最近,河南大學(xué)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等單位合作,在可見(jiàn)光量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED)方面取得突破性進(jìn)展。該工作通過(guò)設(shè)計(jì)合成新型核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn),研發(fā)了兼具高亮度、高效率和長(zhǎng)壽命紅綠藍(lán)三基色QLED器件,其中多項(xiàng)性能指標(biāo)創(chuàng)世界記錄,包括紅綠兩色的亮度(356,000 cd/m2和614,000 cd/m2)和效率(21.6%和22.9%)、藍(lán)色的亮度(62,600 cd/m2)以及綠色和藍(lán)色器件的壽命(分別為1.7 × 106 h和7000 h)。該研究結(jié)果有望加速推進(jìn)QLED在高亮高效顯示和照明領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)程。
20世紀(jì)90年代氮化鎵基高亮度藍(lán)光LED的突破,開(kāi)啟了LED照明和顯示的新時(shí)代(三位日本科學(xué)家因此貢獻(xiàn)獲得了2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))?;诎雽?dǎo)體量子點(diǎn)的QLED,由于具有更好的單色性、色彩飽和度和較低的制備成本等優(yōu)點(diǎn),在顯示和照明領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展,其發(fā)光亮度、外量子效率(EQE)和壽命等主要性能指標(biāo)都得到了大幅度提升。但在以往的工作中,器件存在高亮度時(shí)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時(shí)保持高效率、且具有長(zhǎng)壽命和高穩(wěn)定性,是QLED領(lǐng)域亟待解決的難題,也是制約其在顯示和照明領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
造成上述“魚(yú)與熊掌不可兼得”困境的主要原因在于,通常QLED發(fā)光層中量子點(diǎn)價(jià)帶能級(jí)較深,與空穴傳輸層不匹配,導(dǎo)致空穴注入效率過(guò)低,與電子注入不平衡。針對(duì)這一難題,研究團(tuán)隊(duì)從發(fā)光層量子點(diǎn)的設(shè)計(jì)入手,基于“低溫成核、高溫長(zhǎng)殼”的技術(shù),合成了熒光量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性強(qiáng)的硒陰離子貫穿的CdSe/ZnSe新型核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)(圖1)。這類(lèi)高質(zhì)量核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)作為發(fā)光層,能改善與傳輸層能級(jí)的匹配,有效降低空穴注入勢(shì)壘,提高載流子的注入效率,克服以往QLED中由于空穴注入不足、電子注入過(guò)多所引起的一系列問(wèn)題,從而大幅度提升器件整體性能。
基于這種新結(jié)構(gòu)體系,研究團(tuán)隊(duì)獲得的紅綠藍(lán)三色QLED器件的最高亮度和外量子效率,分別達(dá)到356,000 cd/m2、614,000 cd/m2、62,600 cd/m2和21.6%、22.9%、8.05%,其紅、綠兩色的亮度和效率以及藍(lán)色的亮度都是目前國(guó)際上的最高記錄(圖2)。該工作突破了以往QLED在高亮度下低效率、高效率下低亮度的關(guān)鍵難題,首次實(shí)現(xiàn)了兼具高亮度高效率的紅綠藍(lán)三基色QLED器件。
這些研究結(jié)果以及所建立的器件模型,不僅在原理上展示了QLED在高亮高效顯示與照明領(lǐng)域應(yīng)用的可能性,也為未來(lái)QLED的材料體系設(shè)計(jì)和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了新思路。
相關(guān)研究成果以
Visible quantum dot light-
emitting diodes with simultaneous high brightness andefficiency為題發(fā)表在Nature Photonics [ 2019, 13, 192–197]上。河南大學(xué)申懷彬教授為該論文第一作者,河南大學(xué)杜祖亮教授、李林松教授和中國(guó)科技大學(xué)張振宇教授為共同通訊作者。
該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部等部門(mén)的資助。
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