Nghiên cứu chế tạo tổ hợp phát quang lai vô cơ hữu cơ ứng dụng cho mục đích chiếu sáng thể rắn (LV01167)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Trịnh Tuấn Anh NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO TỔ HỢP PHÁT QUANG LAI VÔ CƠ/ HỮU CƠ ỨNG DỤNG CHO MỤC ĐÍCH CHIẾU SÁNG THỂ RẮN Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã ngành: 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Giáo viên hướng dẫn: TS Đinh Văn Châu HÀ NỘI, 2013 Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Đinh Văn Châu khoa Vật lý kỹ thuật Công nghệ nano trường ĐH Công Nghệ- ĐH Quốc Gia Hà Nội, người trực tiếp hướng dẫn, dạy em tận tình Thầy bổ trợ kiến thức kinh nghiệm quý báu giúp em hoàn thành luân văn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Bộ môn Vật liệu Linh kiện lai bán dẫn nano Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Micro Nano – trường ĐH Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện tốt giúp cho em thực thực nghiệm phục vụ cho luận văn Luận văn xin cảm ơn đề tài “Nghiên cứu chế tạo tổ hợp phát quang lai vô cơ/ hữu ứng dụng cho mục đích chiếu sáng thể rắn, Mã số QG 12.46” tài trợ cho nghiên cứu thực Luận văn Cuối em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo giảng dạy, bảo em suốt hai năm học khoa Vật Lý trường ĐHSP Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Học Viên Trịnh Tuấn Anh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan tất tài liệu tham khảo sử dụng luận văn tơi thích ký hiệu có danh sách kèm đầy đủ Tất kết trình bày Luận văn hồn tồn thực với dẫn chuyên môn thầy Đinh Văn Châu Tôi xin chịu trách nhiệm trích dẫn kết tác khác mà khơng thích rõ ràng DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LED Light Emiting Diodes MEH-PPV Poly-[2-methoxy, 5-(2’-ethyl-hexyloxy) phenylene vinylene QDs Quantum Dots SSL Solid State Lighting WLED White Light Emiting Diodes OLED Organic Light-Emitting Diodes PLED Polymer Light-Emitting Diodes RGB Red, Green, Blue LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital CRI Color rendering index HOMO Highest Occupied Molecular Orbital FESEM Field Emission Scanning Electron Microscopy UV/VIS/NIR Ultraviolet/ Visible/ Near Infrared YAG Y2Al5O12 : Ce Tóm tắt nội dung Luận văn đặt vấn đề chế tạo vật liệu tổ hợp lai vô cơ/hữu làm vật liệu phát quang sử dụng cho mục đích chiếu sáng rắn Hai loại vật liệu vơ cơ: YAG:Ce chấm lượng tử CdSe bao phủ ZnS (CdSe/ZnS) lựa chọn, vât liệu hữu MEH-PPV sử dụng để làm pha cho khuếch tán vật liệu vô Luận văn trình bày kết nghiên cứu đặc trưng hình thái học loại vật liệu thành phần vật liệu tổ hợp lai vô cơ/hữu cơ: MEH-PPV/CdSe:ZnS/YAF:Ce Các kết khảo sát đặc trưng hấp thụ phát xạ huỳnh quang cho thấy, vật liệu chế tạo có khả phát xạ ánh sáng trắng theo phương pháp quang kích quang với dải sáng phù hợp với độ nhạy mắt người Ngoài ra, luận văn trình bày lý thuyết liên quan tới Polymer dẫn, chấm lượng tử, bột phát quang YAG, nguyên lý chiếu sáng thể rắn sử dụng công nghệ LED Quá trình chế tạo mẫu, phương pháp khảo sát cấu trúc bề mặt tính chất quang mẫu trình bày chi tiết Luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 11 TỔNG QUAN VẬT LIỆU TỔ HỢP PHÁT QUANG LAI ỨNG DỤNG CHO MỤC ĐÍCH CHIẾU SÁNG THỂ RẮN 11 1.1 Chiếu sáng thể rắn 11 1.1.1 Giới thiệu chung 11 1.1.2 Ưu điểm tiềm chiếu sáng thể rắn 12 1.1.3 Vật liệu chiếu sáng thể rắn 13 1.1.4 Linh kiện chiếu sáng rắn 16 1.1.5 Phương cách chế tạo linh kiện thiết bị chiếu sáng trắng từ LED ………………………………………………………………… 22 1.1.6 Những ưu điểm WLED 25 1.2 Một số vật liệu phát quang chế tạo LED trắng 26 1.2.1 Vật liệu polymer dẫn MEH-PPV 26 1.2.2 Vật liệu phát quang vô YAG:Ce (Y2Al5O12 : Ce) 28 1.2.3 Chấm lượng tử CdSe/ZnS 30 Chương 32 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO TỔ HỢP PHÁT QUANG LAI 32 2.1 Mục đích thực nghiệm 32 2.2 Phương pháp chế tạo phương pháp phân tích mẫu 32 2.2.1 Phương pháp chế tạo mẫu 32 2.2.2 Phương pháp phân tích đánh giá 34 2.3 Thực nghiệm chế tạo mẫu 39 2.3.1 Vật liệu bước tiến hành thực nghiệm 39 2.3.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm 40 Chương 43 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Khảo sát hình thái học bề mặt 43 3.1.1 Màng MEH-PPV 43 3.1.2 Màng tổ hợp MEH-PPV:YAG-Ce 45 3.2 Đặc trưng quang tính 46 3.2.1 Vật liệu YAG :Ce 46 3.2.2 Vật liệu CdSe/ZnS 48 3.2.3 Vật liệu MEH-PPV 49 3.2.4 Màng MEH-PPV:CdSe/ZnS:YAG-Ce 50 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 MỞ ĐẦU Bắt đầu xuất vào năm đầu thiên niên kỷ đèn LED trắng nói riêng đèn LED nói chung có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang khơng có đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậu, đèn hình điện thoại cầm tay, hình tinh thể lỏng, in ấn kỹ thuật số, v.v Do đặc tính tiêu hao lượng, khơng nóng, mở thấp (3-24V) nên thiết bị chiếu sáng có tiềm thay loại đèn khác thu hút đầu tư để nghiên cứu phát triển nhiều tổ chức, quốc gia khắp giới Mỹ, Nhật, Trung Quốc Năm 1993, Cơng ty Hóa chất Nichia Nhật Bản nghiên cứu hồn chỉnh cơng nghệ chế tạo loại đèn WLED Theo đó, WLED hãng chế tạo dựa nguyên lý kết hợp ánh sáng đỏ xanh ánh sáng trắng WLED nghiên cứu hoàn thiện phát triển rộng rãi từ thời điểm tận ngày Quy trình chế tạo đèn LED trải qua hai giai đoạn chế tạo tim đèn trước gắn với hai điện cực tạo thành bóng đèn Tim đèn phần nối hai điện cực, gọi LED chip, làm vật liệu bán dẫn Dòng điện chiều qua làm chuyển động khuếch tán điện tích âm dương hai điện cực, giải phóng lượng dạng ánh sáng đơn sắc Tùy vào loại vật liệu bán dẫn dùng để chế tạo LED chip mà cho đèn LED với màu sắc khác Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo LED đỏ, aluminum gallium phosphide (AlGaP) cho LED xanh lục, indium gallium nitride (InGaN) cho LED xanh dương Về nguyên tắc, để tạo LED trắng, cách sau sử dụng: (i) dùng ba LED màu đỏ, lục, lam (RGB - red, green, blue), trộn ba màu lại với nhau, có ánh sáng trắng; (ii) dùng LED màu dương có phủ lớp phốt-pho mỏng theo đó, ánh sáng màu dương LED phát kích thích phốt phát hai màu đỏ lục Hai màu cộng với màu xanh dương lại sau truyền qua lớp photpho cho màu trắng tổ hợp RGB cộng lại; (iii) dùng LED phát tử ngoại, chiếu vào phốt để kích thích phát ánh sáng trắng tương tự đèn compact Hoặc dùng OLED chất hữu nên dễ tạo hạt phát ánh sáng lục, ánh sáng đỏ ánh sáng xanh dương Một vài nghiên cứu gần đây, nhà khoa học phủ lên LED chip tổ hợp chấm lượng tử khác Ưu điểm chấm lượng tử tạo nhiều dải màu khác Nhược điểm chấm lượng tử có độ rộng vạch phổ hẹp (thường