量子點(diǎn)由于具有高量子產(chǎn)率、高缺陷容忍度、可調(diào)諧帶隙、易于合成等優(yōu)點(diǎn)近些年來備受關(guān)注。量子點(diǎn)是一種非常優(yōu)異的激光增益材料，可以用于LED顯示和微型激光器件等。

   新型高效穩(wěn)定和環(huán)保的量子點(diǎn)LED

   量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）具有出色的發(fā)光效率，色純度，可靠性，并且可通過具有成本效益的制造方式實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，因此是大面板顯示器的理想選擇。

   目前，紅光，綠光和藍(lán)光QD-LED的效率分別達(dá)到了20.5％、21.0％和19.8％，但是這之中的量子點(diǎn)大多含有有毒的鎘成分。而基于磷化銦（InP）的材料和器件的性能仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于含鎘的同類材料和器件。因此，改善器件的操作穩(wěn)定性并避免使用有毒的鎘成分，成為了QLED商用的關(guān)鍵問題。

   有鑒于此，三星先進(jìn)技術(shù)研究院Eunjoo Jang團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種尺寸均勻的InP為內(nèi)核，高度對稱的Core-Shell結(jié)構(gòu)QD的合成方法，其量子產(chǎn)率約為100％。

圖1. 基于InP的QD-LED性能

   要點(diǎn)1. 生長過程

   研究人員在初始ZnSe殼的生長過程中添加氫氟酸，以蝕刻掉氧化InP核表面，然后在340 ℃下實(shí)現(xiàn)高溫ZnSe的生長。工程化的殼層厚度可抑制能量轉(zhuǎn)移和俄歇復(fù)合，以保持高發(fā)光效率，并且初始表面配體被較短的配體取代，以實(shí)現(xiàn)更好的電荷注入。

圖2. QDs制備過程與表征

   要點(diǎn)2. 優(yōu)異發(fā)光性能

   經(jīng)過優(yōu)化的InP/ZnSe/ZnS QD-LED的最大外部量子效率為21.4％，最大亮度為100,000cd m-2，在100 cd m-2的條件下使用壽命長達(dá)一百萬小時(shí)，該性能可與*新的含鎘QD-LED媲美。

圖3. 不同InP-QDs光學(xué)性能

   總之，這項(xiàng)研究發(fā)展了一種無鎘量子點(diǎn)的合成策略，并實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的QLED發(fā)光性能，這些基于InP的QD-LED有望很快在商業(yè)顯示器中使用，并引發(fā)新一輪的商用技術(shù)革新。 （來源于“納米人”）

   柔性鈣鈦礦量子點(diǎn)紙制備白色LED

   目前，中國臺(tái)灣國立交通大學(xué)光電工程系Hao-Chung Kuo教授聯(lián)合阿卜杜拉國王科技大學(xué)Jr-Hau He教授課題組使用一個(gè)轉(zhuǎn)換器類型的結(jié)構(gòu)（CH3NH3PbBr3 PQD紙）來進(jìn)行白色LED的設(shè)計(jì)。

   該研究開發(fā)了一種PQD紙，其有能力實(shí)現(xiàn)高效、寬色域的白色LED。該材料具有91%的高光學(xué)吸收，28nm的FWHM和518 nm的峰值波長。白光LED由綠色PQD紙、紅色KSF熒光粉和藍(lán)色LED芯片組成，其發(fā)光效率為124 lm W?1，寬色域?yàn)镹TSC標(biāo)準(zhǔn)的123%，視角為120°。而且該器件表現(xiàn)出優(yōu)越的穩(wěn)定性，運(yùn)行240小時(shí)只有12.4%的光降解。另外，利用柔性PQD紙作為曲面換色器，可以將LED的視角進(jìn)一步提高到143°，從而說明了PQD紙的多功能性。

   據(jù)悉，鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQDs)由于其優(yōu)異的光致發(fā)光性、窄發(fā)射性、高量子產(chǎn)率和顏色可調(diào)性，成為下一代顯示技術(shù)的有力的競爭候選者。然而，由于高能量輻射下的熱阻差和不穩(wěn)定性，大多數(shù)鈣鈦礦量子點(diǎn)基白色發(fā)光二極管(LEDs)的發(fā)光效率只有≈50 lm W?1，且壽命小于100 h。

圖1：PQD紙的制備及特性：a) PQD紙的制作工藝，b) PQD紙表面的SEM圖像，c)CH3NH3PbBr3PQDs的TEM圖像，d) PQD紙和純CNC紙的XRD圖譜，e) PQD紙的PL和UV-vis吸收光譜。

   利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察PQD紙的表面形貌，可以發(fā)現(xiàn)纏繞的CNC結(jié)構(gòu)(圖1b)。圖1c使用透射電鏡(TEM)觀察PQDs。發(fā)現(xiàn)PQDs的尺寸約為3-8nm，這可提供強(qiáng)大的量子限域效應(yīng)并增強(qiáng)鈣鈦礦的光發(fā)射。CH3NH3PbBr3PQD紙和純CNC紙的XRD圖譜如圖1d所示，兩種樣品在23°時(shí)都表現(xiàn)出很強(qiáng)的衍射峰，這是由CNC材料造成的；而PQD紙?jiān)?5°、30°和34°出現(xiàn)其他的峰，分別對應(yīng)著CH3NH3PbBrQDs的(001)、(200)和(210)晶面，這證實(shí)了紙張中PQDs的高純度。

   圖1e為CH3NH3PbBr3PQD紙的光致發(fā)光(PL)和紫外可見(UV-vis)吸收光譜，可以看出，PQD紙顯示出明亮的綠色PL發(fā)射，F(xiàn)WHM為28 nm，峰值波長為518 nm，與PQD紙的強(qiáng)吸收邊緣截?cái)嘞鄬?yīng)。圖1e中的插圖是PQD紙?jiān)谟泻蜎]有UV激發(fā)的情況下的光學(xué)圖像，說明在正常和PL條件下，其色彩均勻性都良好。

圖2：PQD紙基白光LED的制作和EL性能：a) PQD紙基LED制作工藝示意圖，b)KSF與硅膠封裝后的LED照片，c)完成的PQD紙質(zhì)LED，d) LED發(fā)光演示，e)不同驅(qū)動(dòng)電流下PQD紙基LED的EL譜，f)NTSC標(biāo)準(zhǔn)、Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)和PQD紙基LED色域的CIE圖，g) PQD紙基LED的電流相關(guān)發(fā)光效率和光通量，h)連續(xù)運(yùn)行時(shí)LED器件的時(shí)變光通量。

   使用PQD紙作為白色LED的顏色轉(zhuǎn)換器，其LED的制作過程如圖2a所示。接下來，將KSF的紅色熒光粉與硅樹脂混合，并將混合后的混合物調(diào)配(圖2b)。在固化1小時(shí)后，將PQD紙貼在包裝袋的頂部作為綠色變色器，進(jìn)而得到白色LED(圖2c,d)。圖2 e揭示了不同驅(qū)動(dòng)電流（5-60 mA）下PQD紙基器件的電致發(fā)光譜圖（EL），可以看到藍(lán)色LED芯片、綠色PQD紙和紅色KSF的三個(gè)主峰分別位于452、518和630 nm處。圖2f為基于PQD紙的LED色域，該色域占了NTSC標(biāo)準(zhǔn)的123%和下一代8K4K顯示器最重要的顏色標(biāo)準(zhǔn)Rec. 2020的92%。在連續(xù)運(yùn)行240 h后，光通量僅下降12.4%(圖2h)，表明基于PQD紙的LED具有良好的穩(wěn)定性。

圖3：PQD紙基LED與其它報(bào)道的LED的器件性能比較：A) QDs的發(fā)光效率、色域性能和b)工作耐久性。

   圖3a總結(jié)了文獻(xiàn)和本文中報(bào)道的變流器型QD發(fā)光二極管的發(fā)光效率和色域性能。在非鈣鈦礦QD LED中，液相CdSe QDs的發(fā)光效率*高，為64 lm W?1。然而，由于綠色CdSe QDs的PL波長(≈550 nm)比理想的綠色波長(≈525 nm)要長，因此基于CdSe QDs的LED不利于獲得較寬的色域。同時(shí)，由于PQDs的熱穩(wěn)定性差，大多數(shù)PQD基LED的效率低于70 lm W?1。而在該工作中，PQD紙使LED發(fā)光效率提高到124 lm W?1，色域達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的123%。最重要的是，該LED具有240小時(shí)的長壽命，比其他基于PDQ的白色LED的壽命要長得多(圖3b)。

圖4：采用彎曲PQD紙彩色轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)出的LED：a)彎曲PQD紙的LED原理圖，b) LED作為PQD紙曲率的函數(shù)，c)帶平面PQD紙轉(zhuǎn)換器LED和d)帶彎曲PQD紙LED(曲率為0.283 mm?1)的輻射強(qiáng)度角分布。

   如圖4a所示，為了改善PQD紙基LED的視角，研究者設(shè)計(jì)了一種LED裝置的曲面換色結(jié)構(gòu)，視角定義為LED亮度超過最大亮度一半的角度范圍。發(fā)現(xiàn)隨著PQD紙的曲率從0 mm?1(平面狀態(tài))增加到0.283 mm?1(圖4b)， LED的視角從120°增加到143°。圖4c,d為PQD紙結(jié)構(gòu)(0.283 mm-1曲率)的LED發(fā)光強(qiáng)度角分布曲線。與平板裝置相比，彎曲PQD紙LED在不同角度下的輻射強(qiáng)度更均勻，視角更大。（來源：能源學(xué)人）

   適用于戶外顯示的高效穩(wěn)定量子點(diǎn)發(fā)光二極管

   量子點(diǎn)具有熒光量子產(chǎn)率高、單色性佳、發(fā)射光譜隨尺寸連續(xù)可調(diào)、光化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性強(qiáng)，且可采用溶液法制備等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為下一代平板顯示和固態(tài)照明應(yīng)用中最具潛力的候選材料。基于量子點(diǎn)的發(fā)光二極管（QLED）自1994年出現(xiàn)至今，器件的性能得到了極大提升，現(xiàn)已滿足低亮度顯示（室內(nèi)顯示）的要求。然而，QLED在高亮度下的短壽命仍然限制著它在戶外顯示和照明中的應(yīng)用。

   目前為止，只有紅色QLED可以實(shí)現(xiàn)高亮度下的長壽命，即它在初始亮度為1000 cd/m2時(shí)T95（亮度衰減至初始亮度的95%所用的時(shí)間）達(dá)到了2300 h。與之形成鮮明對比的是綠色和藍(lán)色QLED，仍無相關(guān)報(bào)道。主要原因在于，與紅色QLED相比，綠色和藍(lán)色量子點(diǎn)發(fā)光層和空穴傳輸層之間存在較大的注入勢壘，使得過剩的電子在發(fā)光層和空穴傳輸層的界面處積累，進(jìn)而導(dǎo)致高電流下的效率滾降和器件的性能衰減。因此，空穴能級(jí)失配是阻礙綠色和藍(lán)色QLED性能改善的本質(zhì)問題。針對這一問題，首先，尋找一種能級(jí)匹配且具有高空穴遷移率的傳輸材料是顯而易見的，但是這類材料的設(shè)計(jì)合成是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)；其次，調(diào)控電子傳輸層以減少電子的注入，這一方法雖然能夠改善載流子的注入平衡，但是，一定程度上削弱了總的載流子注入效率，因此，基于此方法構(gòu)筑的器件只能在獲得高效率和高亮度的結(jié)果中有所折中。近年來，基于殼層材料優(yōu)化設(shè)計(jì)合成發(fā)光層能級(jí)適配空穴傳輸層能級(jí)的量子點(diǎn)成為一種有效的解決途徑。基于此方法，河南大學(xué)申懷彬課題組和TCL公司報(bào)道的高效率、長壽命和高亮度的紅色QLED已完全滿足戶外顯示的應(yīng)用要求。這一研究成果表明設(shè)計(jì)合成量子點(diǎn)能級(jí)適配空穴傳輸層的發(fā)光層材料也將成為構(gòu)筑高亮度下高穩(wěn)定的綠色和藍(lán)色QLED的有效策略。

   基于上述原因，近日，河南大學(xué)申懷彬課題組從量子點(diǎn)的自身結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過殼層材料、組分和厚度的精確調(diào)控，合成了組分梯度的CdZnSe/ZnSe/ZnSeS/ZnS核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，這種量子點(diǎn)不僅具有高的熒光量子產(chǎn)率（>95%）、能夠抑制非輻射福斯特能量共振轉(zhuǎn)移和俄歇復(fù)合，而且能夠有效提升空穴的注入能力，改善器件中載流子的注入平衡。基于該量子點(diǎn)構(gòu)筑的器件最大外量子效率和電流效率分別達(dá)到23.9％和100.5 cd/A，尤為重要的是在亮度1000 cd/m2條件下T95工作壽命高達(dá)2500 h。以上結(jié)果，無論效率還是器件壽命均優(yōu)于以往報(bào)道的溶液法構(gòu)筑的綠色QLED。重要的是，所合成的高性能CdZnSe/ZnSe/ZnSeS/ZnS量子點(diǎn)易于批量生產(chǎn)，且具有高度的可重復(fù)性，為未來QLED的工業(yè)化提供了技術(shù)支撐。

   這一研究成果使得最終實(shí)現(xiàn)QLED在高亮度顯示和照明領(lǐng)域的應(yīng)用又邁進(jìn)了一大步。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201901145)上。（來源于MaterialsViews）