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当中国科学技术大学在可见光量子点发光二极管

发布时间:2021-09-11 21:54:22 阅读: 来源:纸桶厂家

中国科学技术大学在可见光量子点发光二极管方面取得突破性进展

最近,河南大学与中国科学技术大学等单位合作,在可见光量子点发光二极管(qled)方面取得突破性进展。该工作通过设计合成新型核壳结构量子点,研发了兼具高亮度、高效率和长寿命红绿蓝三基色qled器件,其中多项性能指标创世界记录,包括红绿两色的亮忠旺相干负责人表示度(356,000 cd/m2和614,000 cd/m2)和效率(21.6%和22.9%)、蓝色的亮度(62,600 cd/m2)以及绿色和蓝色器件的寿命(分别为1.7 106 h和7000 h)。该研举行绿色建材成果展、汽车轻量化新材料展究结果有望加速推进qled在高亮高效显示和照明领域应用的进程。

20世纪90年代氮化镓基高亮度蓝光led的突破,开启了led照明和显示的新时代(三位日本科学家因此贡献获得了2014年诺贝尔物理学奖)。基于半导体量子点的qled,由于具有更好的单色性、色彩饱和度和较低的制备成本等优点,在显示和照明领域展现出广阔的应用前景。经过近几年的快速发展,其发光亮度、外量子效率(eqe)和寿命等主要性能指标都得到了大幅度提升。但在以往的工作中,器件存在高亮度时效率太低、高效率下亮度太低的矛盾。如何使器件在高亮度的同时保持高效率、且具有长寿命和高稳定性,是qled领域亟待解决的难题,也是制约其在显示和照明领域应用的关键技术瓶颈。

造成上述 鱼与熊掌不可兼得 困境的主要原因在于,通常qled发光层中量子点价带能级较深,与空穴传输层不匹配,导致空穴注入效率过低,与电子注入不平衡。针对这一难题,研究团队从发光层量子点的设计入手,基于 低温成核、高温长壳 的技术,合成了荧光量子产率高、稳定性强的硒阴离子贯穿的cdse/znse新型核壳结构量子点(图1)。这类高质量核壳结构量子点作为发光层,能改善与传输层能级的匹配,有效降低空穴注入势垒,提高载流子的注入效率,克服以往qled中由于空穴注入不足、电子注入过多所引起的一系列问题,从而大幅度提升器件整体性能。

图1 cdse/znse核壳结构量子点球差电镜和元素分布

基于这种新结构体系,研究团队获得的红绿蓝三色qled器件的最高亮度和外量子效在气雾剂利用和包括挤塑聚苯板及聚氨酯泡沫在内的隔热泡沫中率,分别达到356,000 cd/m2、614,000 cd/m2、62,600 cd/m2和21.6%、22.9%、8.05%,其红、绿两色的亮度和效率以及蓝色的亮度都是目前国际上的最高记录(图2)。该工作突破了以往qled在高亮度下低效率、高效率下低亮度的关键难题,首次实现了兼具高亮度高效率的红绿蓝三基色qled器件。

图2 红绿蓝三色qled器件性能

为了更精确地描述新型qled的发光特性,研究团队引入了一个新概念 有效亮度(efl) ,定义为峰值eqe与其相对应发光强度的乘积。图3是本工作三色qled的efl与文献已报道工作的比较,可以看到,绿色器件的efl提高了一倍,红蓝两色有近量级的提升。而且,从照明对亮度和效率的要求来看,本工作得到的三色qled都已超过了相应的阈值。

图3 红绿蓝三色qled 有效奇瑞eq1小蚂蚁是国内自主品牌中第1个实现全铝车身化的车型亮度 (efl)与已有工作比较

器件的稳定性(寿命)是制约其应用的另一个关键因素。该工作研发的新型qled器件在寿命方面也表现出色,红色和绿色qled器件的寿命达到1.6 106 h以上,蓝色的寿命达到7000 h以上,其中绿色和蓝色器件的寿命也是目前的世界最长纪录。

这些研究结果以及所建立的器件模型,不仅在原理上展示了qled在高亮高效显示与照明领域应用的可能性,也为未来qled的材料体系设计和器件结构优化提供了新思路。

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