和空穴在p-n结区域再复合时放出能量而产生。
蓝光LED的发光机理是电子-空穴再复合，也就是当电子和空穴遇到一起时，它们会结合，能量会以光子的形式释放出来。
在普通的二极管中，当电流通过时，电子会流向n型半导体中，空穴会流向p型半导体中。
当电子和空穴达到p-n结区域时，由于它们原本所具有的电能被释放，光就产生了。
不过，蓝光LED与普通LED最大的不同就在于，蓝光LED需要使用含有铬离子的荧光粉来将蓝光转化为白光。
在使用荧光粉时，蓝光LED会发出蓝色的光，然后荧光粉会将其中一部分能量转换为黄色的白光。
三、蓝光LED的应用蓝光LED的高亮度、长寿命、低能耗等特性使其在LED照明、显示器件、激光、通信等领域得到广泛应用。
文献报道，随着最新的LED产品发布，蓝光LED的技术也持续进步。
目前，日光灯已经逐渐被LED灯取代，新能源汽车、航天航空、智能家居等领域的需求也越来越大。
在未来，蓝光LED在产业界和消费者界肯定有着广泛的应用前景。
总之，蓝光LED是当前出现的一种新型半导体材料，其发光原理、制备过程及应用领域等方面日益完善和成熟，对于发展节能环保技术，提高科学技术含量有着不容忽视的重要意义。
有机合成 蓝光led功率w
有机合成蓝光led功率w蓝光LED是一种新型的发光二极管，具有高效能和长寿命的特点。
它在许多领域都有广泛的应用，如照明、显示技术和生物医学领域等。
本文将探讨蓝光LED的有机合成方法以及其功率。
有机合成是一种重要的化学方法，可以通过有机化学反应将不同的化合物合成为目标化合物。
对于蓝光LED的有机合成，关键是合成具有高发光效率和稳定性的材料。
研究人员通过合成具有特殊结构的有机物，可以实现蓝光LED的高效能。
有机合成的方法有很多种，其中一种常用的方法是通过合成共轭聚合物来实现蓝光LED的制备。
共轭聚合物是一种具有共轭键的高分子化合物，其电子结构使其具有良好的导电性和光学性能。
通过合成具有适当结构的共轭聚合物，可以实现蓝光LED的高发光效率。
还可以使用有机小分子来实现蓝光LED的有机合成。
有机小分子是一种具有特殊结构的有机化合物，可以通过化学反应进行合成。
通过合成具有适当结构的有机小分子，可以实现蓝光LED的高发光效率和稳定性。
蓝光LED的功率是指单位时间内发出的光的能量，通常以瓦特（W）为单位。
提高蓝光LED的功率是提高其发光效率的关键。
可以通过优化有机合成方法和材料的结构，来提高蓝光LED的功率。
此外，还可以通过改变LED器件的结构和优化器件制备工艺来提高蓝光LED的功率。
蓝光LED的有机合成是一项重要的研究领域，通过合成具有特殊结构的共轭聚合物或有机小分子，可以实现蓝光LED的高发光效率和稳定性。
提高蓝光LED的功率是提高其发光效率的关键，可以通过优化合成方法和材料的结构，以及改变LED器件的结构和制备工艺来实现。
蓝光LED的有机合成研究将为LED技术的发展和应用提供重要的支持。
基于蓝光量子点的发光器件的研究现状综述
基于蓝光量子点的发光器件的研究现状综述摘要：量子点是一类纳米级低维半导体材料的总称，这种材料具有激发波长范围宽、发射的光波长可连续调控以及荧光发射峰窄且对称等突出优势，因此量子点也被大多数科研人员认为是新一代最具有潜力的荧光粉材料。
由于量子点具有这些特殊的优点，所以导致量子点可以广泛地应用于发光二极管、医学成像和量子计算以及太阳能电池等众多重要的领域。
而在这之中，蓝光量子点及其发光器件的研究对白光照明和全色域显示都有着十分重要的意义。
关键词：量子点；蓝光量子点；发光器件1.引言随着我国科学创新技术的不断稳定健康发展，我国大多数人民对生活环境的舒适度等方面的要求越来越髙，其中与生活环境息息相关的便是照明，白光发光二极管在照明领域有着重要的应用。
然而一般常见的有机二极管也有很多不足之处，因为普通二极管所用的质料为有机物，不但生产成本髙, 而且受水氧影响较大，这些因素的存在都导致了发光器件的稳定性很差；又由于现存的大部分发光质料都存在色纯度不髙，很难显示出鲜艳的色彩等显著的不足，所以致使人们也在探求新的发光材料来满足人们越来越高的生活工作等日常需求。
30年前，科学家在培育纳米晶的半导体溶液中发现了量子约束效应，比如常见的一种胶体量子点。
在量子点中，由于电子和空穴的波函数在空间上的尺寸远远小于本体材料的激子玻尔半径，所以将会导致能级的量子化，量子点的离散能级产生了窄线宽的原子类发射，这就使得研究人员可以通过调节粒子的大小来调节发光的波长，其发光波长的范围很大，足以满足紫外光、可见光和近红外光波段等波长［1］。
相比于普通有机发光二极管，量子点有其本身特有的优势：首先可以在不改变器件构造的条件下通过调整粒子的直径来改变发光波长，这种方法使得发光器件的制备更简单；其次，是溶液法加工，不像普通有机发光二极管那样必须使用热蒸镀制备，量子点发光器件制备的材料利用率很高，同时成本较低；最后，量子点本身是一种无机半导体材料，这种无机半导体材料相对于有机材料，不容易受水氧侵蚀，这就是量子点发光器件性能更稳定，寿命更长的原因所在。
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LED发光原理
PN结处于平衡状态时,存在一定势垒。若加一正向偏压,P区和N区的多数载流子向对 方扩散。由于空穴的迁移率要比电子的迁移率小得多,大量电子的扩散,使得在P区出 现少数载流子的注入。注入到P区的电子与价带上的空穴复合同时以光的形式向外辐 射出能量。
重庆大学
Chongqing University
重庆大学
Chongqing University
课题背景及意义
LED的优点 LED作为一种新型的照明光源具有体积小、质量轻、方向性好、寿命 长、节能、环保等优点具有广阔的应用前景。特别是白光LED,是目前业界 最看好的新型产品,因为它基本上没有白炽灯和日光灯的缺点。
重庆大学
Chongqing University
总结
本项目旨在研究不同图形结构的周期阵列对蓝光倒装LED 光提取效率的影响,如微锥阵列、微锥孔阵列、微柱阵列、微柱 孔阵列、微金字塔阵列、微金字塔孔阵列及截断的微锥阵列和 微锥孔阵列。通过对这些微结构较为全面的研究,寻找优化的图 形结构。
首次将多个微结构阵列对光提取效率的影响进行比较,这将 为高效的LED的制作提供了理论指导。
LED被用做照明并变得越来越流行,同时得到许多著名的照明公司的支持, 如荷兰的飞利浦(PhiUips)、德国的欧司朗(Osram)、日本的科瑞(Cree)等。
重庆大学
Chongqing University
国内外研究现状
目前就LED的发光效率和价格而言要替代传统照明（如日光灯 和白炽灯）进入照明领域还需要一段时间。LED的发光效率低特别是 GaN基蓝光LED。 为了增强LED发光效率，国内外许多科研机构开展了大量的工 作来解决这个问题，其中美国处于领先地位此外韩国、日本、加拿大、 台湾等也开展了广泛研究。在国内清华大学、上海交通大学、深圳大 学、中山大学、中科院物理研究所和山东大学等高校或科研机构也做 了大量工作。 这些工作主要集中在提高LED的光提取效率上,采取的主要方法 有:微纳米图形表面技术、图形蓝宝石衬底技术、薄层倒装技术等。目 前,对GaN基蓝光LED,最好的外量子效率已超过70%。
散热效果不好
存在色衰
重庆大学
Chongqing University
研究内容与技术方案
LED结构
当给电极上加上正向偏压后,电子和空穴分别注入P区和N区,当非平衡少数载 流子与多数载流子复合时,就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。
重庆大学
Chongqing University
研究内容与技术方案
重庆大学
Chongqing University
谢谢！
重庆大学
Chongqing University
研究背景及意义
围绕着LED的研制和开发,世界上一些经济发达国家各自提出了自己的发展 计划。 从2000年开始，美国投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，使 LED的发光效率获得了极大的提高节约了电能，保护了环境 欧盟在2000年7月宣布启动了类似的“彩虹计划”。 1998年，日本启动了“21世纪照明计划”，推动了LED照明产 业迅速发展。 2003年6月在科技部“863”计划的支持下，我国首次提出"国 家半导体照明工程”。
重庆大学
Chongqing University
国内外研究现状
存在的问题：
价格过高 LED价格过高时未能普及的原因
效率偏低
论上讲,LED的发光效率能接近100%,但以目前的技术,典型 的LED的发光效率每瓦只有几流明~几十流明,与理论值存在 较大的差距。 由于高热会造成晶格振动,进而造成结构的改变,从而降低发 光度,甚至使LED无法正常工作,也会对交错连接的封入聚合 物体造成影响。 理论讲,LED都有至少10万小时的寿命,可实际上仍然存在寿 命限制。特别对大功率LED,由于技术的不成熟,存在发热问 题,使LED的实际寿命要缩短。
重庆大学
Chongqing University
纳米结构增强蓝光LED的研究
申 请 人：张明 指 导 老 师 ： 温志渝教授 学 号：20140802018
重庆大学
Chongqing University
主要内容
课题背景及意义
国内外研究现状
研究内容与技术方案 总结
重庆大学
Chongqing University
课题背景及意义
研究背景：
能源的问题不仅是增强国民经济和保障社会稳定的物质基础,也 是当今世界影响政治形势的一个重要问题。随着人类社会的迅速发展 ,对能源的需求量急剧增加,而可利用的资源量却在日趋减少,能源危 机已笼罩着整个社会。能源与环境问题已成为当今世界人们普遍关注 的焦点问题之一。 为了解决能源与环境的问题,节能减排问题成为解决的问题的重 要途径之一。目前,在我国20%的电力用于照明,因此降低照明用电是 节能的重要途径。
提取效率是连接内、外量子效率的重要参数,在如今内量子效率足 够高的情况下,光提取效率成为衡量LED性能高低的重要参数。
重庆大学
Chongqing University
研究内容与技术方案
提 高 LED 光 改变LED芯片几何形状
提
取 效
倒装结构
表面微纳米结构
率
的 方 法
图形蓝宝石衬底
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研究内容与技术方案
提高LED光提取效率的方法
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研究内容与技术方案
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• 研究微纳图形结构对蓝光LED光提取效率的 影响。
• 分析不同微纳米结构对LED发光效率的影响 • 寻找高效的提高LED发光效率的方法
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研究内容与技术方案
GaN基LED
图中为采用MOCVD技术制备的InGaN/GaN多量子阱7LED结构。这种结构可以发出 蓝光、紫光、绿光和深紫外光。
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研究内容与技术方案
描述LED的基本参数 不管辐射波长如何,功率转化效率是衡量LED性能的重要特征之 一。 而影响LED功率转化效率的主要因素由四部分组成,即电效率, 注入效率、内量子效率和光提取效率。 光提取效率是在单位时间辐射到自由空间的光子总数与单位时 间从有源层发出的光子数之比,表示为:
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国内外研究现状
LED的发展历史 PN结LED的发展要追溯到20世纪60年代,当时使用的材料是GaAsP,发光颜 色为红光( λ =650nm ),发光效率约O.llm/W。 20世纪80-90年代,人们采用AlGalnP等半导体材料制成了红、橙及黄光 LED,红光LED芯片的发光效率达到了lOlm/W。90年代末,LED的相关技术已基本 成熟。人们利用AlGaInN研制出了绿光LED。 1993年,日本科学家Shuji Nakamura研制成功了世界上第一具有商业价值 的双异质结蓝光LED。之后,他们又研制了多量子阱LED,使芯片的发光效率接 近10%。蓝光LED的出现,使白光LED变得可行。 目前白光LED的实现主要是以蓝光LED为基础,通过二波长的光(蓝+黄)或 三波长(红+绿+蓝)的光混合得到。
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国内外研究现状
目前,对GaN半导体材料的研究和应用是全球半导体研究的热点。进入90 年代,半导体材料GaN在发光器件领域取得重大突破。1991年,日本的Nichia公司 首先在蓝宝石衬底上研制出了 GaN基蓝光LED。之后实现了 GaN基蓝、绿光LED的 商业化。 2014年度诺贝尔物理学奖授予来自三名来自美国和日本的科学家，以表 彰他们发明了蓝光LED技术。赤崎勇，天野浩以及中村修二在上世纪90年代分别 独立开发出蓝光LED技术。
研究背景及意义
经济价值 现如今我国每年大约有2000-3000亿度电用于照明,若全部用LED光源代 替,可节省1600亿度电。 美国、日本、台湾等一些国家和地区对LED照明效益进行了预测。 美国若55%的白炽灯和55%的日光灯换成LED,每年可节省350亿美元的电 费,同时可减少7.55亿吨的C02排放量。 日本若100%的白炽灯被LED代替,可节省1-2座核电厂的发电量,减少10 亿公斤以上原油的消耗。 台湾地区若25%的白炽灯和100%的日光灯换成LED,每年可节省110亿度 电。 LED作为一种新型的绿色光源,以其独特的特点在照明领域将引领未来发 展的趋势,将成为继白炽灯、突光灯、高强度气体放电灯之后的“第四代光 源。大多数国家政府己幵始重视LED的研究和开发。