量子點顯示材料及器件2016

1、化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江漢大學(xué) Tel：027-8449 0085； E-mail：光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室目目錄錄個人簡介個人簡介01顯示器件顯示器件02QLEDQLED顯示器件顯示器件03面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)04光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室江漢大學(xué)教育部重點實驗室，博士，教授，2015年武漢市“黃鶴英才計劃”入選者2014湖北省 “楚天學(xué)子”2007-2014年分別在 Nottingham Trent University 、Newcastle University工作，主要從事功能材料的研究研究方向（一）：高分子聚合物電解質(zhì)等儲能

2、電池材料；研究方向（二）：量子點柔性顯示材料與器件；1. 個人簡介：光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室顯示器顯示器是屬于電腦的是屬于電腦的I/O設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備。它可以分為設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備。它可以分為CRT、LCD等等多種。它是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到多種。它是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的人眼的顯示工具顯示工具。1.1.簡介光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室CRT顯示器學(xué)名為陰極射線顯像管，是一種使用陰極射線管(Cathode Ray Tube)的顯示器。主要有五部分組成:

3、電子槍(Electron Gun)，偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection coils)，蔭罩(Shadow mask)，高壓石墨電極和熒光粉涂層(Phosphor)及玻璃外殼。它是應(yīng)用最廣泛的顯示器之一，CRT純平顯示器具有可視角度大、無壞點、色彩還原度高、色度均勻、可調(diào)節(jié)的多分辨率模式、響應(yīng)時間極短等LCD顯示器難以超過的優(yōu)點，而且價格更便宜。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室等離子顯示器PDP（Plasma Display Panel）是采用了近幾年來高速發(fā)展的等離子平面屏幕技術(shù)的新一代顯示設(shè)備。成像原理：在顯示屏上排列上千個密封的小低壓氣體室（真空玻璃管）向其中注入惰性氣

4、體或水銀蒸氣，加電壓之后，使氣體產(chǎn)生等離子效應(yīng)，放出紫外線，激發(fā)玻璃上的紅、綠、藍(lán)3色熒光粉而發(fā)出肉眼能看到的可見光，以此成像，利用激發(fā)時間的長短來產(chǎn)生不同的亮度。由于它是每個獨立的發(fā)光體在同一時間一次點亮的，所以特別清晰鮮明。等離子顯示屏的使用壽命約56萬個小時，會隨著使用的時間，其亮度會衰退。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室等離子顯示器具有高亮度和高對比度，完成能滿足眼睛需求；亮度也很高，所以其色彩還原性非常好亮度、高對比度等離子顯示器的RGB發(fā)光柵格在平面中呈均勻分布，這樣就使得圖像即使在邊緣也沒有扭曲的現(xiàn)象發(fā)生純平面圖像無扭曲由于顯示原理的關(guān)系，使其整機(jī)厚度大大

5、低于傳統(tǒng)的CRT顯示器，與LCD相比也相差不大，而且能夠多位置安放超薄設(shè)計、超寬視角為配合接駁各種信號源，等離子顯示器可接收電源、VCD、DVD、HDTV和電腦等各種信號的輸出具有齊全的輸入接口等離子顯示器一般在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了良好的電磁屏蔽措施，其屏幕前置環(huán)境也能起到電磁屏蔽和防止紅外輻射的作用，對眼睛幾乎沒有傷害環(huán)保無輻射光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display)，為平面超薄的顯示設(shè)備，它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成，放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低，因此倍受工程師青睞，適用于使用電池的電子設(shè)備。它

6、的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。工作原理:給液晶施加一個電場，會改變它的分子排列，這時如果給它配合偏振光片，它就具有阻止光線通過的作用，如果再配合彩色濾光片，改變加給液晶電壓大小，就能改變某一顏色透光量的多少，也可以形象地說改變液晶兩端的電壓就能改變它的透光度。（CCFL冷陰極背光燈）光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室工作電壓低、功耗小散熱小、沒有絲毫輻射、對人體健康無損害抗干擾能力強(qiáng)、顯示字符銳利、畫面穩(wěn)定不閃爍、屏幕調(diào)節(jié)方便完全平面、能精確還原圖像、無失真可視面積大可視偏轉(zhuǎn)角度過小，顯示色域不夠?qū)?，顏色重現(xiàn)不夠逼真 響應(yīng)速度偏低、容易

7、產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象亮度和對比度不是很好長時間使用可能會產(chǎn)生了亮點、暗點、壞點 壽命有限優(yōu)點缺點光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室5.LED5.LED顯示器發(fā)光二極管LED（Light Emitting Diode）是一種可以將電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合產(chǎn)生光。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室其實LED依舊是一種LCD液晶電視，即LED為背光源的液晶電視CCFL冷陰極背光燈，即為LCD電視LED發(fā)光二極管背光源，即為LED電視光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部

8、重點實驗室LED做背光,相比CCFL有許多的優(yōu)點：冷陰極燈管的光電效率在冷陰極燈管的光電效率在60lm/W左右左右,而商業(yè)化的而商業(yè)化的LED光效已達(dá)光效已達(dá)到到100lm/W以上以上節(jié)能節(jié)能CCFL制造中會用到有毒材料制造中會用到有毒材料更加環(huán)保更加環(huán)保LED背光改變了電視背光源機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計背光改變了電視背光源機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以大幅度減小傳統(tǒng)背可以大幅度減小傳統(tǒng)背光源中導(dǎo)光板的厚度光源中導(dǎo)光板的厚度,使得使得LED背光電視更加纖薄。背光電視更加纖薄。使電視更加纖薄使電視更加纖薄手機(jī)背光通常會用到手機(jī)背光通常會用到4-5顆顆LED,筆記本電腦筆記本電腦LED背光平均需要背光平均需要45顆顆LE

9、D；一臺；一臺LED電電視平均需要視平均需要500顆顆LED。LED背光在中小尺寸顯示屏中已經(jīng)有一定的滲透。背光在中小尺寸顯示屏中已經(jīng)有一定的滲透。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室有機(jī)電致發(fā)光顯示器件OLED（Organic Light Emitting Diode）OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機(jī)材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時，這些有機(jī)材料就會發(fā)光。 器件結(jié)構(gòu)主要分為五層：陽極、空穴層、發(fā)光層、電子層、陰極下一代顯示技術(shù)最有利的競爭者利用電子和空穴在有機(jī)薄膜中復(fù)合發(fā)光而制備的顯示器件光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室OLED

10、主要優(yōu)勢：自主發(fā)光 ，色彩好 ，對比度高 ，超薄，耗電量小 ，響應(yīng)速度快 ，適用溫度范圍廣等厚度可以小于厚度可以小于1毫米，僅為毫米，僅為LCD屏幕的屏幕的1/3，并且，并且重要也更輕重要也更輕 固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒有液體物質(zhì)固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒有液體物質(zhì)超薄超薄因此抗震性能更好，不怕摔因此抗震性能更好，不怕摔 抗震耐用抗震耐用幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真下觀看，畫面仍然不失真 可視角度大可視角度大制造工藝簡單，成本更低制造工藝簡單，成本更低 成本低成本低響應(yīng)時間響應(yīng)時間10微秒左右，顯示運動畫面絕對不會微秒左右，顯示運動畫面絕對不會有

11、拖影的現(xiàn)象有拖影的現(xiàn)象 響應(yīng)速度快響應(yīng)速度快-40-75 工作溫度范圍寬工作溫度范圍寬在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成可彎卻的在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成可彎卻的柔軟顯示柔軟顯示可彎曲可彎曲光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室 量子點（Quantum dots，QDs）是半導(dǎo)體納米晶體，是一種粒徑不足10納米的顆粒。通常說來，量子點是由鋅、鎘、硒和硫原子組合而成。每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點便會發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點能夠改變光源發(fā)出的光線顏色。HR-TEM imagecore/shell structure光電化學(xué)材

12、料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QLEDQLED顯示器量子點發(fā)光二極管顯示器件QLED(Quantum Dot LED) ，主要是采用藍(lán)色LED光源照射量子點的方式來激發(fā)紅光及綠光。理論色域能比OLED高出50%以上，同時亮度也要更高，而且更省電，由于技術(shù)的簡化，量子LED顯示屏采用了穩(wěn)定可靠的無機(jī)半導(dǎo)體材料，這降低了生產(chǎn)成本。量子點(Quantum Dots)是一些肉眼無法看到的、極其微小的半導(dǎo)體納米晶體，是一種粒徑不足10納米的顆粒。量子點有一個與眾不同的特性:每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點便會發(fā)出有色光線，光線的顏色由量子點的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點能夠改變

13、光源發(fā)出的光線顏色。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QLED的優(yōu)勢：利用這種新的顯示技術(shù)，可以帶來前所未有的超薄顯示效果，加上了沒有背光的限制，其厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)在的液晶顯示面板，甚至比OLED面板還要輕薄成像器件成像器件小、制造小、制造成本更低成本更低量子點還可懸停在液體中，并使用多種技術(shù)讓其沉積，包括將其噴墨打印在非常薄的、柔性或者透明的襯底上。制作過程制作過程簡單簡單OLED其純色需用彩色過濾器才能產(chǎn)生，而QLED從一開始就能產(chǎn)生各種不同純色，也在將電子轉(zhuǎn)化為光子方面優(yōu)于OLED。能效更高能效更高在同等畫質(zhì)下，因為QLED電子轉(zhuǎn)化為光子的效率更高，QLED的節(jié)能性

14、有望達(dá)到OLED屏的2倍，發(fā)光率將提升30%至40%。同時OLED可以達(dá)到與無機(jī)半導(dǎo)體材料一樣的穩(wěn)定性、可靠性。節(jié)能節(jié)能光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QDs QDs 顯示器工作原理（1 1）QDEF可取代可取代LCD內(nèi)部擴(kuò)散膜的功能，以及將藍(lán)光轉(zhuǎn)內(nèi)部擴(kuò)散膜的功能，以及將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為綠光以及紅光。（圖片取自換為綠光以及紅光。（圖片取自Nanosys）Left：QDsdisplayRight：LEDdisplay光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室傳統(tǒng)的白光傳統(tǒng)的白光LED顯示器光譜（顯示器光譜（A）和）和QDs顯示器光譜（顯示器光譜（B）的比較。）的比

15、較。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室量子點薄膜(QDEF)中的量子點在藍(lán)色LED背光的照射下將生成紅光(R)和綠光(G)，并同部分透過薄膜的藍(lán)光(B)一起混合得到白光，從而提升整個LCD背光的發(fā)光效果，將LCD色域提升30%。QDs QDs 顯示器工作原理（2 2）光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QDs三原色LEDQDs 顯示器顯示器制備制備: 印章法印章法光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QDs 顯示器顯示器制備

16、制備: 層疊法層疊法光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室圖6：TheeffectsofincreasingtemperatureontherelativePLintensityofdifferentsizedCdTequantumdots:(a)3.5nm,(b)3.1nm,(c)2.8nm,and(d)denaturedovalbumin-QDs(3.5nm).圖5：Spectraoftemperature-dependentCdTequantumdots(3.5nm).(a)Absorptionspectrumat

17、280Kandphotoluminescencespectra(bk)at:278K,283K,288K,293K,298K,303K,308K,313K,318K,323K.(ex=400nm).Talanta 74 (2008) 724729TemperatureTemperature光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室紅移：紅移：膠體性質(zhì)聚集膠體性質(zhì)聚集光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室FRET：能力共轉(zhuǎn)移光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光漂白光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料教育部重點實驗室手機(jī)屏幕覆膜效果圖石墨烯分散QDs光電化學(xué)材料教育部重