Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử bán dẫn CH3NH3PbX3 X Br I phát xạ xanh lục và đỏ định hướng cho led phát xạ ánh sáng trắng Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử bán dẫn CH3NH3PbX3 X Br I phát xạ xanh lục và đỏ định hướng cho led phát xạ ánh sáng trắng luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
Dương Thị Thanh
NGHIEN CUU CHE TAO CHAM LƯỢNG TỬ BÁN DẦN CH;NH;PbX; (X=Br, I) PHAT XA XANH LUC VA DO DINH
HUONG CHO LED PHAT XA ANH SANG TRANG
LUAN VAN THAC Si NGANH QUANG HOC
Trang 2DAI HOC THAI NGUYEN
TRUONG DAI HQC KHOA HOC
Ho va tén tac gia DUONG THI THANH
TEN DE TAI LUAN VAN
Trang 3LOI CAM BOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả khoa học được trình bay trong luận văn này là thành quả nghiên cứu của tôi và tập thể giáo viên hướng dẫn Các kết quả này chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Người cam đoan
Trang 4
LOI CAM ON
Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu nhất đến hai thầy hướng
dẫn: TS Dương Thanh Tùng - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và TS Lê Tiến Hà — Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên Trong thời gian học tập và làm
luận văn tốt nghiệp hai thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất đề tôi có thể hoàn thành luận văn này
Tiếp đến, tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Vật lý và Công nghệ Trường Đại học Khoa học - Đại Học Thái nguyên; quý Thầy Cô Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã quan tâm, tạo mọi điều kiện tốt nhất cho học viên trong thời gian học tập và nghiên cứu
Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ và động viên của quý thầy cô giáo Trường PTTH Na Rì, các anh chị em lớp cao học và nhất là các thành viên trong gia đình của tôi đã động viên về mặt tỉnh thần, giúp đỡ về mặt chuyên môn, chia sé
trong cuộc sống và học tập để tôi có thể hoàn thành khóa học
Hoá chất, dụng cụ thí nghiệm, đo đạc và phân tích trong luận văn được hỗ trợ
bởi Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam (MOET) thông qua đề tài nghiên cứu mã số
B2020 BKA 25 _CTVL
Tác giả luận văn
Trang 5
MUC LUC Trang Danh mục các ký hiệu, các chữ viết t Danh mục các bảng Danh mục các hình (hình vẽ, ảnh chụp, đồ thị NỘI DUNG
Chương I TONG QUAN VE LED
1.1 Tổng quan về các vật liệu chấm lượng tử bán dẫn
1.2 Chế tạo chấm lượng tử CHyNH;PbX; bằng phương pháp LARP
1.3 Tổng quan WLED (LED trắng)
1.3.1 Câu tạo
1.3.2 Nguyên lý hoạt động của LED trắng 1.3.3 Các tham số quang của LED
1.3.3.1 Quang phổ
1.3.3.2 Hiệu suất quang
1.3.3.3 Nhiệt độ màu tương quan (CCT) và tọa độ màu
1.3.4 Ưu nhược điểm 1.3.4.1 Ưu điểm
1.4 Ứng dụng của WLED trong màn hình hiển thị LCD
1.4.1 Công nghệ hiền thi LCD 1.4.2 Màn hình LCD 1.5 Kết luận Chương II THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất 2.2 Tổng hợp nano tinh thé CH;NH;X (X=Br, I) 2.3 Tổng hợp nano tỉnh thể CHạNH;X (X=Br, I) 2.4 Các phép đo phân tích - 2.5 Phương pháp khảo sát tính chất quang
CHUONG III KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Khảo sát LED ánh sáng trắng sử dụng blue L
3.1.1 Chip blue LED 3.1.2 Keo PMMA
3.1.3: Chip blue TED ph ủ bột pi osp or
phe bot 'phosphor YAG:CG6 HH HH nh 29 3.2 Chế tạo hạt nano tỉnh thể CH3NH3PbX3 (X= Bt; Dicssenssnanscacanes 30 3.3 Chế tạo và khảo sát tính chất quang của tấm nhựa composit PMMA/
CH;NH;PbX¡: ee ee
KET LUAN VA DE NGHI
DANH MUC CAC CONG TRINH CO LIEN QUAN DEN LUAN VAN
TAI LIEU THAM KHAO
Trang 6DANH MUC CAC kY HIEU VA CHU VIET TAT
St | Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt
1 LED Light Emitting Diode Điốt phát quang
2 Kpa Kilopaxcan Đơn vị áp suất
3 lmW Lumen/Watt Hiệu suất quang
4 UV Ultraviolet Tia cực tím
5 CCT Correlated Color Temperature | Nhiệt độ tương quan màu 6 CIE Commission Internationale de Toa d6 mau
l'Eclairage
7 NC Nano Crytal Nano tinh thé
8 CRI Color Rendering Index Độ hoàn màu
9 B/R Blue/Red Xanh/đỏ
10 QD Quantum Dot Chấm lượng tử
11 PMMA Poly methyl methacrylate Tắm composit 12 LCD Liquid Crystal Display Màn hình tỉh thể lỏng
Trang 7DANH MUC BANG BIEU
Bảng 1.1 So sénh tuổi thọ của LED và đèn truyền thống . - -22 15 Bảng 3.1 Quang phổ và tọa độ màu của LED xanh dương phủ bột Phosphor YAG:Ce Bang 3.2: Tham số quang của các mẫu bột huỳnh quang . -cccc:c55552 29 Bảng 3.3 các tham số của màn hình hiển thị LCD với đèn nền LED xanh dương phú ĐỆtphosphor" TẢ G1 Ccsgnisosstiisiiiigi10t04i1825688861304185080081388485511238486118038134048533814886184358ts.S6 29
Trang 8
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Ưu nhược điểm của các loại vật liệu chấm lượng tử bán dẫn trong lĩnh vực nano quang điện tử: . - - - - + kh TT ng HH ngăn 5 Hình 1.2 Vai trò của nguồn sáng (backlighting unit) dựa trên vật liệu perovskite nano thi tIỆ trong tiện HÌUHB/TCTDicsannng gang tgguaN Gà lGOitiqiGiGQiïNGh_ũgidtstssaagai 6 Hình 1.3 a) Sơ đồ tổng hợp cácNCs perovskite bằng phương pháp tái kết tủa bằng phương pháp LARP b) Các NC Perovskite phân tán trong toluene dưới đèn UV (=
365rim) và phổ PL; tương ỨHBcssessosagiliaGi-iag0018giax88u5 0801380108030 aped §
Kinh Ïz4; Cầu to KED HỆ sosinssspuidsooitlbtososGiASB4SR.NDdSNGi03842Rusqaqaguaai 9
Hình 1.5 Ba phương pháp để chế tạo ánh sáng trắng từ đèn LED (a) chip LED đỏ + chip LED luc + chip LED xanh (b) chip UV LED + bột huỳnh quang RGB (c) chip LED: xanhF bot: Huynh Quang Vat «c.csvssssssescessssussevevevesasaarenevcsesecnnvenceremeanseneasessas 10 Hình 1.6 Hoạt động của LED trang o ccccccssssesssssssesscssssssssssseesesssssescsssseescsssseceesnssees 10 Hình 1.7 Quang phổ điển hình của LED trắng . -©-2c525sc+2cxccrzs II
Hình 1.8 Ví dụ về nhiệt độ màu tương quan của LEÙ coc.cco.eiosoe 12
Hình 1.9 Đường cong màu đen (Planckian) xác định phạm vi nhiệt độ màu, từ ấm (hơi đỏ) lạnh (hơi xanh), trong hệ tọa độ màu CIE 1931_ -. -+ 13 Hình 1.10 So sánh hiệu suất phát quang của LED với đèn truyền thống 14
Hình 1.11 Sự tiến hóa của các loại màn hình hiển thị (nguồn:
II): 90177 17 Hình 1.12 Luong ánh sáng truyền qua các lớp của màn hình hiển thị
0o 18
Hình 1.13 đèn nên LCD sử dụng CCFL (trái) và LED (phải) - - ‹-‹+ 19 Hình 1.14 Cấu trúc mô phỏng và thực thể của ma trận bóng bán dẫn màng mỏng trên
các màn hình hiển thị LCD -::cccccccccc2222v2 2E tri 20 Hình 1.15 Cầu trúc của một tắm hiển thị LCD :c:crrrrrrrrrrrrrrrrrcee 20
Hình 2.1 sơ đồ các bước tổng hop hat nano CH3NH3PbX3 (X=Br, I) 22
Hình 2.2 sơ đồ các bước tổng hợp tắm composite PMMA/CH;NH;PbX; (X=Br, I).22
Hình 3.1 Quang phé, tọa độ màu và hệ số hoàn màu của blue LED Hình 25 Hình 3.2 Hệ số truyền qua của nhựa PMMA trước và sau khi chiếu xạ UVA trong
360 giờ và 6Í BÌỔ tontaasnninabitoddtidiltdiilgiitqabgljiii80483048503ã0%8SgH08888188 gu88 26
Trang 9
Hình 3.3 Quang phổ của LED xanh dương phủ bột Phosphor YAG:Cc 28
Hình 3.4 (a) câu trúc của màn hình hiển thị LCD với đèn nền LED xanh dương phủ
bột phosphor YAG:Cce; (b) phổ ba màu của màn hình hiển thị Hình 3.5 Ảnh mẫu CHạNH;PbBr; dưới ánh sáng ban ngày và ánh sáng cực tím 31
Hình 3.6 Ảnh HRTEM của mẫu nano tỉnh thể CH3NH3PbBr3 chế tạo được 3 Ì
Hình 3.7 (a) Ảnh chụp mẫu nano tinh thể CH;NH;PbBr; sau khi sấy khô (b) Phổ
nhiễu xa tia X của mẫu bột chế tạo được -. - + xe kEExxEEEEEEEEEEkeEkkerrkerrkre 32
Hình 3.8 Ảnh chụp mẫu nano tinh thể CHạNH;PbBr; sau khi chế tạo dưới ánh sáng
ban ngày (a) và đèn UV (b)
Hình 3.9 Phổ quang của chấm lượng tử CH;NH;PbBr; với các tỷ lệ phối tử OLA/OA
khác nhau c1 122211122111 1211111 1k nề Tnhh khen nHHà he 33
Hình 3.10 Phổ phát xạ, phổ truyền qua và bề rộng năng lượng vùng cắm của chấm lượng tử CH;NH;PbBr;, CH:NH;Pbl; chế tạo được cccccccccsscsssrcsrrrce: 34 Hình 3.11 Ảnh chụp mẫu composite nano tinh thé CH;NH3PbX; (X = Br , I) dưới anh sang ban ngay va tia UV phat anh sang xanh luc (a), (b) va do (c), (d) trén nén
HN NHÀ écacSnotsinss eineteedscbecseleioneissinle desesesteasiniowsstndienlesiviediulaeypindimsinenindasind tina estmtoustnd eidsen 35
Hình 3.12 ảnh chụp các mẫu CH;NH;PbBr; và CH;NH;PbBr;/PMMA; Phổ quang và hiệu suất chuyển đổi quang (xanh dương sang xanh lục) của tấm nền
CH:NHaPBEBTE/EMMAGGiooeriiroobttgigtotBSGIEBGEIERGGRNONRRGNNSSIRWSENINI@WGIGSGhltissgwdi 36
Hình 3.13 (a) Phổ huỳnh quang của chip LED GaN 450 nm, hạt nano CH;NH;PbBr; và CHạNH;Pbl; (b) phân bố gam màu của nguồn sáng trong hệ toa độ mau CIE 1931
eB,
Trang 10
MO DAU 1 Ly do chon dé tai
Năng lượng và môi trường đang được xem là vẫn dé cốt yếu trong tiến
trình phát triển xã hội ở thế ki XXI Hiện nay, nhu cầu về năng lượng chiếu
sáng của nước ta rất lớn Trong số các nguồn sáng có hiệu suất cao phải kể đến đèn LED Thắp sáng bằng đèn LED là một trong những biện pháp đề tăng cường hiệu quả chiếu sáng cũng như tiết kiệm năng lượng
Đèn LED (Light Emitting Diode) là một loại thiết bị bán dẫn thường
được sử dụng trong đèn báo và bảng hiển thị LED có khả năng biến năng
lượng điện thành năng lượng ánh sáng trực tiếp với hiệu suất cao và tuổi thọ
của nó có thể đạt tới hàng chục nghìn giờ đến một trăm nghìn giờ So với
bóng đèn truyền thống, đèn LED cũng mang những ưu điểm đáng tin cậy và tiết kiệm năng lượng,
Ngày này, đèn LED đã được sản xuất và thương mại rộng rãi, tuy nhiên, các nghiên cứu về công nghệ chế tạo LED vẫn diễn ra sôi nổi Trên thế
giới, người ta quan tâm nghiên cứu các quy trình mới, vật liệu mới để nâng
hiệu suất cũng như độ tin cậy của LED Tại Việt Nam, Nhóm của PGS Đặng
Mậu Chiến [1] đã nghiên cứu thử nghiệm đóng gói LED công suất thấp,
Nhóm của GS Phạm Thành Huy, TS Dương Thanh Tùng, đã nghiên cứu
chế tạo được nhiều loại bột huỳnh quang ứng dụng cho LED và các thiết bị chiếu sáng trong nông ngiép [2, 3, 4] Tuy nhiên, các nghiên cứu đóng gói cho
LED công suất cao và sử dụng bột huỳnh quang trong nước vẫn còn bỏ ngỏ Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiền hành thử nghiệm đóng gói LED sử dụng bột huỳnh quang mà nhóm nghiên cứu sản chế tạo
Trên cơ sở đó chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử bán dẫn CH;NH;PbX; (X=Br, I) phát xạ xanh lục và đỏ định hướng cho
Trang 11LED phát xạ ánh sáng trắng” Chúng tôi hi vọng kết quả đạt được của đề tài sẽ đóng góp một phần vào việc chế tạo ra các LED có thể ứng dụng trong đèn
LED chất lượng cao nói chung, các thiết bị chiếu sáng và hiển thị màu nói
riêng
2 Một số nghiên cứu tiêu biểu trong nước và quốc tế
Phosphor đóng một vai trò rất quan trọng trong các thiết bị huỳnh quang nói chung và đèn LED riêng Hầu hết các yếu tố quan trọng ảnh hưởng
đến quá trình chuyển từ năng lượng kích thích thành năng lượng phát quang của LED không chỉ hình dạng hình học, kích thước hạt, độ dày lớp phủ, vị trí,
mà còn nồng độ của phosphor trong silicone Nhu đã biết, nồng độ phosphor
gây ra một số tác dụng rõ rệt về hiệu suất của LED trắng [5-7] Trong số đó,
ảnh hưởng của vị trí phosphor và hình dạng phosphor đã được thảo luận rộng rãi trong những năm gần đây, chắng hạn như các loại đóng gói của lớp phủ conformal [8], phun phủ, và remote-phosphor [9, 10] Những báo cáo cho
thấy các đóng gói remote-phosphor có đầu ra nhiều ánh sáng hơn và hiệu quả cao hơn so với các loại đóng gói khác Vì thực tế, lượng ánh sáng của LED
trắng phụ thuộc vào độ dày và nồng độ của phosphor Ngoài ra, kích thước hạt của phosphor là một yếu tố quan trọng khác [11] Trước đây, Narendran et al
[9] và Yamada ct al [12] đã nghiên cứu các tính chất kích thích của photphor dưới các nồng độ khác nhau Sau đó, vai trò của độ dày đóng vai trò kích thích phosphor đã được đưa vào xem xét bởi Tran et al [13] va Liu et al [14] Họ phát hiện ra rằng, các trường hợp nồng độ thấp hơn và độ dày phosphor
lớn có hiệu quả chiêu sáng cao hơn 3 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích: nghiên cứu chế tạo các tinh thể nano CHạNH;PbX;: cấu trúc
perovskite hấp thụ một phần ánh sáng xanh lam và phát ra ánh sáng xanh lục
Trang 12va do voi phổ phát xạ hẹp khắc phục một số hạn chế của loại bột huỳnh quang
thương mại phổ rộng hiện nay như YAG:Ce
Xác định các tham số công nghệ của loại LED sử dụng các nano tinh
thé perovskite và so sánh với loại LED trắng phủ bột YAG:Ce thương mại
Nhiệm vụ:
1) Khảo sát các tham số trong quy chế tao hạt nano CHyNH;PbX;
ii) Khảo sát các tham số trong quy trình chế tạo nhựa composit chứa hạt nano
CH3NH3PbX3
iii) Khao sat các tham số của LED
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: tấm nhựa composit chứa hạt nano
CH;NH;:PbX; và linh kiện LED
- Phạm vi nghiên cứu: Quang điện tử, linh kiện điện tử
5 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp chế tạo: phương pháp tái kết tủa dưới sự hỗ trợ của các
phối tử
Phương pháp khảo sát tính chất quang: đo các tham số quang của LED
(quang phổ, quang thông, nhiệt độ màu, .) để xác định tính chất quang của
Trang 13CHUONG 1 TONG QUAN VE LED
1.1 Tổng quan về các vật liệu chấm lượng tử bán dẫn
Các tỉnh thể nano bán dẫn hay còn được gọi là chấm lượng tử nano
(QĐ), đang được nghiên cứu chuyên sâu như tương lai vật liệu quang điện tử [15] Những vật liệu này có đặc tính lý thú và khác biệt so với vật liệu khối
cùng loại như: hiệu ứng kích thước lượng tử (hiệu ứng giam giữa lượng tử), đội chói cao, khả năng phát sáng mạnh và hiệu suất phát xạ cao, tăng cường tính chất hóa học bề mặt và một trạng thái keo phân tán, cho phép chúng phân
tán vào một loạt các dung môi và chất nền, cuối cùng kết hợp vào các thiết bị khác nhau Đến nay, các vật liệu quang điện tử dựa trên nano tỉnh thể tốt nhất là kim loại nhị phân và đa phương (ternary, quernary) chalcogenide [16] Ngược lại, tiềm năng của vật liệu bán dẫn halogen kim loại ở dạng nano keo
khác chưa được khám phá Về vấn để này, các báo cáo gần đây về đánh giá cao thiết bị quang điện hiệu quá với chuyền đổi năng lượng được chứng nhận
hiệu suất đạt gần 20% khi sử dụng hữu cơ lai — vô cơ chì MAPbX: (MA =
CH3NH3, X = Cl, Br và I) [17]
Vat liệu Perovskite gần đây được lựa chọn trong nghiên cứu lĩnh vực
quang điện tử do năng lượng vùng cấm của chúng (ở trạng thái vật liệu khối)
tương ứng với vùng hồng ngoại gần và vùng ánh sáng nhìn thấy [18] Khi
được kích thích bởi năng lượng điện hoặc quang, chúng sẽ phát huỳnh quang trong vùng phổ khả kiến, thuận tiện cho các ứng dụng hiển thị huỳnh quang
[19] Chúng có nhiều ưu điểm khi so sánh với các chấm lượng tử bán dẫn
trước đây nhu CdSe va InP (xem hình 1) [20]
Vật liệu perovskite sau khi giải quyết được bài toán về độ bền có thể
Trang 14+ Màn hình hiển thị tinh thể lỏng sử dụng cấu trúc đèn nền/tắm dẫn
sáng/ma trận điểm ảnh TFT/tỉnh thể lỏng/tấm lọc màu/tắm phân cực Trong
cấu trúc này, đèn nén backlighting chat lượng cao (bán độ rộng phổ hẹp và độ
tỉnh khiết màu cao) sử dụng chấm lượng tử/nano tỉnh thể perovskite và blue led thay thế cho các loại đèn backlighting như CCFL và LED sử dụng các loại
phosphor (Blue LED YAG:Ce ) giúp cải thiện chat lượng hiền thị (hình 2) Giá thành Độ sáng Gam mầu Công nghệ i mens Công suất Khả năng ứng Tính ổn định thích nghỉ Độc tính Gam mầu
—CdSe QDs —InP QDs —ABX, QDs
Hình 1.1 Ứ điểm, nhược điểm của các loại vật liệu chấm lượng tử ban dẫn trong
lĩnh vực nano quang điện tử [21]
Bột huỳnh quang chấm lượng tử là một trong những vật liệu quan trọng trong lĩnh vực chiếu sáng rắn -một cấu trúc gồm có LED và vật liệu huỳnh quang hiệu suất cao có thể hấp thụ một phần ánh sáng phát ra từ LED chuyển thành ánh sáng ở vùng phổ mong muốn, góp phần làm cho ánh sáng phát ra từ
tổ hợp LED + bột huỳnh quang có màu sắc mong muốn Thuật ngữ chấm lượng tử có ý nghĩa cụ thể về cấu trúc trong đó xảy ra hiệu ứng giam giữ
lượng tử các hạt tải điện Trong thực tế, vì hiệu ứng giam giữ lượng tử xảy ra
khi có ít nhất là một chiều kích thước của vật liệu nhỏ so sánh được với bán
Trang 15Phương pháp tái kết tủa thông qua việc trộn dung môi phân cực và
không phân cực là một cách đơn giản để điều chế các hạt nano hữu cơ hoặc cac cham polymer [21] Cac tién chất của perovskite góc halogen thường hòa
tan trong nhiều dung môi phân cực, nhưng không hòa tan trong các chất
không phân cực Dựa trên cặp toluene và N có thể trộn được, N-
dimethylformamide (DMF), phương pháp tái kết tủa với sự hỗ trợ của các
phối tử (LARP) để chế tạo các hạt nano tỉnh thể perovskite Kỹ thuật LARP
vừa đơn giản vừa linh hoạt để tổng hợp các perulfit halide và các cấu trúc
nano khác Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất của chúng là kém bên so với các loại
vật liệu chấm lượng tử khác do các liên kết ion yếu trong tỉnh thé; chúng dễ dàng phân hủy khi tiếp xúc với không khí, hơi nước hoặc các dung môi hòa tan khác + — Tâm p hân cực ha = lượng tử phát Chip BlueLED phủ YAG:Ce xạ ánh sáng xanh Tinh thé long i
Hinh 1.2 Vai tro của nguồn sáng (backlighting unit) dua trén vat liéu perovskite nano tinh thé trong man hinh LCD
Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày việc chế tạo hai loại hạt nano
tinh thể bán dẫn CH;NH;PbBr; và CH;NH;Pbl; bằng phương pháp tái kết tủa
dưới sự hỗ trợ của các phối tử vốn là các polymer gốc amine và axit hữu cơ
chuỗi dài Sau khi tổng hợp được hạt nano tỉnh thể chúng tôi tiến hành trộn
với PMMA và xử lý chân không để tạo thành tấm perovskite-polymer
Trang 16composite phat ánh sáng đỏ và xanh lục có độ bền màu cao dưới các tác động của môi trường
1.2 Chế tạo chấm lượng tử CHạNH;PbX;¿ bằng phương pháp LARP
Quá trình tái kết tủa thông qua việc trộn dung môi là một cách đơn giản
để điều chế các hạt nano hữu cơ hoặc các chấm polymer [21] Các tiền chất
Perovskite hòa tan trong nhiều dung môi phân cực, nhưng không hòa tan trong các chất không phân cực Dựa trên cặp dung môi phân cực và không
phân cuc toluene va N, N-dimethylformamide (DMF, Cat N15 D158550,
900638, v.v.), các công bố đã chứng minh sự tổng hợp tái kết tủa dưới sự hỗ trợ ligand thông qua việc trộn dung môi phối tử hữu cơ chuỗi dài.10 Hình 4A
mô tả sơ đồ kỹ thuật LARP Trong một tổng hợp điền hình của CHạNH;PbX;¿ QÐĐ, dung dịch tiền chất (PbX;, CHạNH;Br, n-octylamine và OA) đã được
bơm vào dung môi toluene Sự thay đổi độ hòa tan sau đó gây ra sự hình thành các tỉnh thể phát quang Việc điều tra các tương tác tiền chất dung môi đã giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về ảnh hưởng của dung môi đến quá trình
hình thành và thu được các chấm lượng tir CH;NH3PbI; phát quang ổn định,
cũng như các tỉnh thể nano perovskite được kiểm soát hình thái [21]
Kỹ thuật LARP vừa đơn giản vừa linh hoạt để tổng hợp các nano tỉnh thể
perovskite halide và các cấu trúc nano khác Ví dụ, Xiong et al đã sử dụng nó
để tổng hợp các pervoskite vô định hình và ứng dụng trong LED 30 Jie et al
đã phát triển một phương pháp phủ nhúng đơn giản để chế tạo hiệu quả các màng có diện tích lớn và dày đặc đồng đều cho các linh kiện LED nhiều màu
sắc Các nhóm khác đã áp dụng chiến lược LARP để tổng hợp cdc QD
perovskite khác, bao gồm CsPbX; QĐ, CH;(NH;);PbX; và (CH;NH;) đến các
Trang 17CH;NH;PbX; tinh khiết để sử dụng trong các ứng dụng LED [22] Gần đây,
Sun et al Ngoài ra, nhiều nhóm đang nghiên cứu ứng dụng đèn LED trắng
chuyển đổi cho đèn nền LCD bằng cách phan tan trong nhya perovskites QD
trong hoặc sau sự hình thành của chúng Việc sử dụng các lớp phủ điện môi
như SiO; hoặc POSS cũng có khả năng khắc phục các vấn đề ồn định [23], [28] A) B) MAX+PbX,+DMP +Octylamine +Oleic acid \ / Toluene [ | LJ SH — — —— 400 $00 600 700 800 Bước sóng (nm)
Hình 1.3 a) Sơ đô tổng hợp các NCs perovskite bằng phương pháp tái kết tủa bằng phương pháp LARP b) Các NC Perovskite phân tan trong toluene dưới đèn UV (= 365 nm) và phổ PL tương ứng 1.3 Téng quan WLED (LED trang) 1.3.1 Cấu tạo: - Heat slug (dé tan nhiét) - _ Die-attach (lớp hàn) - Die (blue chip)
- Gold wire (day vang)
- Phosphor/silicone (hon hop phosphor va silicone)
- M6t LED trang phosphor céng suat cao dya trén dic trung 1a mét hé thống kết hợp một con chip LED, kết nối điện và nhiệt (hàn dây và vật
Trang 18liệu hàn để), một cốc phản xạ, một chất nền, một phosphor chứa Như
đã trình bày trong hình 1.3, cấu trúc của gói LED trắng công suất cao
bao gồm một bộ khung với một cốc phản xạ, một đie, keo dán, dây
vàng, và hỗn hợp bột huỳnh quang trộn với nguyên liệu phosphor
Bộ huỳnh quang Đây kim loại
Chíp Blue LED
Keo kết dinh Tấm tân nhiệt
Hình 1.4 Cấu tao LED trang [22]
1.3.2 Nguyên lý hoạt động của LED trắng
Hiện nay, có ba cách tiếp cận chung để tạo ra ánh sáng trắng từ đèn
LED công suất cao, được minh họa trong hình 1.4
ï) Phương pháp đầu tiên: pha trộn trực tiếp ánh sáng từ ba (hoặc nhiều) nguồn đơn sắc, như là đèn LED đỏ, xanh lục và màu xanh lam
1) Phương pháp thứ hai: sử dụng một chip LED tử ngoại để kích thích bột huỳnh quang màu đỏ, xanh lục và xanh lam và đồng thời tạo ra ba màu
khác nhau theo cách mà không một tia sáng UV nào được phép thoát ra
iii) Phuong pháp thứ ba: sử dụng một chip LED xanh để kích thích bột huỳnh quang phát ra màu vàng Phương pháp này là phương pháp phổ biến
nhất của chế tạo LED trắng công suất cao cho chiều sáng chung, bởi vì nó dễ
dàng hơn nhiều để chế tạo so với hai phương pháp trước, trong khi đó đem lại
Trang 19Đối với LED trắng dựa trên phosphor, phosphor hấp thụ các bước sóng ngắn phát ra từ chip LED chính và chuyền đổi nó thành bước sóng dài hơn Ví
dụ, một LED trắng có thể được làm bằng cách kết hợp một LED phát ra ánh
sáng màu xanh lam và phosphor vàng như cerium kích hoạt yttrium alumi
num garnet (Y;AlzO¡;: Ce; `)
Hình 1.5 Ba phương pháp chế tao ánh sáng trắng từ đèn LED (a) chip LED do + chip LED luc + chip LED xanh (b) chip UV LED + b6t huynh quang RGB (c) chip LED xanh
+ bột huỳnh quang vang [22]
Các LED màu xanh phát ra ánh sáng đầu tiên thường với bước sóng đỉnh 440
- 480 nm như một ánh sáng kích thích Phosphor vàng hấp thụ một phần ánh
Trang 20Sự kết hợp của ánh sáng vàng với ánh sáng xanh không được hấp thụ được coi là ánh sáng trắng của mắt con người Tính chất quang học của ánh sáng trắng phụ thuộc vào sự cân bằng của năng lượng ánh sáng xanh với năng lượng ánh sáng màu vàng bị ảnh hưởng bởi lượng phosphor (độ dày của chất đóng gói
chứa phosphor), nồng độ, mật độ, kích thước hạt, phân bố, và hình học của
phosphor bên trong các gói LED [24]
1.3.3 Các tham số quang của LED
1.3.3.1 Quang phô
Quang phổ của LED là dải sáng có phổ của chip LED và phổ phát xạ
của bột huỳnh quang xe + Blue chip hit xa ving Ving anh sing a Blue Chip
Hình 1.7 Quang phổ điển hình của LED trắng [23]
1.3.3.2 Hiệu suất quang
Hiệu suất quang của thiết bị chiếu sáng LED là tỷ lệ giữa quang thông
đầu ra (lumens) và công suất điện đầu vào (Watt) của LED Hiệu suất có đơn vi Im/W LEDs trang lạnh với nhiệt độ màu CCT trên 5000 K cho hiệu suất
cao nhất Tính đến thời điểm (Q2, 2012) LEDs thương mại có thể cho hiệu suất lên tới 160 Im/W và đã vượt qua hiệu suất tốt nhất của đèn huỳnh quang LEDs trắng âm (CCT từ 2600 K đến 3500 K) cho hiệu suất lên tới gần 120
Trang 21Im/W LEDs đã đạt hiệu suất tới trên 250 Im/W tại phòng thí nghiệm của Crec
Líd., tháng 4 năm 2012 Hiệu suất bộ đèn LED cao nhất năm 2012 vào
khoảng 100 Im/W và ngày càng được cải thiện
1.3.3.3 Nhiệt độ màu tương quan (CCT) và tọa độ màu 7.000K 5.700K 4.000K 3.500K 3.000K 2.700K 10.000K 9.000K 8.000K 7.000K 6.000K 5.000K 4.000K 3.000K 2.000K 1.000K 10.000K 7.000K - 6.000K: 5.500K - 4.800K: 4.000K - 4.000K: 3.000K: 2.800K: 2.700K - 2-200K: 1.900K:
Hinh 1.8: Vi du về nhiệt độ màu tương quan của LED [24]
Nhiệt độ màu của nguồn sáng là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối lý tưởng (vật thể rắn có tính chất cố định được nung nóng đến điểm phát sáng) tỏa ra ánh sáng có màu tương đương với nguồn sáng và nhiệt độ của nó được biểu
thị bằng độ Kelvins (K) Khi một vật đen tuyệt đối trở nên nóng hơn, bước
sóng của ánh sáng phát ra biến đổi liên tục thành một dải màu từ đỏ đến xanh (Hình 1.8) Chuỗi nhiệt độ màu được mô tả bằng đường cong ( đường Planckian) trong không gian màu CIE 1931 (Hình 1.9)
Đối với màu sắc dựa trên lý thuyết vật đen tuyệt đối, màu xanh lam
sinh ra ở nhiệt độ cao hơn, trong khi màu đỏ sinh ra ở nhiệt độ thấp hơn Điều
này trái ngược với các tư tưởng văn hóa được gán cho màu sắc, trong đó, màu
đỏ là màu nóng, và màu xanh da trời là màu lạnh
Trang 22Một bóng đèn sợi đốt phát ra ánh sáng với nhiệt độ màu khoảng 2700K
(điểm kết thúc của màu đỏ trên đường cong Planekian) Bởi vì đèn sợi đốt sử
dụng day tóc được nung nóng để phát ra ánh sáng, nhiệt độ của đây tóc cũng
là nhiệt độ màu của ánh sáng phát ra Phân tích quang phổ của ánh sáng khả kiến cho phép xác định nhiệt độ màu cho các nguôn sáng trắng không nóng sáng chăng hạn như ống huỳnh quang và LED
on 02 03 0.4 os 0.6 07 8
Hình 1.9 Đường cong màu đen (Planckian) xác định phạm vi nhiệt độ màu, từ ấm thơi đỏ) lạnh (hơi xanh), trong hệ tọa độ màu CIE 1931 [24]
LED phát ra ánh sáng với nhiệt độ màu 2700K có nhiệt độ thực tế là vùng hoạt động khoảng 350K (~ 80°C), do đó nhiệt độ của ánh sáng đi ra tương quan với nhiệt độ của vật đen tuyệt đối và không liên quan tới nhiệt độ thực tế
của nguồn sáng LED Đó là lý do tại sao trong trường hợp nguồn sáng không
nóng sáng, chúng ta phải nói về nhiệt độ màu tương quan (xem thêm hình 1.8)
Trang 231.3.4 Uu nhuge diém
1.3.4.1 Uu điểm
LED có một số ưu điểm như là: hiệu suất quang cao, tuổi thọ cao và
thân thiện với môi trường ï) Hiệu suất quang cao 200 s 5 = 3 Hiéu suat phát quang (Im/W) s i ao9ef Vy 0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 Thời gian
Hình 1.10 So sánh hiệu suất phát quang của LED với đèn truyền thống [24]
Đèn chiếu sáng LED có rất nhiều ưu điểm Đầu tiên phải kể đến hiệu
suất phát quang cao của đèn chiếu sáng LED Hình 1.10a so sánh hiệu suất phát quang giữa các loại đèn khác nhau: đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn LED Hiệu suất phát quang của một nguồn sáng được miêu tả là tỷ số giữa
công suất quang danh định của đèn và tiêu thụ điện danh định được thể hiện
bằng Im/W Hình 1.10b cho thấy hiệu suất phát quang của các đèn truyền thống tăng chậm hoặc không tăng theo thời gian, nghĩa là công nghệ cải tiến
của các đèn truyền thống đã đạt đến mức bão hòa Trong khi đó, hiệu suất
phát quang của đèn LED vẫn tiếp tục tăng nhanh theo thời gian
ii) Tudi thọ cao
Trang 24Tuổi thọ của đèn truyền thống được định nghĩa là khoảng thời gian từ
lúc bắt đầu dùng đến lúc hỏng Tuổi thọ của đèn LED được định nghĩa khác
han, tuổi thọ của đèn LED 1a thoi gian từ lúc sử dụng đến lúc quang thông của
đèn còn 70% so với quang thông ban đầu theo tiêu chuẩn LM80 Bảng 1.1
cho thấy tuổi thọ của LED vượt trội so với tuổi thọ của các đèn truyền thống
Bảng 1.1 So sánh tuổi thọ của LED và đèn truyền thống [24]
Range of Typical Rated Life (hours) Light Source (Nguôn sáng) Tuổi thọ của đèn Incandescent (Đèn sợi đốt) 750-2,000 Halogen incandescent 3,000-4,000 (Den halogen) Compact fluorescent 8,000-10,000 (Huynh quang compact) Metal halide 7,500-20,000 20,000-30,000 Linear fluorescent
High-Power White LED
(estimated useful life by L7) 35,000-50,000
(LED trắng công suất cao)
Một trong những ưu điểm khác của đèn chiếu sáng LED là kích thước
nhỏ gọn, có tính thâm mỹ cao Các sản phẩm LED có nhiều kiểu dáng gọn nhẹ, thiết kế trang nhã lịch sự, không gây chói mắt là một xu hướng thẩm mỹ
được rất nhiều khách hàng hướng đến nên đang được sử dụng ngày càng phổ
biến hơn trong các công trình dân dụng LED cũng đáp ứng những yêu cầu
Trang 25khắt khe về chất lượng, khắc phục được những yếu điểm của bóng sợi đốt và huỳnh quang compact như chắc chắn, có thể chịu được sự lắc nhẹ hay va đập
1.3.4.2 Nhược điểm
LED có nhiều ưu điểm so với các loại đèn truyền thống nhưng LED
vân có một sô nhược điêm như là: vân đê tản nhiệt, ánh sáng có vành vàng 1.4 Ứng dụng của WLED trong màn hình hiển thị LCD
Màn hình hiển thị LCD hiện tại thống trị thị trường cùng với sự phát
triển của lĩnh vực tivi, máy tính cá nhân đỗ gia dụng và các thiết bị di động
Tuy nhiên chúng vẫn tồn tại một số nhược điểm như: giới hạn về độ dày do được cấu tạo bởi nhiều thành phần như đèn nền, tắm dẫn sáng, tắm phân cực ; giới hạn về độ tương phản và màu sắc hiển thị do ánh sáng di qua nhiều
lớp, các điểm ảnh không được tắt hắn; cấu trúc phẳng không linh hoạt Các
nhược điểm kể trên đã và đang được giải quyết với sự xuất hiện của đèn nền
LED và các chấm lượng tử bán dẫn phát quang Hiện nay giá thành sản xuất
OLED đã được giảm xuống; tuy vậy, công nghệ hiển thị LCD vẫn cho thấy
ưu thế về độ ồn định và giá thành vượt trội
1.4.1 Công nghệ hiển thị LCD
a Giới thiệu công nghệ hiền thị
Các loại công nghệ màn hình hiền thị có thể được xác định qua ba thế hệ
(xem hình 1):
+ Thế hệ thứ nhất là các loại màn hình sử dụng ống phóng tia catot CRT Màn hình CRT phát triển cực thịnh vào những năm 2000 Hiện nay màn
hình CRT đã gần như bị thay thế hoàn toàn bởi loại màn hình hiển thị thế hệ
thứ hai
Trang 26+ Thế hệ thứ hai bao gồm các loại màn hinh hién thi LCD, PDP da di
qua giai đoạn cực thịnh, hiện tại công nghệ màn hình hiển thị thế hệ thứ 3 OLED vẫn đang được phát triển và sẽ thống trị trong một vài năm tới
+ Thế hệ màn hình hiển thị thứ 3 đang được phát triển và được kỳ vọng
sẽ thương mại hóa trong tương lai gần ThE hg thứ nhất 1980 Tao 3000 2010 2016 2636 Hình 1.11 Sự tiến hóa của các loại màn hình hiển thị 1.4.2.Giới thiệu về màn hình LCD Màn hình LCD có cấu trúc phức tạp bao gồm sự kết hợp của nhiều thành phần Một màn hình LCD điển hình sử dụng một dải đèn nền là ống
huỳnh quang catot lạnh cathode (CCFL) hoặc đèn LED ánh sáng trắng Tuy
nhiên, tùy thuộc vào kích thước của màn hình, cần một số lượng nhất định các
loại đèn cần thiết để đảm bảo độ sáng cao và đồng nhất Ngay bên trên đèn nên là các tắm quang học, cho phép ánh sáng phát ra từ các đèn nền được trải
đều trên toàn bộ diện tích màn hình Để các điểm ảnh trên màn hình hiền thị
với ba màu cơ bản là đỏ, xanh lục, và xanh lam, ánh sáng từ đèn nền sẽ đi qua các bộ lọc màu; Sự kết hợp của ba bộ lọc màu sẽ tạo nên một điểm ảnh Kích
thước của bộ lọc mà sẽ quyết định độ phân giải của màn hình hiển thi Dé có
thể điều khiển được ánh sáng đi qua các bộ lọc màu, màn hình hiển thị LCD sẽ cần một hệ gồm lớp màng tỉnh thể lỏng nằm giữa hai tắm phân cực ánh
sáng đặt vuông góc với nhau Ánh sáng phát ra từ đèn nền là ánh sáng phân
Trang 27cực toàn phan; khi di qua tam phân cực thứ nhất sẽ trở thành ánh sáng phân cực một phần (VD theo trục X) Ánh sáng phân cực một phần khi đi qua lớp
tỉnh thể lỏng sẽ bị xoay theo trục phân cực của lớp tinh thé lỏng Lớp tỉnh thể
này có trục xoay theo điện áp ngoài đặt vào Ánh sáng phân cực sau khi đi qua
lớp tỉnh thể lỏng sẽ tiếp tục đi tới bộ lọc màu và tắm phân cực thứ hai theo
trục Y (vuông góc với trục X) khi đó lượng ánh sáng đi ra sẽ phụ thuộc vào góc xoay phân cực của nó với tắm phân cực thứ hai Để có thể điều khiển
được lớp tỉnh thể lỏng màn hình hiển thị sẽ cẦn một lớp ma trận điện cực (LCD thụ động - PLCD) hoặc ma trận các bóng bán dẫn màng mỏng (LCD
chủ động-AMLCD) được viết tắt là TFT Anh sang di tir dén nền tới màn hình
hiển thị sẽ đi qua các lớp khác nhau và bị giữ lại một phần Chỉ 5-10% ánh
sáng từ đèn nên sẽ được hiển thi (hình 1.12) Mặt nên phát quang Mặt phân cực sau Chất nền Bộ phận lọc sắc I] gg Mat phân cực trước 0 50 | 100 Ty Ié anh sang truyén qua (%)
Hình 1.12 1ượng ánh sáng truyền qua các lớp của màn hình hiển thị LCD
So với các loại đèn huỳnh quang catot lạnh thông thường (CCFL), giải
pháp đèn LED nền cung cấp cho các nhà sản xuất màn hình LCD cho thấy rất nhiều lợi ích Trên tất cả, đèn LED cho hình ảnh chất lượng tốt cả về gam mau và độ bão hòa LED cũng cung cấp độ tương phán cao hơn và rực rỡ
Trang 28(chuyển chế độ bật tắt trong vòng 100 ns), và không giống như nguồn sáng CCFL, ching không chứa thủy ngân - chúng thân thiện hơn với môi trường LED chống rung và sốc, và có thời gian sống lên đến hàng chục nghin giờ;
chúng hoạt động trên 50 000 giờ, trên một phạm vi nhiệt độ - 40 ° C tới 85 °
C Nói chung, các giải pháp đèn nền LED có tính linh hoạt tuyệt vời, chúng
có thể tích hợp cho mọi loại kích thước màn hình
Hình 1.13 đèn nên LCD sử dụng CCFL (trai) va LED (phải)
Cac tinh thé lỏng được điều khiển tính phân cực bằng ma trận các bóng bán dẫn màng mỏng và đi qua các lớp lọc màu R,B,G Tổ hợp của ba màu tạo
nên một điểm ảnh như được thể hiện trong hình
Trang 29Luận văn cao học Dương Thị Thanh = he * * _——
c) Cấu trúc tấm nền TFTs d) Kích thước điểm ảnh vs
Hình 1.14 Cấu trúc mô phỏng và thực thể của ma trận bóng bán dẫn màng mỏng trên các màn hình hiển thị LCD Biến tần = Lamp (CCFL or LED) Cổng dữa liệu Cổng dữa liệu Nền phản xạ Bộ dẫn sáng Phân cực Bộ khuếch đại _ & , Phân cực Chất nền
Hình 1.15 Cấu trúc của một tắm hiển thị màu LCD
Trang 301 Tắm nền LCD: Đề ma trận bóng bán dẫn màng mỏng, bộ lọc màu 2 Khối mạch điều khiển: Chip IC điều khiển, bảng mạch điện tử, mạch điều khiển 3 Bộ đèn nền và khung đỡ 1.5 Kết luận
Hiện nay các đèn nền sử dụng cho màn hình LCD chủ yếu sử dụng chiup LED xanh đương có phủ bột huỳnh quang YAG:Ce đề cho ánh sáng
trắng Công nghệ đèn nên loại này thường có độ phủ gam màu khá thấp và
thiếu phần ánh sáng màu đỏ Chính vì vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tập
trung vào việc chế tạo các tinh thể nano CH;NH;PbX; cau trúc perovskite hấp
thụ một phần ánh sáng xanh lam và phát ra ánh sáng xanh lục và đỏ với phổ
phát xạ hẹp khắc phục một số hạn chế của loại bột huỳnh quang thương mại
phổ rộng hiện nay như YAG:Cc
CHƯƠNG II THỰC NGHIỆM
2.1 Hóa chất
Các chấm lượng tử CH;NH;X (X = Br, I) trong luận văn này được tổng hợp bằng phương pháp hóa từ các tiền chất ban đầu gồm: HBr, HI, Methylamine, PbBr;, Pbl;, Dimethyl fomamide (DMF), Toluene, Oleylamine,
Oleic acid, Polymethyl metha Acrylate
2.2 Tổng hợp nano tỉnh thể CH;NH;X (X=Br, I)
CH;NH;X (X = Br, I) được tổng hợp thông qua phản ứng giữa 24 ml methylamine (33% trọng lượng trong ethanol tuyệt đối, Sigma) và 10 ml axit
Hydromromic / hydroiodic (40/57 wt% trong nước, samchun, Hàn Quốc)
trong 250 mL bình cầu đáy tròn ở 0 °C trong 2 giờ khuấy Kết tủa được thu
hồi bằng cách đặt dung dịch lên thiết bị bay hơi quay và loại bỏ cẩn thận các
Trang 31dung môi ở 50 °C San phẩm thô, CHạNH;X, được hòa tan lại trong 80 mL
ethanol tuyệt đối và kết tủa lại với việc bổ sung 300 mL dietyl ete Sau khi
lọc, chất rắn kết tỉnh CHyNH;X được thu thập và say khô ở 60 °C trong tủ hút chân không trong 24 giờ Etmi mm +, a | | 1°= 50C Khudy dé u30? lees | Oleic acid Oleic amin(O (OA) LA) t°= 50°C Khuấy đều ong 2h Dung dịch Toluene Ỷ Dung dịch chứa nano tinh thể CH;NH;PbBr;
Hình 2.1 Sơ đồ các bước tổng hợp hạt nano CH;NH;PbX; (X=Bir, ])
2.3 Màng composit CH;NH;PbX; (X=Br,I) nano crystal/PMMA
Trang 32Bước 1: Hai hỗn hợp Chì (II) halogen (PbX;) và CHạNH:X (X = Br, I) được
khuấy tan trong 5ml dung dịch N,N-dimethylformamide (DME) ở nhiệt độ 50
5C, 30 phút với tỷ lệ mol là 0,2 mmol PbX va 0,2 mmol CH3NH3X (X = Br,
]) trong lọ thủy tinh
Bước 2: Sau đó ta sử dụng dung dịch 0,5 mL Oleic acid (OA) và 0,25 mL
Oleylamine (OLA) nhỏ vào hỗn hợp ở trên Gia nhiệt khuấy ở 50 °C và trong
2h30” sẽ thu được hỗn hợp dung dịch trong suốt A (dung dịch tiền chất)
Bước 3: Lọ thủy tỉnh chứa 5ml dung dich toluene được khuấy đều sau đó nhỏ 0,5ml tiền chất A và khuấy đều trong 5 phút
Bước 4: Đem đi ly tâm với tốc độ 5000 vòng/ phút trong 5 phút để loại bỏ các
hạt có kích thước to và thu được dung dịch lỏng màu xanh lá cây hoặc mảu
đỏ
Bước 5: Tạo hỗn hợp keo polymer PMMA_ bằng cách trộn 5g nhựa mica
trong 5ml toluene Ngâm trong 24h tan hết có dạng sệt
Bước 6: Từ bước 4 lấy 20ml dung dịch perosvkite CH;NH;PbX; trộn đều với
20ml dung dịch polymer ở bước 5
Bước 7: Được hỗn hợp đã trộn đều, cho vào khuôn có hình dạng theo ý muốn Tiếp theo để khắc phục độ bên ta sấy chân không bằng hệ bơm màng trong
thời gian Sh Mau khô dần có dạng màng dẻo có thể uốn cong
2.4 Các phép đo phân tích
Cấu trúc hình thái học của vật liệu được khảo sát bằng phương pháp
hiển vi điện tử truyền qua (HRTEM, Jeol) tại Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam Phép đo phổ phát xạ huỳnh quang (NanoLog, Horiba) được thực hiện tại Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ, Trường Đại học Bách khoa Hà
Nội Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X (XRD, Siemens Bruker D5000) với bức
Trang 33xa CuKa (A = 1,54 A) Hé do phé huynh quang tích hợp cau tích phân được
thực hiện tại phòng thí nghiệm Ralaco-Hust thuộc Viên Tiên tiến Khoa học và
Công nghệ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
2.5 Phương pháp khảo sát tính chất quang
Bước I: Đưa LED vào cầu tích phân, gắn lên đề tản nhiệt (vị trí 2x hoặc vị trí
4n)
Bước 2: Cấp dòng điện 1 chiều I= 120 mA cho LED
Bước 3: Thiết lập nhiệt độ cho bộ ồn nhiệt T= 25°C
Bước 4: Đợi nhiệt độ Ổn định đạt giá trị thiết lập, tiến hành đo các tham số
quang
Bước 5: Thu được các tham số quang của LED như là: quang phổ, tọa độ
màu, nhiệt độ màu (như đã định nghĩa trong phần tổng quan)
CHUONG III KET QUA VA THẢO LUẬN
3.1 Khao sat LED anh sang trang sir dung blue LED phi bot YAG:Ce 3.1.1 Chip blue LED
Trong nghiên cứu này của chúng tôi, chúng tôi sử dụng chíp blue LED
với bước sóng phát xạ cực đại ở 450 nm Chúng tôi dùng bước sóng này để
làm nguồn kích thích cho chấm lượng tử chế tạo được khi phủ lên LED Quang phổ và tọa độ màu của chip blue LED này được đo bằng hệ quả cầu
tích phân và cho kết quả như hình 3
Trang 34NYA K / N/A CRI -35 RS / -0.2064 Duy 'Watts/nm (10^3) 30 40 480 500 550 600 650 700 750 800 Bước sóng (nm)
Hình 3.1 Quang phổ, tọa độ màu và hệ số hoàn màu của blue LED
Kết quả khảo sát chíp blue LED này cho thấy chíp phát xạ mạnh trong
vùng ánh sáng từ 400 đến 500 nm với đỉnh huỳnh quang ở bước sóng 450 nm Đây là nguồn LED kích thích chủ yêu cho vật liệu phát xạ ánh sáng trắng sau
UV-LED Với bước sóng kích thích ở vùng ánh sáng xanh dương sẽ giảm
thiểu tác hại của bức xạ đến môi trường cũng như sức khỏe so với chíp UV-
LED
3.1.2 Keo PMMA
Nhựa Poly methyl methacrylate (PMMA) còn có các tên gọi khác như
thủy tinh hữu cơ, nhựa acrylic hoặc thủy tinh acrylic Các tên thương mại của
PMMA có thể kể đến như Plexiglas, Acrylite, Lucite và Perspex PMMA là
một loại nhựa nhiệt dẻo, trong suốt thường được sử dụng ở dạng tấm, miếng
như một vật liệu nhẹ, có cơ tính cao có thể được dùng để thay thé cho kính và
thủy tinh (vì vậy, nó có tên gọi là thủy tinh hữu cơ)
Mặc dù không phải là một loại thủy tỉnh silica quen thuộc, nhưng về
mặt kỹ thuật nó giống như vật liệu dạng thủy tỉnh (ở chỗ nó là một chất có câu
trúc vô định hình) vì thế trong lịch sử, đôi khi nó được gọi là "thủy tính" acrylic Về phương diện hoá học thì PMMA là các polyme được tổng hợp từ
methyl methacrylate Những vật liệu này có hệ số truyền qua cao và đặc biệt với ánh áng nằng trong vùng khả kiến Trên hình 3.2 là hệ số truyền qua của
Trang 35tắm PMMA với thời gian chiêu sáng khác nhau Kết quả cho thay vật liệu này có thể đạt hệ số truyền qua lên đến 92% trong vùng khả kiến và hồng ngoại gân ———PMMA 100 ¬ ——PMMA 360 UV ——— PMMA 811 UV, 80-4 Š = 60+ = as & “5 404 5 9 «0: 20- x 0+ T T T T T 1 800 700 600 500 400 300 200 Bước sóng (nm)
Hinh 3.2 Hé sé truyén qua của nhựa PMMA với thời gian chiếu khác nhau
Đồng thời hệ số truyền qua gần như không phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng Kết quả này cho thấy các tắm thủy tinh hữu cơ này đáp ứng tốt việc dẫn ánh sáng đến các chấm lượng tử khi khuếch tán trong môi trường của chúng
mà không làm ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ cũng như phát quang của vật
liệu phủ trong chúng
3.1.3 Chip blue LED phủ bột phosphor YAG:Ce
Hình 3.4 trình bày quang phổ và tọa độ màu của các loại bột huỳnh
quang khác nhau LED chế tạo được đều phát xạ đồng thời phổ xanh (chip LED) và phổ đỏ (bột huỳnh quang) Tuy nhiên, để đánh giá chất lượng của
các bột huỳnh quang, chúng tôi quan tâm đến đại lượng hiệu suất chuyên đồi
Trang 37—#— Blue LED —Y1 —Y2 SVS Cường độ huỳnh quang (đ.v.t.y.) 400 450 500 550 600 650 700 Bước sóng (nm)
Hình 3.3 Quang phổ của Blue LED phú bột Phosphor YAG:Ce
Hiệu suất chuyển đổi của bột phosphor là đại lượng được tính dựa trên khả năng phát xạ ánh sáng thứ cấp khi nhận được ánh sáng kích thích là ánh sáng
sơ cấp vùng xanh lam từ chíp LED chiếu tới:
H(%) = — 5_ x100% (2)
B, -—B
Trong do:
1: Hiệu suất chuyển đổi của bét phosphor
R: Công suất phát xạ thứ cấp của LED sau khi phủ bột B,: Công suất phát xạ của chíp blue LED ban dau
B,: Công suất phát xạ vùng xanh lam của LED sau khi phủ bột
Phố xanh, phổ đỏ và hiệu suất chuyền đổi được trình bay chi tiết trong bảng
3.1 và hình 3.4
Trang 38Đề đánh giá chất lượng của các bột huỳnh quang, chúng tôi quan tâm
đến đại lượng hiệu suất chuyền đổi Đây là đại lượng được tính dựa trên khá
năng phát xạ ánh sáng thứ cấp khi nhận được ánh sáng kích thích là ánh sáng sơ cấp vùng xanh lam từ chíp LED chiếu tới (xem hình 3.3):
Bảng 3.2 Tham số quang của các mẫu bột huỳnh quang Mẫu H(%) CRI CCT (K) Blue LED + Y, 60 71 38.673 Blue LED + Y¿ 62 83 13.060 Blue LED + Y3 54 74 5.375
Phổ chip led (400-500 nm), phổ phát quang của bột (500-700 nm) va hiệu suất chuyển đổi được trình bày chỉ tiết trong bảng 1 và hình 6 Kết quả
thu được cho thấy, hiệu suất chuyên đổi tốt nhất thu được là 62% đối với mẫu
phủ 2,2 uL dung dịch keo chứa 50% bột YAG:Ce thương mại Bên cạnh đó, chỉ số hoàn màu CRI cũng đạt được là 83 và nhiệt độ màu là 13.060 K
3.1.4 Khảo sát tính chất quang của màn hình LCD sử dùng đèn nền Chip
blue LED phu bét phosphor YAG:Ce
Hình 3 cho thấy sự so sánh của đèn LED xanh đương + YAG: Ce và các thông số hiệu suất được hiển thị trong bảng 3.2 Ba thể tích của YAG: Ce/nhựa PMMA được phủ lên chip LED màu xanh với quang phô EL được thể hiện trong
hình 3.3 Hiệu suất chuyên đổi thông lượng bức xạ 400-500 đến 500-700 nm, chỉ số
hoàn màu và tọa độ màu CIE 1931 của chúng được thể hiện trong bảng 3.2 Hiệu
suất chuyển đổi thông lượng giảm từ 62 xuống 54% khi tăng hàm lượng YAG:Ce
Trang 39YAG: Ce G 71.2 62.2 0.31,0.59 R TB 53.5 0.60, 0.33
Tính chất quang của màn hình tỉnh thé lỏng thương mại với đèn LED
xanh lam thông thường + YAG: Ce được hiển thị trong hình 3.4 (b); sơ đồ cấu
trúc của màn hình được hiển thị trong hình 3.4 (a) Màn hình hiển thị từng bước hình ảnh màu đỏ (255, 0, 0), xanh lục (0, 255, 0) và xanh lam (0, 0,
255), và thông số được hiển thị trong bảng 3.3 Phổ EL rõ ràng là bao gồm
các cực đại 455 nm, 520 nm và 631 nm Độ tinh khiết màu và độ rộng gam
màu của màn hình LCD sử dụng đèn LED xanh dương thông thường + YAG: Ce là khá thấp i 4 ae —— B(255,0,0) Anh sang ra = (b) ——G(0,255.0) 2) @ — ( ) = “ é R(0,0,255) 4 Co Tâmphãncực a eae ` Ị {TET matrix! 2 “Tâm phân cực c =D Ệ 5 ft T + = A00 450 600 550 600 630 700 Chíp Blue Led Bước sóng (nm)
Hình 3.4 (4) cầu trúc của màn hình hiển thị LCD với đèn nền LED xanh dương
phu b6t phosphor YAG:Ce; (b) phé ba màu của màn hình hiên thị LCD
3.2 Chế tạo hạt nano tỉnh thể CHạNH;PbX¿ (X = Br, I)
Các chấm lượng tử CH;NH;PbX; được chế tạo bằng phương pháp đã
được miêu tả trước đó Nhìn chung các phối tử chứa các gốc alkylamines có
vai trò điều khiển động học của quá trình tỉnh thể hóa và tạo ra các hạt nano
tỉnh thể trong dung dịch Bên cạnh đó, axit oleic đóng vai trò là chất thụ động
bề mặt giúp cho hạt nano đã được hình thành sẽ không bị kết đám
Trang 40
Hình 3.5 Ảnh chụp mẫu CH;NH;PbBr; dưới ánh sáng ban ngày và ánh sáng cực tím Hình 3.5 cho thấy mẫu dung dịch chứa hạt nano tỉnh thé CH:NH;PbBr;
sau khi thu được ở bước 4 có dạng màu xanh lá cây và bán trong suốt khi quan sát dưới ánh sáng ban ngày
Hình 3.6 Ảnh HRTEM của mẫu nano tình thể CH;NH;PbBr; chế tạo được
Khi quan sát dưới ánh sáng UV (400 nm), dung dịch phát ánh sáng mạnh chứng tỏ các hạt nano tỉnh thể phát quang đã được hình thành trong dung
dịch Tuy nhiên sau vài ngày, kha năng phát quang của chúng giảm dẫn, xuất
hiện các kết tủa màu vàng và dung dịch trở nên đục dan
Mẫu sau chế tạo được phân tích cấu trúc bề mặt bang phuong phap hién vi điện truyền qua và thể hiện trong hình 3.7 (a) và (b) Các hạt nano có kích