[发明专利]Cu掺杂Type-II型核壳结构白光量子点材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体纳米材料制备技术领域。涉及到一种适用于蓝光LED的高显白光量子点材料及其合成方法。

背景技术

当半导体晶体的尺寸小到一定程度后(1～20纳米)，其费米能级附近的电子能级由原来的准连续状态变为不连续，这一现象称为量子尺寸效应。相应的其性质主要依赖于晶体的尺寸。典型的半导体纳米晶即量子点主要包括II-VI,III-V和IV-VI族。这些量子点都表现出明显的量子尺寸效应，其性质显著不同于其体相材料。例如量子点的光学性能依赖于粒子的尺寸，其吸收和发射波长随着尺寸的变化而变化。基于这些特殊的性能，半导体量子点在生物标记、照明、显示器等领域有着重要应用。

在照明领域，白光发光二级管(LED)的出现是照明产业的第三次革命。其耗电量低、发热量小、使用寿命长，响应速度快、环保，可平面封装以及产品易于轻薄化、小型化。目前白光LED据发光形式分有三种，即多芯片组合型LED，紫光光转换型LED，蓝光光转化型LED。但是多芯片组合型LED由于红绿蓝三色LED芯片量子效率不同，各自温度和驱动电流变化不一样，随时间衰减不同，输出白光色度不稳定，封装结构比较复杂，电路实现较困难，成本高。紫光光转换型LED光通量和发光效率高，色温可调，但是高发光效率的紫外/近紫外LED芯片不易制作，价格相对昂贵，而且封装材料在紫外光的照射下容易老化，寿命缩短，最重要的是存在紫外线泄漏的安全隐患，不能应用于室内照明。而蓝光光转化型LED拥有紫光转换型LED的优点，同时成本较低，适合规模化生产，是目前应用范围最广的LED。

在传统的蓝光光转化型LED光转化材料中，掺铈钇铝石榴石荧光粉由于光谱中缺少红光成份，所产生的白光偏冷，一般显色指数较低,难以得到低色温高显色性的白光，而且由于其具有较大的粒子尺寸，很容易在LED中出现光散射和反射现象，极大地降低了器件的发光效率和能源转化效率。量子点作为新一代发光材料，具有较高的荧光量子效率，且化学稳定性和抗光氧化能力更强，消光系数更大，发光范围可以从调节尺寸大小获得，而且量子点尺寸一般小于10nm，受光散射而导致的能量消耗更小，沉积膜也更均匀。

目前的纯量子点蓝光光转化材料分为4种，第一种是不同尺寸的量子点混合材料，例如不同尺寸CdSe量子点直接混合获得白光，第二种是利用过渡金属离子(Cu，Mn)掺杂宽带隙量子点(CdS，ZnSe)型材料，第三种是量子点本征和表面态共发光型材料，例如无限小的CdSe，在450nm到700nm之间均有发光，最后一种是量子阱型材料，例如CdSe/ZnS/CdSe等。但是每一种材料均有其一定的局限性：多尺寸量子点混合型材料其吸收非常接近，具有很明显的自吸收现象，严重降低了LED的发光效率和发光稳定性；而掺杂型材料和量子阱型材料自吸收现象较少，但是发光区间有限，显色指数较低；无限小的CdSe，显色指数较高，但是荧光量子效率不高。

综上所述，现有的量子点白光材料具有一定的局限性，存在难以解决的问题和缺陷，技术有待创新和改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种适用于蓝光LED的高荧光量子效率、高显色指数、无自吸收的量子点白光光转化材料以及该材料的制备方法。

本发明的技术问题可通过以下技术方案解决：

一种Cu掺杂Type-II型核壳结构白光量子点材料，其结构有Cu掺杂CdS量子点核、ZnSe量子壁以及ZnS宽带隙钝化保护层；所述的Cu掺杂CdS量子点核是尺寸为2nm～5nm的Cu掺杂CdS量子点(荧光峰位560nm～750nm)；所述的ZnSe量子壁是1～4层的ZnSe；所述的ZnS宽带隙钝化保护层是1～2层的ZnS。

所述的Cu掺杂CdS量子点核中掺Cu量优选为按摩尔比Cu:Cd＝0.2～10:100。

一种Cu掺杂Type-II型核壳结构白光量子点材料的制备方法，有Cu掺杂CdS量子点的制备、ZnSe量子壁的包覆和ZnS宽带隙钝化保护层的包覆过程；