量子点白光LED封装的光热性能研究

近年来,量子点(Quantum Dots,QDs)作为一种新型发光纳米材料,凭借其发光效率高、发光颜色精确可调、发光峰窄等独特的优势,已经在照明和显示领域得到了广泛的应用,量子点白光LED也被称为“下一代照明和显示光源”。为了获得白光,通常需要将LED芯片、荧光粉、量子点和高分子胶体封装在LED支架中。在封装过程中,量子点化学结构易被破坏而导致发光猝灭,难以实现高质量的白光光谱。另外,由于芯片和荧光材料的产热,白光LED在工作时温度将急剧攀升,量子点耐温性差,将迅速失效。但是,目前缺乏降低量子点工作温度的封装方法和热管理措施。针对上述总结的光学与热学问题,本文开展了如下研究工作:建立了量子点的光热转化模型。为了精确地描述量子点的光热转化过程,搭建了一套双积分球系统,并结合反向倍加算法,对量子点的吸收、散射、各向异性系数进行了计算和建模。实验结果表明,模拟值与实验值的最大偏差小于1.16%,可用于精确计算量子点在发光过程中的产热量。提出了一种量子点-介孔硅微球(QLMS)复合材料,用于解决量子点在封装中的化学兼容问题和水氧侵蚀问题。利用溶胀法,将量子点嵌入到介孔硅的纳米孔道中,从而有效保护量子点免受水氧侵蚀。实测表明,制备成复合材料后,量子点的稳定性提高了122%。随后,结合人体昼夜生理节律,对量子点白光LED的光谱进行了优化设计。基于人体昼夜节律因子(CAF),优化得到了宽CAF调控性能的量子点白光LED,在显色指数(CRI)大于90时,实现了3.83倍的CAF调节倍数。最后基于最优光谱,制备了相应的量子点白光LED,实现了CRI>95,CAF调节倍数达3.15的高质量照明。提出了一种低工作温度的量子点白光LED封装结构。为了使量子点白光LED多发光、少产热,对其封装结构进行了分析,并提出了一种量子点紧贴芯片的封装结构。结果表明,该新结构可以提高发光效率15.7%,并降低量子点工作温度33.6℃。为解决量子点胶体热导率过低的难题,提出了一种量子点-氮化硼(hBN)高导热发光复合材料。利用静电吸附效应,将量子点纳米颗粒附着在氮化硼微米片的表面,制备得到该复合材料。实验表明,掺入氮化硼体积分数仅2%时,量子点胶体热导率提高58%,量子点工作温度有效降低了22.7℃。