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CIDC2020量子点论坛 | 浙江大学秦海燕:Colloidal Quanum Dots For Display

编辑:chinafpd 2020-11-27 09:43 浏览 评论 评论 0 赞    来源:  中华显示网

  近年来,量子点在显示领域的迅速成功并不是偶然的,而是源于其合成化学的成熟及其独特的化学、光学和光电性质。在CIDC2020量子点显示技术产业峰会上,浙江大学秦海燕教授对胶体量子点(QDs)在显示领域的材料化学前景进行了展望,且介绍了量子点发射体在显示上的自然匹配和化学手段,以最终发挥其全部潜力。

  浙江大学教授秦海燕

  秦海燕介绍,胶体量子点是一种可溶液加工,尺寸在量子限域范围的半导体纳米晶体,其表面包裹一层有机配体。量子点合成化学的进展可以获得具有高效、稳定和高纯度荧光发射性能的发光材料。

  她指出,核/壳量子点的电致发光有望充分利用量子点优异的发光性能和可溶液加工性能,实现低成本、高性能的量子点发光二极管(QLED)、电驱动单光子源和潜在的电泵浦激光器。然而,高性能QLED的设计和制造仍然极具挑战性。

  秦海燕也介绍,量子点在工作状态下难以保持优异的发光特性,这通常被归因于器件中不平衡的电荷注入和/或界面激子猝灭。以此为指导原则在材料筛选和器件工程方面做了大量的努力,但目前仍然仅有几个有限特例实现了高效率和较长工作寿命的红绿光QLED。她表示,这种情况说明,需要在基础科学问题层面有新的理解,并提出量子点设计的新原则和指标,以跨越从光致发光与电致发光的鸿沟。

  OLED一直都存在荧光发光效率的问题,因而业界提出了热激活延迟荧光材料(TADF)解决方案。秦海燕表示,从材料发光原理来看,量子点在很大程度上就是“TADF材料”。

  量子点在显示中的应用主要有两种技术路线:一是光致发光,主要配合液晶显示,提高显示色域表现;二是电致发光,虽有相关样品出现,但仍未商业化。秦海燕介绍,“在光致发光中,激子是通过吸收光子将量子点价带的电子激发到导带而同时产生电子-空穴对,并限域在核-壳结构中。在电致发光中,激子是通过将电子和空穴分别注入量子点而产生的,而电子和空穴的注入都将经过量子点表面。这意味着,在设计高性能电致发光器件的量子点时,除了考虑表面配体对量子点光学性能的影响,还必须考虑它们的电化学特性。”

  关于量子点为什么要在表面包裹有机配体,秦海燕表示,“除了让量子点容易加工之外,更重要的是量子点是单晶材料,表面的原子配位是不全的,就会导致电子或空穴产生以后,不管是电致发光还是光致发光产生的表面原子会被捕获,出现发光效率降低的现象。”

  为此,需要设计一种量子点,通过对不同的电子或空穴位隔离的方法,提升材料发光效率。但她也表示,“最好的办法是能够让它的表面这些缺陷都消灭掉,比如把镉的配体换成硫的配体,可以提升荧光发光率。”

  从量子点材料本身来看,秦海燕表示,我们需要对量子点的激发态进行设计与可控合成。她介绍,浙江大学高新材料化学中心彭笑刚课题组和金一政课题组在2014年设计出一种新型的量子点发光二极管(QLED),制备方法基于低成本、有潜力应用于大规模生产的溶液工艺,其综合性能超越了已知的所有溶液工艺的红光器件,将使用亮度条件下的寿命推进到10万小时的实用水平。

  秦海燕表示,量子点作为新型的发光和光电材料,有望在显示和照明、激光、单光子源、生物医学成像等众多应用领域产生颠覆性的影响。她也表示,不同的应用需要去量身定制量子点材料,“做照明和做显示的量子点,应该不是同一种量子点材料。我们需要对量子点的机制做控制,而不是把量子点直接合成出来,需要控制它的激发态的性质,在合成上要求对量子点做到原子级别的控制,这样才能够真正实现我们对它的性能设计以及做到均一化各方面的要求。”

  备注:内容根据现场速记整理

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