我國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)出新型QLED 在照明與顯示產(chǎn)業(yè)有重要作用

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2015-01-27

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      看不到的量子點(diǎn)，為你發(fā)光

在浙江大學(xué)課題組的這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出一 種新型高性能量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED），并將使用亮度條件下的壽命推進(jìn)到10萬(wàn)小時(shí)的實(shí)用水平，這意味著這種新型器件有望成為下一代顯示和照明技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。

量子點(diǎn)能大大提高二極管的發(fā)光性能

發(fā)光材料對(duì)人類的重要性，決定了量子點(diǎn)會(huì)成為明星材料。

科研人員解釋說(shuō)，在半導(dǎo)體材料中，如果電子掉進(jìn)空能級(jí)的空穴，就會(huì)發(fā)出光子，這被稱為“電子空穴復(fù)合”。然而，LED-T5一體化燈管，能復(fù)合的電子和空穴在物質(zhì)中并不是常存在的， led室內(nèi)照明，復(fù)合過(guò)程需要電激發(fā)或光激發(fā)。發(fā)光二極管就是電激發(fā)的發(fā)光器件。

發(fā)光二極管通電時(shí)，電子和空穴在電場(chǎng)作用下發(fā)生遷移，它們?cè)谙嘤鰰r(shí)有可能發(fā)生復(fù)合，超市照明，但這個(gè)過(guò)程并不容易。它們要有緣邂逅，ROSH認(rèn)證，發(fā)生相互作用形成“電子—空穴對(duì)”，最終才能在適合條件下復(fù)合，發(fā)出幸福的象征——光子。

為了保證一個(gè)較高的復(fù)合效率，科研人員常會(huì)提供一個(gè)復(fù)合介質(zhì)，也就是“發(fā)光材料”。在這類材料里安排電子和空穴“相親”， led質(zhì)量，成功幾率會(huì)大大提高。學(xué)名叫“可溶的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶”，簡(jiǎn)稱為溶液納米晶的量子點(diǎn)，裝修照明，正是非常優(yōu)異的發(fā)光介質(zhì)，只要電子和空穴一對(duì)一的進(jìn)入到量子點(diǎn)，就會(huì)復(fù)合發(fā)光，發(fā)光量子效率可以高達(dá)100%。

彭笑剛課題組正是合成了一種適合于LED的量子點(diǎn)發(fā)光材料，然后與浙江大學(xué)金一政課題組合作做成了新型的量子點(diǎn)發(fā)光二極管。同時(shí)精巧地設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)，讓電子減緩“步伐”，空穴則加快腳步，促成電子與空穴的有效相會(huì)，大大提升了量子點(diǎn)發(fā)光二極管的高效率發(fā)光性能和穩(wěn)定性。

不同尺寸的量子點(diǎn)，LED燈管，能表現(xiàn)不同的顏色

量子點(diǎn)是一種納米尺寸的半導(dǎo)體晶體，照明方案，它的三維尺寸都在100納米以下。把它們放入溶液，從此人類有了一類全新的材料，它們具有晶體和溶液的雙重性質(zhì)。從化學(xué)角度講，甚至是一類全新的分子；從材料的前途看，它代表著很多新的可能性。

量子點(diǎn)的大小，大概是一根頭發(fā)絲直徑的十萬(wàn)分之一，人眼已經(jīng)無(wú)法看到。正是在納米尺度，量子點(diǎn)表現(xiàn)出了量子效應(yīng)——當(dāng)這些半導(dǎo)體晶體做到小到納米尺度，國(guó)際資訊，不同的尺寸就可以發(fā)出不同顏色的光，即使是尺寸相差幾個(gè)或十幾個(gè)原子。而通過(guò)調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸，就能得到所需顏色的光。比如硒化鎘這種半導(dǎo)體納米晶，在2納米時(shí)發(fā)出的是藍(lán)色光，到8納米的尺寸時(shí)發(fā)出的就是紅色光，中間的尺寸呈現(xiàn)綠色黃色橙色等。

長(zhǎng)期以來(lái)，量子點(diǎn)的合成依賴于一些特別活潑的、毒性特別高的物質(zhì)，見(jiàn)到空氣就會(huì)爆炸，必須保存在冰箱里。彭笑剛在國(guó)外時(shí)較早的貢獻(xiàn)在于，ROSH認(rèn)證，找到了一種“綠色”有機(jī)溶劑路線，只要有一個(gè)普通的化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室就可以做量子點(diǎn)的簡(jiǎn)便合成。之后，又進(jìn)一步系統(tǒng)探索了量子點(diǎn)生長(zhǎng)機(jī)理，使得相對(duì)高質(zhì)量的量子點(diǎn)的范圍逐步擴(kuò)大到多種類半導(dǎo)體。很快，這條“綠色”路線在全世界推廣。

其方法就是通過(guò)理解晶體生長(zhǎng)的特殊機(jī)制，ROSH認(rèn)證，用常見(jiàn)的化學(xué)品取代昂貴的不穩(wěn)定原料。

有望在照明與顯示產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色

量子點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在生物醫(yī)療領(lǐng)域，能用量子點(diǎn)把細(xì)胞的骨架完全顯示出來(lái)。可以很容易地利用量子點(diǎn)的不同顏色來(lái)同時(shí)檢測(cè)多種病菌或者農(nóng)藥殘留。而且， LED置換工程，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)吸收能力非常強(qiáng)，能夠極大提高靈敏度。照明也是一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)， led室內(nèi)照明，使用量子點(diǎn)的發(fā)光二極管，更加接近于自然光，并且發(fā)熱大大減少。

科學(xué)家認(rèn)為，量子點(diǎn)可能帶來(lái)重大變化的產(chǎn)業(yè)，照明產(chǎn)品，首先是顯示。目前的第一代量子點(diǎn)顯示產(chǎn)品是基于光激發(fā)發(fā)光，納晶科技公司和美國(guó)的兩家公司都已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化階段。這種新型的背光源，讓顯示顏色的純度很高、色飽和高。而量子點(diǎn)發(fā)光二極管則會(huì)把量子點(diǎn)顯示帶入第二代。目前，浙江大學(xué)與納晶科技公司在第二代量子點(diǎn)顯示技術(shù)上處于國(guó)際領(lǐng)先地位。

一系列的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了量子點(diǎn)發(fā)光二極管的實(shí)用性。這進(jìn)而預(yù)示著，LED照明品牌，量子點(diǎn)發(fā)光二極管有望在照明與顯示兩個(gè)產(chǎn)業(yè)中扮演更重要的角色。顯示和照明都需要白光或者紅綠藍(lán)三色光，研究團(tuán)隊(duì)接下來(lái)將在保持低成本的溶液制備工藝的前提下，開(kāi)發(fā)出各色發(fā)光波長(zhǎng)的高效QLED，讓電子和空穴復(fù)合產(chǎn)生的光子為千家萬(wàn)戶照明。

 

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