QLED量子点固态照明光源的起源与进展_梁人杰.pdf

2016 年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集 QLED 量子点固态照明光源的起源与进展 梁人杰 （南京理工大学照明科技与光环境研究中心） 1 QLED 量子点纳米晶 QLED 是一种量子点发光器件的简称，全名为：Quantum light-emitting device. 量子点 (Quantum dot)三个维度的尺寸都在 10 纳米(nm) 以下，是一种肉眼看不见的极其细微的点状物 体，是由少量原子构成的准零维(Quasi-zero-dimensional) 纳米材料，又称量子点纳米晶 （Nanocrystals ）。 QLED 量子点发光器件拥有既可电致发光，又可光致发光的双重特性，与半导体发光二极 管 LED （Light-Emitting Diode ）有着根本的区别。QLED 在光谱特性，光谱纯度，显色性能，制 备方法，量子效率等和功能可发展潜力方面，远优于 LED 。而且，QLED 量子点纳米晶或核 壳结构的发光光谱可通过纳米晶的制备，进行设计调整和调谐。 量子点纳米晶在太阳能电池技术和光学生物标记等领域已经有着广泛的应用。而 2015 年 以来QLED 量子点纳米晶开始在液晶电视的背光技术上发力，电视画面色彩变得更加自然亮 丽，显示出在色域性能和能源效率节能环保方面超越白光 LED 背光技术的极大优势。可以预 见，今后 QLED 量子点发光器件全面进军照明领域展现雄姿的时刻即将来临。人类照明即将 步入后 LED 时代。 2 QLED 起源 QLED 量子点纳米晶的发现源自 20 世纪 80 年代初，苏联和美国的科学家在实验室的实 验中，发现受激条件下粒径不同的硫化镉纳米颗粒会产生不同颜色的荧光。他们把这种量子 点纳米晶尺度大小与发光颜色之间的关系解释为量子限域效应(Quantum confinement effect) ， 从此为量子点从实验室走向应用奠定了基础。 为了面向应用，量子点的制备方法开始受到关注。终于约在 20 世纪 90 年代初，出现了 一种“金属有机—配位溶剂—高温”技术，成功实现了制备量子点纳米晶的有机金属法。在约 - 279 - 2016 年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集 300℃高温下，以二甲基镉作为镉源，在有机配位溶剂中合成高质量的硒化镉。尽管在当时条 件下，这种技术思路存有很大缺陷，例如：二甲基镉作为镉源，毒性很大、成本又高，且不 稳定，室温下也不安全。但是，即使如此，这种制备方法对量子点技术领域的研究与发展仍 具有里程碑的意义。 随后，量子点技术逐渐成为研究和应用的热点，吸引了不少科学家投身大量研究。 3 QLED 发光器件研究进展 QLED 量子点纳米晶初出茅庐，因神奇的功能受到了科技界的高度重视，大约在本世纪 初开始出现了 QLED 量子点发光器件，随后不断得了新的进展。下面的内容将可看到近年来 科学家对 QLED 发光器件研究的贡献与成果。 3.1 2002 年世界首次出现的 QLED 发光器件 2002 年, 美国麻省理工大学首次报道了一种新型的量子点发光器件，被称为：Quantum dot-organic light-emitting device (QD-OLED) 。这是把有机材料和高效发光的无机量子点纳米晶 结合在一起产生的拥有新型结构的量子点发光器件（图 1）。 2003 年，美国圣地亚国家实验室 Sendia National Laboratories 也宣告首次制成了 QLED 发光器件。 图1 3.2 2009年美国二家公司公布世界首次出现的QLED照明灯 2009 年美国二家公司合作（Nexxus Lighting,Inc. QD Vision Inc. ）推出号称世界上第一 个采用量子点纳米晶解决方案的 QLED 照明灯（图 2 ），并突出宣传了这种QLED 照明灯光谱 性能与白炽灯相似，显色性能接近 100%，与现有的 LED 灯相比较具有光色完整与显色性真 实的两大优势。同时，还推出了照明用发光