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量子点质料的研讨近况及在光致发光和电致发光范围的运用

继半导体纳米晶体的很多新的物理征象的发现,很多运用量子点(Quantum Dots, QD)的潜伏的运用被发现。由于量子限域效应和量子尺寸效应,半导体量子点具有引发光谱宽、半峰宽较窄、波长可谐和溶液加工等特点,遭到普及存眷。颠末30多年的生长,量子点质料已完成了“绿色剖析蹊径”,遵从冉冉选拔,可以大约举行财富化产品斲丧提供,如今曾经开拓出贸易化运用的光致发光器件,该系列器件相继运用于LED照明和显树范围。尤其在显树范围,cdse等量子点的线宽极窄,颜色饱和度高,敷衍物体的颜色还原本领较强,能抵达ntsc色域的120%以上,惹起了世界上少数电视厂商和手机屏幕提供商的追捧。自2013年SONY公布第一款量子点电视以来,TCL、三星、LG及纳晶科技等公司公布了数款量子点产品,得救了电视、手机、电脑表现器等多个范围。在2018年美国CES展览上,TCL、海信等公司力推量子点表现技术,必将推进量子点表现的进一步生长贫弱。估量在2025年,量子点表现可以大约占据市场30%以上的份额。

本综述针对量子点运用于高颜色质量的照明和表现技术的光致发光和电致发光运用举行体系的叙说。量子点的生长从末了的照明到如今的光致发光高色域表现背光源,曾经进入贸易化运用阶段。下一阶段可以想象出量子点的资源的冉冉飞扬、大范围的剖析,以及QD Vision、三星、LG等厂商在量子点电致发光上所付出的快乐,会进一步促进量子点的大面积的电致发光器件的贸易化。

胶体量子点

胶体量子点通常指的是在溶液中举行剖析和处置处分的纳米尺寸的晶体,其能匀称地疏散在溶液中,量子点的外貌得救一层无机配体,配体颠末配位键衔接到量子点外貌。最有数量子点由II-VII族(cdse,cds,Znse,cds,Pbs,Pbse)、III-VI族(InP、InAs)或I-III-VII族(cuIns2,AgIns2)构成的半导体纳米颗粒。颠末在剖析中搭配差异的元素和配体,可以失失差异形貌和性子的量子点。

由于量子尺寸效应和量子限域效应,颠末约莫地调控制备的量子点的尺寸,可以使其光谱得救从蓝光到近红外的全部波段。如硒化镉量子点,当剖析粒径从2nm增长到8nm时,在紫外光照射下,其颜色可以从蓝色过渡到血色的改造。如今,镉基的量子点曾经证明具有极好的遵从,由镉、锌、硒、硫等元素构成的量子点曾经进入了运用阶段。同时,无镉量子点如InP也在研讨盼望进程中;钙钛矿量子点也因尔后一个抢手的研讨体系,但钙钛矿量子点的坚定性依旧是一个标题。本综述紧张针对胶体半导体量子点举行总结。

量子点剖析的生长

量子点的剖析在量子点的生出息程中起到了决议性的作用,只需可以大约失失坚定结实的量子点才气为研讨和财富运用打下底子。依据量子点的剖析体系,分为水相和油相体系,但是水相剖析的量子点坚定性差、量子产率低、尺寸散布广,并且容易聚会和沉淀,曾经冉冉被淘汰。在油相体系中,通常包括在120-360°C的温度下在无机高沸点溶剂中,先驱体应声天生量子点的晶核并且颠末随后的降温抑制生长。2001年Peng等运用毒性和应声活性都较低的氧化镉告成制备了高质量cdse、cds、cdte量子点,随后2002年提出了非配位溶剂的体系,也是如今运用最广的十八烯体系,这种低熔点、高沸点的溶液,在Ar气环境下,告成制备了cds量子点。这种剖析体系不消要在无水的环境下应声,且应声平和,晶核质量易控制,实行重现性好,简化了制备工艺,被誉为“绿色剖析蹊径”,如今学术上以及财富界都是运用这种要领举行剖析。

 

在已往的10年中,微应声要领也失失了革新,运用这种要领可以大范围斲丧纳米晶体,并对物理和化学遵从有很好的控制。由于应声器的可控性增长,在每个工艺步伐中可以及时阐发的传感器集成以及优化算法以增长产量,使得这一改构成为约莫。在微应声器中曾经告要素析了纳米晶体胶体,比如cdte,cdse,InP,致使包括cdse/Zns和Znse/Zns核/壳布局量子点。尽管微应声器要领可以互换批次剖析,但是需要格外的革新来剖析具有更庞大构成、外形和可控荧光性子的纳米晶体。

图 1 量子点的生出息程 

1 量子点的生出息程

量子点布局设计及优化
量子点尺寸较小,比外貌积大,依据其尺寸的差异,其全部原子的~10%-80%都位于外貌,只保管局部派位。这些不饱和外貌悬挂键充任了有效的电荷骗局,可大幅飞扬量子产率,并且极易与氧气等发生应声而变得不坚定。第一种使这些悬挂键饱和的策略是颠末无机钝化。在这个进程中,契合的无机配体可以作为外貌原子的配位,同时也可以在给定的溶剂中提高量子点的溶解度。典范的配体包括三辛基膦(toP),三辛基氧化膦(toPo),油酸(oA)和种种脂肪胺(比如油胺,辛胺等)。颠末运用这些外貌配体,未钝化量子点的低量子产率(通常<1%)可以局部增长到1%和50%之间。
  降服核的不坚定性的更普遍的料理方案是在核左近外延生长无机壳层。取决于体质料的导带(cB)和价带(VB)边沿怎样相敷衍核壳分列,核和壳质料的细致选择可以确定差异的电子布局,从而拥有差异的荧光特性。颠末制备差异的无机核/壳异质布局,准确控制量子点内的电子和空穴空间散布,提供所需的光学、电子和化学性子的调制,以顺应普及的潜力。Bawendi和Alivisatos报道了cdse/Zns和cdse/cds生长的过细研讨,突出了壳层构成和厚度对载流子离域的影响,并提出了告急的界面核/壳晶格应变。在全部用于生长核/壳量子点的剖析要领中,Li等人开拓的延续离子层吸附和应声(sILAR)方案不绝是最通用的。但由于sILAR步伐通常耗时且庞大,颠末“一锅法”制备的量子点异常具有高的量子产率。微波帮助剖析的cdse/cds/cdZns核/多壳层量子点具有高发光性和良好的坚定性。该要领在基于注射的剖析方面出现出一些益处,比如先驱体的活化选择性,批次之间的高重现性以及近乎延续的纳米晶体斲丧。另一种“一锅法”用于这制备在CDSE核外梯度生长CDS/ZNS壳层,由于在310°C高温下两个壳层之间受控制的晶体界面,其具有约90%的量子产率。
    但是,核和壳的质料通常具有差异的晶格参数;因此,在核壳界面处易出现布局缺陷提供了非辐射衰减通道,这种布局也会飞扬量子点的量子产率。因此,除了思量质料自身的电子布局之外,必需针对核与壳的最小晶格失配来妥当调停壳层以抑制布局缺陷。为了料理这个标题,一种可行的要领是运用合金约莫梯度的壳层作为缓冲层。在该布局中,运用冉冉从一种质料改造到另一种质料的突变合金层来缓解由晶格失配惹起的应变。2005年末次剖析了高亮度的CDSE/CDS/Zn0.5cd0.5s/ZNS多壳层量子点,并提出了这一见地。颠末冉冉革新与CDS晶格失配较大的ZNS之间的合金层,失失了较高的量子产率。这种见地在种种量子点质猜中普及适用。别的,这种梯度合金还能有效抑制非辐射的俄歇复合,对电致发光除了可以大约对具有差异晶格参数的差异壳体举行工程改造外,梯度合金层还颠末淘汰非辐射俄歇复合飞扬了衰变速率,从而提高电致发光的外量子遵从。
量子点的光致发光运用
    随着剖析要领、布局设计的不绝优化和量子点遵从的冉冉提高,光致发光量子点器件的研讨和贸易化实行也在不绝举行。光致发光的两个运用紧张是运用量子点的可见光全光谱得救的高显色指数的照明运用和运用窄发射带宽的表现器背光源的运用。

图 2 量子点在 (a) 表现和 (b) 照明上的下风 

2 量子点在 (a) 表现和 (b) 照明上的下风

高显色指数固态照明器件
传统的白光固态照明器件重复是由GAN发光二极管和YAG:CE黄色稀土荧光粉构成,但是这种白光LED重复表现了高的色温散布(CCT>5000K)和低显色指数的(CRI<70)冷蓝色光]。敷衍低色温的白光来说,要同时对峙高发光遵从和高颜色质量格外困难,由于所需的血色荧光体必需具有相对较窄的发射光谱,以抑制孕育发生了不可见的红外发射。惯例血色荧光粉的发射光谱的太宽(FWHM>60nm)而无法抑制这种丧失。相比之下,量子点在可见光光谱的可调性允许越发可控的颜色组合,光谱半峰宽相对窄(FWHM=~30nm)从而可以天生具有准确定制光谱的更高质量的白光(cRI>90)。2008年,nizamoglu等研讨了CDSE/ZNS量子点可以发红光和绿光的机理,初次将该量子点封装在蓝光LED博升娱乐中,失失了白光。这种量子点的殽杂布局是早期运用蓝光LED天生高风致白光的要领之一。而量子点最早的贸易化运用是在固态照明上;2010年,美国QD Vision和中国的纳晶科技推出了量子点冷转暖器件并将其运用于LED照明产品中。
    运用量子点制备高显色指数的固态照明器件的一种要领是运用荧光粉和量子点共混,运用量子点的良好的红光光谱补充荧光粉的光谱,从而抵达高显色指数的白光发射。chung将红光cdse/Znse核/壳量子点掺入到上述YAG:ce荧光粉并封装到LED中,可将显色指数提高到92;siffalovic等运用cdse/Znse量子点与荧光粉共混并制构成薄膜,封装的白光器件显色指数抵达了92;Xie等颠末优化量子点和荧光粉的布局,在量子点薄膜上封装荧光粉层,提高了流明遵从到110lm/W并且显色指数抵达了90。
    别的一种要领是运用量子点的光谱可调的特性,运用发光峰差异的量子点举行封装。Lee等长途封装了血色和绿色发光的InP量子点,其白光色坐标可以抵达(0.27,0.23);shin等运用气氛安宁在滴加硅树脂的LED博升娱乐上封装量子点,显色指数抵达了81;Lin等在柔性衬底上殽杂差异颜色cdse/Zns的量子点并运用紫外光源作为引发光,最高抵达了96的显色指数。
    别的,在量子点中引入有光学活性的掺杂离子,在量子点的发射光谱中可以引入杂质发射峰,它与其他发射光可以组剖析白光,这是运用掺杂离子发光制备白光LED的原理。相敷衍非掺杂量子点,杂质峰相敷衍宿主的带边发射峰发生了红移,增大了斯托克斯位移量,从而削弱了量子点自吸取的影响;同时掺杂发光质料相比于非掺杂质料具有更高的光化学和热坚定性。依据文献报道,掺杂离子发光制备白光LED大致可以分为3类:Mn2+掺杂、cu2+掺杂以及Mn2+和cu2+共掺杂。Xu等颠末”flash”要领剖析了掺杂Mn2+离子的cds/Zns量子点,并将其与YAG:ce荧光粉一同封装了白光LED,其显色指数抵达了80;Wang平剖析了掺杂cu2+离子的cds/Zns量子点,提高了血色波段的荧光,显色指数为86;Wang等在Znse核中掺杂了Mn2+并在Zns的壳中掺杂了cu2+,使得其表现出双峰发射,封装的白光器件抵达了95,流明遵从73.2lm/W,具有较高的远景。
    由于镉元素是有毒的,很多研讨职员正在开拓种种不含镉的量子点。铜铟硫化物(cIs)量子点是最常用的无镉量子点之一,由于它们的发射带较宽,它们被以为是照明运用的精良量子点。颠末控制差异的cu/In摩尔比和Zns壳层厚度,发现其颜色光谱是可控的,可以从黄色不绝到橙色到血色,并且量子产率富裕高(68-78%),具有较高的坚定性。Jang等运用PMMA与量子点共混并用硅树脂封装了量子点薄膜,其封装的白光LED器件的cRI抵达了72;Kim等运用拉丝法制备了cIs/Zns的硅薄膜,并制备了白光LED器件,该器件的显色指数抵达了91;Yuan运用差异发光的cIs量子点直接点胶在LED博升娱乐上,其显色指数抵达了96,流明遵从抵达了72.5lm/W。
广色域LcD表现背光源
    YAG:ce等荧光粉孕育发生的宽的光谱招致相对较窄(~70% ntsc范例,cIE1931)的色域,这不敷以餍足对精巧颜色的不绝增长的需求。敷衍表现运用,为了失失更饱和的色域,发射波长应区分控制在620-630nm,525-535nm和445-455nm范围内,对应于血色,绿色和蓝色。近来,与YAG:ce荧光粉相比,几种模范的血色和绿色发光荧光粉被发现具有更窄带发射,并且可以大约将色域扩展到ntsc的范例到~80%得救范围。但是,由于量子点良好的光学特性,尤其是窄的带宽发射(FWHM=~30nm),基于量子点的LCD背光源可以抵达十分开阔的色域。2013年索尼公布的第一款内含量子点的电视局部色域曾经抵达ntsc范例的100%;随着量子点剖析技术和封装技术的生长,三星在2016年推出的运用量子点的超清电视,表现了其他表现技术都没有的纯色发光,并且坚定性更暂时]。量子点运用于表现器背光源紧张有三种要领:直接封装在博升娱乐外貌、封装在“管”里和做成量子点膜。

图3量子点运用于表现背光源的三种封装要领 (a) 封装在博升娱乐上 (b) 封装在“管”中 (c) 封装在外貌

3量子点运用于表现背光源的三种封装要领 (a) 封装在博升娱乐上 (b) 封装在“管”中 (c) 封装在外貌

直接封装在博升娱乐外貌斲丧最大批的量子点质料,并且具有高的效益。别的,它与如今的背光单位完全兼容,从而招致更约莫的光学设计。这种工艺只需要约莫地运用量子点互换荧光粉作为下转换质料,不消要对原来的荧光粉封装工艺举行改装。

但是由于LED博升娱乐的高温(~150°C)和高的引发通量,直接封装在博升娱乐外貌的量子点的寿命遭到很大影响。别的,氧气和水汽也会影响量子点的坚定性。另一种封装在“管”中的要领成为一种相比成熟并且坚定的技术方案,格外是用于大尺寸电视。SONY在2013年公布的量子点电视曾经运用了这种技术,海信、TCL最早的电视也是采取这种要领。这种要领在阔别博升娱乐的中间封装了量子点,相比于封装在博升娱乐上,量子点的温度被飞扬了很多;同时,由于其以溶液的情势封装在玻璃管中,有效地隔绝了氧气和水汽,因此寿命和坚定性失失了很大提高。别的,斲丧的量子点也在可承袭的范围之内。但是,其组装重复是一个十分大的标题。起首,玻璃管的易碎以及较大的体积重复限定其大批量的组装及超薄化表现;其次,玻璃管重复需要定制的支架支持在LED灯条和导光板之间,支架重复是折射率十分高的塑料,由于玻璃管的反射和支架的吸光,重复遵从不是很高,并且很难做到颜色匀称度十分高的表现器件。

如今,最普及运用的量子点的荧光性子制造LCD背光源的要领是将量子点与多聚物共混后做成量子点膜,将量子点膜放在导光板上改换传统液晶表现里的下疏散膜。由于其变乱环境比前两种要领都要平和,即阔别了博升娱乐的高热量,变乱温度基本上接近室温;同时,在量子点薄膜两面重复参与阻水阻氧层,可以大约有效淘汰水和氧对量子点的粉碎。因此其变乱的结实性和寿命失失了暂时的包管。终究上,在快速的老化30,000小时后,这种要领制造的量子点膜依旧对峙了原有的亮度。相比于前两种要领,制造量子点膜通常需要相比高的资源,但由于其的结实性、超薄化及可弯曲,加上如今工艺的进一步选拔,使得如今少数的量子点电视都是运用这种要领举行制造,包括如今三星,QDVision,TCL和纳晶科技等。

光致发光器件盼望

当量子点的光致发光特性在财富上的运用时,通常需要思量的是资源与价钱的互换标题。市场上少数的固态照明器件都是采取蓝光LED加荧光粉的要领,而荧光粉的价钱相比于量子点的原质料和制造的资源比起来明白地低;在LCD背光方面,新型荧光粉也能一定水平上补充色域的标题。因此要是量子点的下风不克不及超越荧光粉,则其在光致发光方面将没有很难财富化和财富化。差异于无机的荧光粉,量子点在封装要领、坚定性等方面依旧存在着诸多标题。如今,针对这些标题,有很多标题的实质和处置要领曾经被发现并运用于料理这些标题。

nazzal等颠末研讨了差异环境下,cdse和cdse/ZNS量子点的荧光性子的动态改造显现了量子点外貌与环境之间相互作用的光诱导性子。研讨标明,敷衍处于氧气和水汽环境中的量子点,延续用能量大于带隙的光照射时,由于光氧化的效应,荧光峰位置发生蓝移且半高宽展宽,随同荧光强度飞扬。除了光诱导,在高温条件下,量子点外貌原子更容易与气氛中的氧气和水应声构成量子点遵从的革新,且其外貌配体寥落会招致不可逆的外貌缺陷的增长,进一步飞扬了量子点的遵从。

为了抵达封装的目的并且掩护量子点在严厉的环境下的性子,重复颠末起首将量子点与多聚物共混后做成量子点膜约莫将量子点封装在硅树脂中后封装在博升娱乐上。一种掩护量子点的要领是运用无机和无机钝化的要领。无机钝化颠末致密的氧化物如tio2、sio2、Al2o3等包裹在量子点外貌,可以大约有效地掩护量子点免受氧化、蜕化或其他化学打击。Li等颠末约莫地将Al掺杂到cdse/cds量子点壳层中,Al氧化后构成了致密的氧化铝层,在24h照射下依旧对峙原来的亮度;Jun等用巯基乙醇互换了cdse/cds/Zns量子点外貌的油酸配体,随后运用丙胺作为硅溶胶-凝胶缩合的催化剂使得疏基乙醇与正硅酸乙酯水解产物缩合包覆二氧化硅,封装在1W博升娱乐上在250小时后依旧对峙着原来的亮度。别的,颠末无机钝化的要领,互换量子点外貌原有的配体,在成膜的时间对峙了量子点自身的单疏散性,为失失优质的量子点膜提供了更开阔的远景。Yoon等运用氨基链接甲基丙烯酸甲酯,并用这种物质改换cdse/Zns量子点外貌原有的油酸配体,制造出的量子点膜有效抑制了量子点的聚会,相比于直接殽杂,量子点膜的下转化遵从提高了24%;别的,Xie等制备了Zn-PDMs先驱体并将这种先驱体运用于原位剖析量子点,颠末PDMs钝化掩护了量子点不与杂质应声且对峙单疏散,膜的量子产率为80%且在85°C高温下对峙了高的坚定性。

别的,颠末溶胀-紧缩来使量子点嵌入延迟制备好的介孔微球体系中,可以公平地对量子点举行掩护,同时可以大约有效地抑制了量子点的聚会标题。所用的介孔微球有介孔二氧化硅、单疏散多孔聚苯乙烯-共-二乙烯基苯-共-甲基丙烯(PsDM)等,由于制备工艺较为成熟和约莫,介孔二氧化硅更受研讨职员的喜好并普及被用于量子点的掩护。Kai Wang等人将cdse/Zns量子点嵌入介孔二氧化硅失失了硅基发光微球(LMs),共同市售的YAG:ce黄色荧光粉殽杂作为白光LED中的光转换器,终极的白光LED显现了精良的坚定性,在85°C和85%湿度的环境下变乱200小时依旧能维持其坚定性。

量子点的电致发光器件

由于量子点的窄带宽发射,运用量子点的电致发光器件尤其是大尺寸商用自动量子点表现有望超越OLED成为最具有远景的表现技术。此中量子点发光二极管(QLED)作为量子点自动表现中最基本的单位,近些年曾经被普及研讨,以失失更好的颜色质量和遵从,并且集团遵从在已往几年中失失了稳步提高。而OLED表现的生长为量子点电致发光表现打下了却实的底子,加上印刷表现的提高,更一提高促进了这一范围的提高。

QLED器件布局及生长

QLED是由注入的电子和空穴颠末量子点内的辐射复合转换成光子的器件,它和OLED一样,都是自动发光器件,代表了量子点用于发光技术的下一个阶段。外部量子遵从是表征自动发光器件的遵从的一个告急的范例,其值便是发射的光子和注入的电荷数的比值。近几年的生长使得QLED器件外量子遵从失失很大选拔,尤其在以cdse为主的器件。2013年,QD Vision报道的最大的红光QLED的外量子遵从曾经抵达了18%,曾经超越跨过了OLED器件的最大遵从;2014年,samsung异常报道了绿光的外量子遵从抵达了12.6%;蓝光的遵从也失失了很大选拔,2018年,Wang等报道的曾经抵达了18%。QLED器件遵从的选拔突出了其未来的远景。到如今为止,曾经有很多研讨针对整个QLED的器件举行布局的优化,包括核/壳量子点质料的选择和界面的合金化以淘汰外貌缺陷和抑制俄歇进程、外貌配体的设计和优化电荷传输层的设计等,以提高其外量子遵从并延伸命命。

少数的QLED器件的研讨都运用核/壳布局的量子点,其被证明具有良好的遵从。壳层可以大约很好地掩护量子点,淘汰外貌缺陷并提高量子产率,明白地抑制非辐射跃迁;壳层异常被证明可以大约淘汰在量子点薄膜中的Foster能量转移进程,颠末增长壳层厚度淘汰了偶极共振,从而提高了量子点薄膜的量子产率。纯闪锌矿相的cdse/cds量子点制造的OLED器件曾经被证明在红光局部具有良好的遵从,但是由于cdse和cds电子布局的类似性,这种布局只需在橙色到血色的长波长局部具有良好的遵从;Zns由于和cdse的电子布局相差较多,被普及用于调理量子点的荧光性子,且其发光通常是由cdse的尺寸决议。但由于cdse和Zns的晶格失配约为12%构成了界面处的应力聚集,因此构成了外延的缺陷能级,量子产率低于cdse/cds量子点。为了释放晶格应力,颠末核/壳之间引入合金的界面,同时可以大约淘汰非辐射跃迁,提高量子产率。在这个布局中,能尽管纵然淘汰具有毒性的cd元素,电子和空穴被限域在核/合金外部,提供了更多可调谐的颜色;合金的界面还能提供一个突变的势垒,从而提高电子/空穴的注入,提高了QLED器件的遵从。

量子点的外貌配体影响了量子点的性子。在QLED器件中,配体会影响量子点膜内量子点的外貌缺陷和电荷传输;同时,配体-配体之间的偶极矩作用也会影响量子点层的电子布局。外貌配体化学的生长使得可以互换量子点的外貌配体以设计差异的QLED器件。

QLED器件变乱时需要注入电子和空穴,最约莫的QLED器件由阴极、电子传输层、量子点层、空穴传输层和阳极构成。在QLED器件中,量子点薄膜夹在电荷传输层中心,当正向偏压加到QLED器件两端时,电子和空穴区分颠末电子传输层和空穴传输层进入量子点发光层;同时存在两个进程:直接注入和颠末无机分子的能量传输。电荷传输层不但影响了电荷注入遵从,同时也对QLED的工艺提出了要求,影响了外部量子遵从。电子-空穴的不平衡注入不但仅会淘汰注入的电荷转化为激子的技艺,也会使得电荷在QLED器件内累积,增长了带电激子的非辐射跃迁,使得遵从飞扬和运用寿命衰减。QLED中有效的激子构成需要具有精良拦阻遵从的电荷传输层,以完成QD层内的有效电荷限定以及对电子注入和空穴注入的公允调制以完成电荷平衡。同时,电荷传输层的厚度也会给整个器件带来影响,紧张是电场对量子点的荧光性子会孕育发生很大影响,比如场致荧光猝灭,这也是QLED器件遵从不高的一个缘故缘故原因。电子传输层和空穴传输层的优化不绝随同着QLED的生长。如今,绝大少数的QLED依旧以Zno为底子研讨电子传输层,而空穴传输层重复运用无机的质料举行研讨。

量子点自动表现—超越OLED的表现未来

OLED表现云云生长迅猛,以颜色精巧、相比度高、相应速率快等特点,曾经占领了显树范围一个十分告急的职位中间。颠末溶液处置处分的QLED的器件,其电学遵从曾经和OLED相称。在曾经报道的运用自动矩阵QLED表现(Active matrix QLED,简称AM-QLED)器件中,其色域曾经抵达140% ntsc范例,超越了OLED表现最大的显树范围。随着QLED器件的研讨盼望机动,其外部量子遵从冉冉选拔以及器件坚定性冉冉提高,和以溶液为底子的印刷表现的提高,量子点色纯度和颜色饱和度更高,使得AM-QLED表现技术有望超越OLED表现,尤其是在大面积的曲面表现和柔性表现上。

固然AM-QLED表现是由QLED为底子单位,但是其布局要领不克不及同便是QLED一样用旋涂的要领。和OLED表现一样,整个的表现屏是由一个个像素构成,旋涂的要领显然不当当,并且旋涂重复会丧失很大批子点。用于高区分率、高相比度和适用于种种衬底(柔性沉底和可拉伸衬底)的先辈的布局技术是必需的。如今,运用墨水打印和转移打印的图形化打印技术冉冉成熟,促进了量子点表现的提高。

喷墨打印可以对预定义的图案举行约莫的聚集,并且按需滴落,质料资源将大大飞扬;其在基板上的预定义地域上聚集微量量子点,具有微米精度。一个典范喷墨打印的全色表现器件中,其电极和像素点区分颠末打印银纳米颗粒和发光质料构成。喷墨打印的要领很约莫,即颠末喷墨打印机,将衬底呆板地定位在打印头正下方的液滴孕育发生处,然后颠末施加差异的电压,墨水可以被准确地打印到衬底上。当墨水太浓重时,需要大的压力脉冲来孕育发生液滴;另一方面,当油墨的外貌张力太低时,除了打印头下面的所需液滴外,还会孕育发生咖啡环,极大地影响了其表现的区分率。由于量子点可溶于溶液,可颠末喷墨打印直接获取RGB像素化的图像,在这个进程中,需要思量两个关键标题才气失失厚度可控的匀称量子点薄膜。一方面,要抑制器件处置处分进程中的量子点重新溶解,喷墨印刷工艺需要具有可控溶液性子(比如浓度,外貌张力和粘度)的墨水,这为量子点油墨配制带来了格外的困难;另一方面,尽管纵然淘汰咖啡环效应,从而提高区分率。

转移打印是一种约莫且低资源的外貌图案化要领,具有高通用性和亚微米级精度。这种要领的关键在于运用软质和弹性体印模来复制由光刻或其他图案化技术孕育发生的图案。这个进程一样伟大包括两部,区分是将量子点旋涂到檀越衬底上然后将量子点层转移到受主衬底,多么就可以孕育发生多色发光的QLED模块。转移打印可以完成量子点的高区分率图案化,并且不会将器件布局表露于溶剂。因此转移打印在选择配置组件和配置制造方面提供了更多的机动性。尽管云云,这个进程依旧存在很多标题,比如转印进程中的污染,亚像素的疏散以及檀越或受主布局的下垂和倾斜,都需要颠末进一步革新。

图 4 AM-QLED表现布局要领(a)喷墨打印(b)转移打印表现图 

4 AM-QLED表现布局要领(a)喷墨打印(b)转移打印表现图

电致发光器件盼望

    QLED为单位的量子点表现器件的提出,量子点的电致发光曾经出现快速生长的趋向。但相比于传统的InGan的发光器件和日渐成熟的OLED器件,QLED自身存在的诸多标题也困扰着研讨职员,尤其是其寿命和器件的遵从。如安在大尺寸和柔性表现上怎样超越OLED,依旧还是未知的。
    电荷的注入不平衡是QLED器件的寿命紧缩和器件遵从很难提高的一个告急的要素,而电荷传输层不但仅会影响电荷的注入标题,同时影响了器件的寿命;因此,针对差异的量子点需要思量差异器件的布局,需要思量电荷传输平衡的同时延伸器件的寿命。如今来看,由于Zno的电子传输率高且坚定,颠末胶体剖析可以大约革新Zno的遵从,格外是掺杂离子可以大约革新Zno的价带,飞扬了开启电压和电荷传输速率,是如今运用的最多的电子传输层;而少数的QLED器件通常运用无机聚合物作为空穴传输层。针对这种布局,Kwak等运用4,4'-双(3-乙基n-咔唑基)-1,1'-联苯作为空穴传输制备了RGB三色QLED器件,红光外量子遵从抵达了18%,QLED在500cd/m2初始变乱条件下,其寿命延伸到了300小时;Wang等在量子点层上旋涂聚-n-乙烯基咔唑和聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐),拦阻了电子的传输速率,使得蓝光QLED的外部量子遵从抵达了18%;Dai运用聚甲基丙烯酸甲酯有效抑制了多余的电子注入,以cdse/cds为发光层,其外部量子遵从抵达了如今的最高值20.5%,同时提高了其寿命到100000小时。
    别的,颠末公允的配体可以革新量子点之间的距离,抑制Foster荧光共振能量转移,提高外部量子遵从,改良器件遵从。shen等人运用辛硫醇互换cdZns/Zns量子点外貌的油酸配体,辛硫醇的相对较短的配体淘汰了量子点之间的距离,相比于油酸配体,其外部量子遵从提高了70%。同时,短的配体链可以革新量子点相对能级,从而革新量子点层的电子传输速率。Yang区分运用十八硫醇和2-乙基己烷硫醇置换了量子点外貌的配体,后者相敷衍前者电导率提高了103倍,并且外部量子遵从提高了30%。
总结及预测
    在开拓具有高发光遵从和窄发射率的半导体量子点剖析的坚定、可重复方面曾经取得了令人注目的盼望。未来运用更自制和更环保的化学品对剖析方案举行优化以失失美满的批次重现性应该会使高风致量子点的制造资源降至$10/克或更低。别的,欧盟限定有害物质指令严厉限定了镉等重金属质料在斲丧电子产品中的运用。在财富产品中,要是这些器件可以运用不含重金属或含量少的量子点举行制造,如InP/Zns,cuIns2/Zns,低镉的合金量子点,它们的出现推进了量子点在光致发光和电致发光的范围的财富化进程和斲丧型产品的推进。
     在光致发光范围,以“长途荧光”为封装代表的财富性产品曾经出如今市场上,但其产品价钱相敷衍传统荧光粉来说偏贵。在传统照明范围,cIs和Mn2+离子掺杂发光的量子点和可以大约补充传统荧光粉的血色量子点更具有远景;在LCD表现的背光源上,量子点膜的低价钱使得其产品依旧很难进入庞大斲丧者的视野,开拓越发起摇的可以直接封装在博升娱乐上的方端正更居心义。在电致发光范围,以QLED为基本单位的AM-QLED表现具有高性价比、大面积、节能、宽色域的下风,在超薄和柔性表现等方面都具有很大的潜力。如今,对量子点和电荷传输层的结讨论相识、QLED的器件工程和完成高区分率RGB像素阵列的图形化技术方面都曾经取得了良好的盼望。但是,在这个进程中,紧张的限定在于(1)蓝光QLED的器件的寿命和遵从相敷衍红绿都明白地低,长波长的QLED寿命更长;(2)电子传输层和空穴传输层的电荷传输技艺差异等,高亮度变乱条件下的电荷积聚和孕育发生的热量,器件的遵从和寿命都还没有抵达OLED的水平;(3)喷墨打印中量子点墨水的选择和质料的聚集、转移打印中基底的选择等标题使得大面积的制造AM-QLED器件依旧还没有料理方案。
    总体来说,胶体量子点具有十分共同的光电特性,财富化产品的需求,将延续推进量子点的研讨。从剖析到运用的生长曾经愈趋成熟,博升娱乐估量无论是光致发光还是电致发光,量子点的未来都需要业界共同的快乐。末端辈的QLED的遵从接近OLED的遵从,改良的运用寿命是未来最告急的目的。

(作者:张家雨)文章源头:阿拉丁商城

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