量子点、钙钛矿色转换全彩显示应用研究进展

量子点具有色纯度高、发光颜色可调和荧光量子产率高等诸多优良的光电特性,已成为一类非常重要的发光材料,在显示及照明领域都受到了广泛的关注。目前,量子点材料的显示应用主要是基于其光致发光特性,或者说色转换特性,用于提升液晶面板的显示色域、或者与蓝光主动发光器件搭配实现全彩显示。本文首先综述常规量子点(CdSe、InP)在液晶显示方面的应用研究进展,详细阐述了量子点集成到液晶显示器面板中所需要考量的面板架构、光学特性、可靠性、制程工艺等一些关键问题;然后,进一步对量子点色转换主动发光显示应用进行了分析,就如何获得高效色转换、量子点材料图案化以及搭配蓝光发光器件的光学集成问题进行重点关注;最后,针对当前受到广泛关注的钙钛矿材料,就其色转换全彩显示应用研究进展进行了分析。     

量子点液晶显示背光技术

量子点材料兼具极高的色纯度、发光颜色可调以及的荧光量子产率高等特点,已成为显示领域中的明星材料,在提升显示器件的色域方面具有巨大潜力。基于量子点材料的液晶显示背光技术是目前量子点材料在显示器件中的主流应用方向,引起了学术界和工业界的广泛关注。本文将综述量子点液晶显示背光技术的研究进展,主要包括量子点材料的选择、背光结构的应用以及材料复合与封装技术的发展现状,重点介绍了目前产业界广泛关注的量子点光学膜技术,特别是国内自主知识产权的低成本钙钛矿量子点光学膜技术,由于其具备广色域(124%NTSC)、易加工、低成本等特点,已成为具有成长潜力的技术路线。     

基于InP/ZnS核壳结构量子点的色转换层设计及制作

提出了采用环境友好型InP/ZnS核壳结构量子点材料制备匹配蓝光Micro-LED阵列的量子点色转换层以实现Micro-LED阵列器件全彩化的技术方案。通过采用倒置式量子点色转换层方案,实现了InP/ZnS量子点材料和Micro-LED阵列的非直接接触,从而可以缓解LED中热量聚集导致的量子点材料发光主波长偏移、半峰宽展宽以及发光效率衰减等问题。量子点色转换层中内嵌PDMS聚合物柔性膜层,可以消除咖啡环效应,同时,色转换层中内嵌飞秒激光图案化处理的500 nm长波通滤光膜层,可以抑制蓝光从非蓝色像素单元出射。最后,实验制备了像素单元中心间距90μm的16×16 InP/ZnS量子点色转换层。该设计可以实现基于蓝光Micro-LED阵列的全彩色Micro-LED显示器件的制备,并且该制备方法可以降低全彩色Micro-LED阵列显示器件的制备成本。     

适用于喷墨打印制备发光二极管的ZnO量子点配体研究

喷墨打印工艺具有无接触、材料利用率高、成本较低,以及可图案化等优势,是制备全彩量子点显示的关键技术.迁移率高、材料稳定性好的ZnO量子点薄膜作为电子传输层一直是制备量子点发光二极管的重要材料.然而,在ZnO薄膜干燥的过程中,存在ZnO量子点团聚的问题,破坏了ZnO薄膜的形貌和厚度均一性,进而劣化了器件的发光性能.通常在ZnO量子点合成后需要加入配体乙醇胺来将其稳定分散.但是研究发现,当ZnO量子点在空气中干燥成膜时,其与乙醇胺配体连接的化学键容易断裂,使ZnO量子点之间发生聚集.同时氧含量随着时间不断上升,表明外界的水氧结合在薄膜表面,进一步加剧了ZnO量子点之间的团聚.通过使用结合更加紧密的乙二胺四乙酸配体可有效地改善该现象,制备出形貌良好、厚度均匀的ZnO薄膜,进而制备出高效稳定的喷墨打印量子点发光二极管.     

三苯甲基改性油溶性碳量子点合成及其在发光器件中的应用

碳量子点团聚将导致严重荧光猝灭,大幅降低其发光效率,阻碍了其作为发光材料在显示和照明器件中的应用。通过主客体掺杂方案可有效解决上述问题,但水溶性的碳量子点不能和有机的主体材料相匹配。针对该问题,本文通过在碳量子点表面接枝亲油性的芳香类官能团,保证碳量子点油溶性的同时使其具备一定的载流子传输性能,采用该方案制备出发光峰在533 nm、荧光量子产率为43%的黄色油溶性碳量子点。将该碳量子点分散到聚甲基丙烯酸甲酯中涂敷在紫外发光二极管(365 nm)灯珠表面,制备的光致发光器件发出明亮黄光(560 nm),最大亮度达到23 000 cd/m~2。进一步将该碳量子点掺杂到聚乙烯基咔唑中作为发光层,制备了主客体掺杂的电致发光器件,器件的发射峰位于552 nm,最大亮度达到35.07 cd/m~2。上述研究表明,合成油溶性的碳量子点发光材料并将其掺杂到母体材料中作为发光层,可有效抑制碳量子点团聚诱导荧光猝灭问题,对发展高性能碳量子点基发光器件具有重要意义。     

基于CdSe/ZnS量子点光转化层的高稳定性白光LED器件

采用一步法合成了510,550和630 nm三种峰值的高稳定性、高量子效率核壳结构CdSe/ZnS量子点材料,其量子产率分别达到82%,98%,97%。将该量子点材料取代传统的荧光粉材料,与硅胶均匀混合后作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了白光LED器件。通过依次添加不同颜色量子点制备的量子点光转换层,考察了510,550和630 nm三色CdSe/ZnS量子点在硅胶中的不同配比对白光LED器件性能的影响,研究了不同颜色量子点之间的能量转换机制,利用量子点对白光光谱及其色坐标的影响机制,得到优化的白光器件结果及其三色量子点的配比,结果表明,当绿色、黄绿色、红色三种量子点之间的配比为24∶7∶10时,得到高稳定性、高效率的正白光器件特性,在电流20～200 mA范围内,色温变化为4 607～5 920 K,色坐标变化为（0.355 1,0.348 3）～（0.323 4,0.336 1）,显色指数变化为77.6～84.2,器件最高功率效率达到31.69 lm W-1@20 mA。另外,为了进一步考察器件性能稳定的原因,研究了时间、温度以及UV处理对CdSe/ZnS QDs/硅胶混合光转换材料稳定性的影响,结果表明,器件的高稳定性可归因于所采用的一步法合成的核壳结构量子点材料本身的稳定性,研究的优化器件结果是一种低能耗的优质白光光源,可使人们真实地感知物体的原貌,在正白光光源领域具有很好的应用前景。     

高效率钙钛矿量子点发光二极管研究进展

钙钛矿量子点具有光致发光量子产率高、发光光谱可调、光谱宽度窄、缺陷容忍度高以及独特的量子限域效应等优点,因此成为研制新型高效率发光二极管(LED)的热门材料。本文介绍了近几年基于钙钛矿量子点LED的研究最新进展。首先,介绍了钙钛矿量子点独特的晶体结构及钙钛矿发光器件的工作原理。然后,阐述了合成高光致发光量子产率(PLQY)量子点的方法及提高钙钛矿量子点LED效率的若干方法。最后,分析了当前钙钛矿量子点LED所面临的挑战如不稳定性及毒性,以及可应用在显示和照明方面的高效率LED所展现的前景。本综述为研制更高效率以及更加安全的钙钛矿量子点发光器件提供了有益的见解。     

量子点增强硅基探测成像器件的研究进展

硅基探测成像器件具有可靠性高、易集成和成本低等优点,是目前应用最广泛的探测成像器件。随着人工智能和无人驾驶等技术的日益发展,对探测成像器件提出了更高的要求,而硅基探测成像器件性能的提升成为重要的研究方向。量子点具有吸收系数大、光谱可调、发光效率高和易集成等优点,是一类优异的光谱转换和光调制材料。利用量子点材料可调制的光学特性,可以对硅基探测成像器件的功能进行拓展,从而实现紫外响应增强、红外响应拓展、紫外偏振探测和多光谱成像等功能。经过多年的研究,这一领域已经取得了一定的进展,部分技术展现出较好的应用前景。本文介绍了量子点增强硅基探测器在紫外探测、红外成像、偏振探测和多光谱成像方面的研究进展,希望能够引起国内学术界和工业界的关注和重视。     

聚合物/碳量子点复合EL器件及光谱移动机理

制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/polyvinylcarbazole(PVK)/carbon quantum dots(CDs)/LiF/Al的电致发光器件。器件的发光光谱显示:在电压从7 V增大到13 V的过程中,光谱峰值从380 nm移动到520 nm,色坐标由(0.20,0.20)移动到(0.29,0.35)。经与PL光谱对比认为,EL光谱包含了PVK与碳量子点的双重贡献,随着电压的增大,碳量子点的发射逐渐增强,PVK发光先增强后减弱。结合器件能级结构讨论了器件的发光机制,认为低电场下的PVK兼具发光层和电子阻挡层的功能,EL光谱为PVK层和碳量子点的发光叠加;随着电场强度的增大,碳量子点和PVK界面区的空间电荷阻止了电子向PVK的传输,光谱转变为由碳量子点和激基复合物的共同贡献。     

含多层InAs量子点的双肖特基势垒二极管输运特性研究

研究了含多层InAs量子点结构的双肖特基势垒的电流输运特性,观察到了量子点的电子存储效应及其对电流的调制现象、电流多稳态现象和零点电压漂移现象.因为多量子点之间存在耦合作用,造成器件中的很多亚稳态.通过器件的输运特性显示出比含单层量子点器件更复杂的结果.随着外加电压的变化,器件经历很多弛豫过程.这些弛豫过程在电流电压曲线中造成很多电流跳跃结构和各种噪声结构 关键词： 多量子点 迟滞现象 单电子过程     

用于超快、高效系统的半导体纳米结构光子器件

首先对未来系统光子器件的关键问题进行了综述。并且对半导体纳米结构,特别是基于量子点材料的超快开关器件取得的最新进展进行了讨论。其中包括基于量子点的半导体光放大器,其在超过40Gb/s的速率下展现出偏振不敏感特性;新型基于量子点的垂直腔结构的光开关,其展现出超快、节能、全光开关的特性。概括和讨论了未来基于纳米结构的光子器件的应用。     

单量子点光谱与激子动力学研究进展

胶体半导体量子点具有宽带吸收、窄带发射、发光量子产率高、发射波长连续可调等优点,是制备发光二极管、太阳能电池、探测器、激光器等光电器件的优质材料.单量子点光谱能够消除系综平均效应,可以在单粒子水平上获取量子点材料的结构和动力学信息及与其他材料间的电荷、能量转移动力学等.相关研究结果能够指引量子点材料的设计和为量子点的相关应用提供机理基础.另外基于单量子点可以开展纳米尺度上光与物质的相互作用研究,制备单光子源和纠缠光子源等.本文综述了单量子点光谱与激子动力学近期的相关研究进展,主要包括单量子点的光致发光闪烁特性和调控方式、单激子和多激子动力学研究及双激子辐射特性的调控等.最后简要地讨论了单量子点光谱未来可能的发展趋势.     

基于量子点的荧光型太阳能聚光器

近年来,量子点在结构可控、光谱调节和光学稳定方面的研究进展,表明基于量子点的聚光器件表现出优于基于传统有机染料分子的光输出性能。量子点聚光器成为目前量子点研究领域的新方向。量子点在宏量制备和绿色制备方面的深入研究,使得量子点的制造成本逐步降低,基于量子点的聚光器具有光电转换效率和成本上的优势。本文综述了量子点聚光器的研究进展,主要包括荧光型聚光器的优点、聚光器对量子点光学性质的要求、器件制备的工艺和器件的性能表征方法。重点阐述了量子点的太阳光吸收能力、荧光量子产率和重吸收等关键因素对聚光器件性能的影响,同时介绍了该领域目前最新的研究方向,展望了廉价太阳能窗户在未来城镇建筑上的潜在应用。     

钾辅助增强CsPbBr_3钙钛矿量子点的荧光稳定性及其在QLEDs中的应用

为了提高钙钛矿(CsPbX_3,X=Cl,Br,I)量子点的荧光稳定性,实现钙钛矿量子点在下一代平板显示与固态光源中的长期应用,研究了钾元素对量子点荧光性能的影响。首先,采用热注入法合成了CsPbBr_3钙钛矿量子点。接着,用油酸钾与上述钙钛矿量子点进行反应,制备了钾元素修饰的钙钛矿量子点。最后,将这些钙钛矿量子点应用于发光二极管的发光层。实验结果表明,当油酸钾的含量为20μL/mL时,钾元素修饰的量子点的荧光性能优于未修饰的量子点。相比于未修饰的量子点所制备的器件,钾元素修饰的量子点所制备器件的最大亮度从1 845 cd/m~2增加到4 300 cd/m~2,最大电流效率从0.3 cd/A增加到1.3 cd/A。因此钾元素的引入可以有效地抑制量子点表面缺陷的产生,减少荧光量子产率的损失,增强量子点的荧光稳定性,实现更优越的器件性能。     

量子点发光二极管稳定性提高策略

量子点发光二极管(QLEDs)由于具有独特的光电特性,可应用于照明和显示行业,其外量子效率(EQEs)正迅速接近商业化要求。然而,器件的稳定性和工作寿命仍然是QLEDs商业化应用面临的关键问题。本文将影响QLEDs寿命的主要因素分为功能层材料的稳定性和电荷注入不平衡两大方面,从提高量子点、电荷传输层(CTLs)的稳定性以及促进电荷平衡等方面讨论了近年来提高QLEDs稳定性的各种策略。随着人们对QLEDs降解机制认识的加深,更稳定的量子点和QLEDs器件得以开发,但是将QLEDs器件商业化仍存在很大的挑战,比如Cd的高毒性以及蓝光QLEDs的寿命和效率远低于绿光和红光相对应的水平,此外,QLEDs在高亮度(1000 cd m^-2)下的稳定性较差,这些因素均限制了QLEDs的发展。因此,应进一步加大QLEDs在光电器件领域的研发力度,克服这些技术劣势,实现QLEDs未来的商业化。     

微纳加工技术在光电子领域的应用

纳米光电子器件正在成为下一代光电子器件的核心。文章介绍了电子束光刻和电感耦合等离子体刻蚀为代表的徽纳加工技术在光电子学器件中的应用。主要包括量子点激光器、量子点THz探测器和光子晶体器件。     

室温批量合成高质量无机钙钛矿量子点及其WLED应用

为克服在大批量合成无机钙钛矿量子点(Cs Pb Br₃)时出现的材料光学性能下降的问题,提出了一种改进的室温溶液工艺,通过加入HBr促进前驱体的分散溶解,同时引入路易斯酸配体部分取代油胺,实现量子点表面的缺陷态有效钝化,合成出高质量的Cs Pb Br₃量子点材料。实验测试结果表明,合成出的Cs Pb Br₃量子点荧光发射峰位于517 nm处,发射峰半高宽仅有17 nm,荧光量子效率高达95%。利用制备出的绿光Cs Pb Br₃量子点和商用红色荧光粉混合,和以Ga N为基底的蓝光芯片组装成一个白光LED器件,该器件在20 m A的工作电流下获得流明效率达48.35 lm/W的白光。这种高效白光LED展示出无机钙钛矿量子点在通用照明、背光显示和光通信等领域中具有很大的应用潜力。     

高温液滴外延生长先进光电材料

分子束液滴外延生长三维纳米结构不仅适用于晶格失配,也适用于晶格匹配材料系统。在高温条件时,这种技术制备的结构具有相对高的光学和电学性能,也表现出丰富多彩的形貌特征,包括量子环、量子点分子和纳米孔等。将着重介绍高温液滴外延生长技术的最新进展,同时讨论这种技术应用在光电材料领域的前景和挑战。     

低维半导体材料在非线性光学领域的研究进展

自从第一台红宝石激光器发明以来,研究人员将目光集中到激光这种普通光源达不到的强光上,由此发现了非线性光学材料以及一系列丰富多彩的相关特性—饱和吸收、反饱和吸收和非线性折射等,并将其运用到光电子器件、光开关器件和光通信当中.同时,随着工业生产对于器件集成度需求的提升,以普通三维材料为基础的器件已经难以达到应用要求,低维半导体器件的兴起将有望解决这个问题.所以,将非线性光学与低维半导体材料相结合是未来发展的重要趋势,量子点、量子线激光器和放大器的涌现也印证了这一点.本文通过对准零维量子点材料、准一维纳米线材料和二维纳米材料非线性光学前沿工作进行总结,为今后的研究提供参考.但是,低维材料由于稳定性、填充比例较低等问题,还需要进一步的研究以满足实用需求.     

量子点背光技术的研究进展

量子点材料因具有发光波长可调,色度纯,量子效率高等优异特性而受到广泛关注,在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展,主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构,并分析了它们在液晶显示领域的应用,未来前景及面临的挑战;然后介绍了几种新型的量子点背光技术,并对两种量子点背光新技术进行重点说明:一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体,用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板;另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面,形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点,对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。