我校曾海波团队在量子点显示方面取得重要进展
来源: 更新时间: 2016-08-24 点击: 112

日前,我校曾海波团队在量子点显示研究方面取得了重要进展。相关的研究成果以长篇全文的形式在线发表在《Advanced  Functional Materials(高级功能材料)》(影响因子11.805)的杂志上面。



据悉,曾海波团队最近取得的系列研究进展包括:发展了全无机钙钛矿量子点的过饱和偏晶室温合成方法;提出了光致发光优越性背后的机制;展示了显色指数可调与广色域的背光LED光源。这些成果也为将来在量子点电视中的应用提供了必要的基础。

具体来说,首先,就是针对合成中的问题,该团队发展了一种可在室温下高质量合成的方法,实现了CsPbX3钙钛矿单晶结构量子点的室温合成,几秒钟内快速完成。

其次,就是针对发光性质出乎意料地优越的机理,通过变温发光、表面成分、第一性原理计算等探索,提出了发光优越性起源为高激子结合能、卤素表面自钝化、类量子阱能带结构等三者的协同效应。

最后,就是演示了蓝光LED芯片与钙钛矿量子点结合的复合白光发射LED器件,从而推动全无机钙钛矿量子点在量子点电视和暖白光高效照明设备中的应用。

近年来,如何提高显示清晰度以及如何使得柔性显示实用化已成为了当今全球显示技术重点发展的两大技术趋势,而基于荧光量子点的显示技术因其在广色域、长寿命和高效节能等方面具有的得天独厚的优势而得到了学术界和产业界的广泛关注,被认为是显示技术领域的新一轮革命。



据了解,量子点背光显示,或量子点电视的关键之处就在于荧光量子点,这是一种尺寸非常小的半导体颗粒材料,在外界光源或电源激发下,可发出五颜六色、色纯度高的光。这些特点使其在色彩表现方面非常优秀,可将色域度提升50%,亮度有效提升30%-40%,能为用户带来更鲜艳真实的色彩。

然而,量子点显示的部分关键问题却长期受到来自材料体系、工艺成本、发光品质等方面的严重制约。自从上世纪80年代该领域开启依赖,基本上只有CdSeInP这两个发展了三十余年的经典体系能满足显示要求,包括三基色、高量子效率、高稳定性等。除Bawendi、彭笑刚等学界教授外,经典体系基本上被QDVisionNanosysNANOCO等少数几个公司垄断。2015年三星启动量子点背光显示就与其合作使用了该体系。此外,对于经典体系量子点,为了获得高量子效率和稳定性,需要采用核壳结构进行表面钝化,由此带来了制备工艺复杂、产率低、成本高、环境不友好等问题。最后,经典体系的发光,尤其是红黄色,仍然较宽,广色域显示的优势发挥得还不够。



因此,发展有自主产权、无镉、高品质的新型量子点及其背光LED或电驱动QLED,既是该领域的关键科学问题,也是我国量子点显示工业化发展的关键技术问题。

2015年初,我校曾海波团队在国际上率先发展了全无机钙钛矿量子点的QLED器件,并展示了有利于柔性高清显示的广色域三基色电致发光。紧接着,Arto  Nurmikko教授在Nature Nanotechnology发表了题为“What future for  quantum dot-based light  emitters?”的专题评论文章,指出这是首次报道无机钙钛矿LED器件(The  first reports of LED-like device demonstrations from  perovskites)”。随后,曾海波团队和南洋理工大学孙汉东又合作发现了该新体系量子点还具有非常突出的激光发射性能,可望用于将来的量子点激光显示(Adv.  Mater. 2015, 27, 7101Nano Lett. 2016, 16,  448)。该系列工作迅速引起了国际同行的强烈关注,目前国内外已有超过50个课题组加入了无机钙钛矿QLED显示器件的新一轮竞争中。



需要指出的是,尽管这一新领域为量子点显示提供了新的高品质候选量子点,但是,由于采用传统的高温热注入制备方法,产率、成本等等问题依然没有得到根本性地解决。此外,各个课题组均在没有经过太多优化的情况下,都获得了超过或者相当于经典体系的高光学品质,这背后的物理与化学机理不清楚。最后,尤为重要的是,它的更容易提上应用日程的背光显示原型器件还没有获得。

针对以上三个关键问题,曾海波团队最近取得了系列研究进展,包括发展了全无机钙钛矿量子点的过饱和偏晶室温合成方法、提出了光致发光优越性背后的机制、展示了显色指数可调与广色域的背光LED光源,为将来在量子点电视中的应用提供了必要的基础。

该项研究工作也得到了国家重大基础研究计划和国家自然科学基等项目的支持。