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技術(shù)
量子點(diǎn)材料及其封裝方式
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量子點(diǎn)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(lèi)球形。因尺寸的范圍特殊，它擁有不同于宏觀(guān)材料的優(yōu)越性能。量子點(diǎn)最重要的光學(xué)特性在于可以通過(guò)改變尺寸大小使其發(fā)射光譜覆蓋整個(gè)可見(jiàn)光區(qū)。除此之外，激發(fā)譜寬、發(fā)射譜窄、斯托克斯位移較大、熒光壽命長(zhǎng)和生物相容性好等諸多優(yōu)勢(shì)，使得量子點(diǎn)成為發(fā)光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
量子點(diǎn)發(fā)光材料的種類(lèi)繁多，以CdSe為代表的Ⅱ~Ⅵ量子點(diǎn)研究的最早，技術(shù)也最為成熟，是目前使用最多的材料。該類(lèi)材料的半峰寬在30~50nm之間，在精細(xì)的合成條件與結(jié)構(gòu)的控制下，其半峰寬可以小于30nm，與此同時(shí)，材料的熒光量 |
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量子產(chǎn)率也逐步提升，已經(jīng)接近100%。然而，限制這類(lèi)材料發(fā)展的最主要因素還是Cd元素的存在，在無(wú)Cd量子點(diǎn)材料中，以 InP為代表的Ⅲ~Ⅴ族量子點(diǎn)發(fā)展也相對(duì)成熟，熒光量子產(chǎn)率略低，一般在70%左右，在發(fā)光峰的半峰寬方面，InP量子點(diǎn)要比CdSe量子點(diǎn)寬很多，核殼結(jié)構(gòu)的綠光 InP/ZnS量子點(diǎn)的半峰寬為40~50nm，紅光 InP/ZnS量子點(diǎn)為~55nm，性能有待提升。此外，近兩年來(lái)出現(xiàn)的ABX3型鈣鈦礦量子點(diǎn)材料引起人們的密切關(guān)注。該材料的發(fā)光波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)能夠很容易地進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)須包覆核殼結(jié)構(gòu)，材料的熒光量子產(chǎn)率經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后已經(jīng)超過(guò)90%，半峰寬更是低至~15nm，通過(guò)模擬計(jì)算，使用該量子點(diǎn)發(fā)光材料的顯示器件色域值可達(dá)140%NTSC，表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。這些材料可以通過(guò)兩種形式應(yīng)用在發(fā)光器件中：一是將它們作為GaN基LED中的光轉(zhuǎn)換層，有效吸收藍(lán)光，發(fā)射出波長(zhǎng)在可見(jiàn)光范圍內(nèi)精確可調(diào)的各色光，即替代目前的稀土熒光粉;二是利用量子點(diǎn)材料的電致發(fā)光特性，將其涂敷于薄膜電極之間而發(fā)光。
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量子點(diǎn)應(yīng)用在照明領(lǐng)域中，可以在一定波段內(nèi)獲得任意波長(zhǎng)的光譜，而且其發(fā)射光的波長(zhǎng)半寬度在20 nm以下，因而能夠呈現(xiàn)出更加飽和的光色。該材料兼具色純度高、發(fā)光顏色可調(diào)、發(fā)射光譜窄以及熒光量子產(chǎn)率高等特點(diǎn)，能夠優(yōu)化LCD背光中的光譜成分，提高液晶顯示器色彩表現(xiàn)力，顯著提升顯示器件的色域。
對(duì)量子點(diǎn)的封裝主要分為以下三種：
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1)芯片封裝型(on-chip)。在這種結(jié)構(gòu)中，量子點(diǎn)發(fā)光材料替代傳統(tǒng)的熒光粉材料封裝在貼片藍(lán)光LED中，這也是量子點(diǎn)應(yīng)用于照明的主要封裝方式。此方式應(yīng)用于背光顯示，還需要根據(jù)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(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于量子點(diǎn)發(fā)光材料的用量非常小，降低了成本。然而，這種結(jié)構(gòu)對(duì)量子點(diǎn)材料的穩(wěn)定性要求非常高。
2)光學(xué)膜集成型(on-surface)。這種結(jié)構(gòu)主要適用于背光。量子點(diǎn)發(fā)光材料制成光學(xué)膜以遠(yuǎn)程封裝的形式應(yīng)用到背光模組中，量子點(diǎn)材料制成的光學(xué)膜位于背光模組中導(dǎo)光板的正上方。此結(jié)構(gòu)中，量子點(diǎn)光學(xué)膜的大面積制備成本高是限制其大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。
3)側(cè)管封裝型(on-edge)。這是對(duì)以上兩種結(jié)構(gòu)的折中方式，先將量子點(diǎn)材料封裝成長(zhǎng)條狀，然后置于藍(lán)光LED燈條和導(dǎo)光板的側(cè)邊，一方面能夠降低藍(lán)光LED的熱輻射和光輻射對(duì)量子點(diǎn)發(fā)光材料的影響，另一方面還能夠減少實(shí)際應(yīng)用中量子點(diǎn)發(fā)光材料的消耗量。
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量子點(diǎn)在發(fā)光領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也遇到諸多問(wèn)題需要解決。比如，將材料中的重金屬Cd降低或取代的同時(shí)提高其熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性;開(kāi)展量子點(diǎn)材料與無(wú)機(jī)基質(zhì)材料的復(fù)合，改善封裝結(jié)構(gòu)，以保障量子點(diǎn)材料本身性能的最大發(fā)揮;新型上轉(zhuǎn)換量子點(diǎn)材料的開(kāi)發(fā)和有效利用;實(shí)現(xiàn)成本的降低并工業(yè)量產(chǎn)等。這些將需要科研界與工業(yè)界攜手推進(jìn)，共同努力。
