最近，河南大學與中國科學技術(shù)大學等單位合作，在可見光量子點發(fā)光二極管(QLED)方面取得突破性進展。該工作通過設計合成新型核殼結(jié)構(gòu)量子點，研發(fā)了兼具高亮度、高效率和長壽命紅綠藍三基色QLED器件，其中多項性能指標創(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%)、藍色的亮度(62,600 cd/m2)以及綠色和藍色器件的壽命(分別為1.7 × 106 h和7000 h)。該研究結(jié)果有望加速推進QLED在高亮高效顯示和照明領(lǐng)域應用的進程。
20世紀90年代氮化鎵基高亮度藍光LED的突破，開啟了LED照明和顯示的新時代(三位日本科學家因此貢獻獲得了2014年諾貝爾物理學獎)。基于半導體量子點的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，在顯示和照明領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。經(jīng)過近幾年的快速發(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保持高效率、且具有長壽命和高穩(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)域應用的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
造成上述“魚與熊掌不可兼得”困境的主要原因在于，通常QLED發(fā)光層中量子點價帶能級較深，與空穴傳輸層不匹配，導致空穴注入效率過低，與電子注入不平衡。針對這一難題，研究團隊從發(fā)光層量子點的設計入手，基于“低溫成核、高溫長殼”的技術(shù)，合成了熒光量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性強的硒陰離子貫穿的CdSe/ZnSe新型核殼結(jié)構(gòu)量子點(圖1)。這類高質(zhì)量核殼結(jié)構(gòu)量子點作為發(fā)光層，能改善與傳輸層能級的匹配，有效降低空穴注入勢壘，提高載流子的注入效率，克服以往QLED中由于空穴注入不足、電子注入過多所引起的一系列問題，從而大幅度提升器件整體性能。