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兼具高亮度/高效率和长寿命红绿蓝三基色QLED器件问世 时间:2019-04-17 20:23:16 点击:732

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。

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。

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。

相关研究成果以
Visible quantum dot light-
emitting diodes with simultaneous high brightness andefficiency为题发表在Nature Photonics [ 2019, 13, 192–197]上。河南大学申怀彬教授为该论文第一作者,河南大学杜祖亮教授、李林松教授和中国科技大学张振宇教授为共同通讯作者。

该工作得到国家自然科学基金委和科技部等部门的资助。