量子點顯示材料及器件2016

寬色域高穩(wěn)定納米量子點柔性顯示材料

曹元成，博士，教授

化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江漢大學(xué)

TelE-mail：yuancheng.cao@光電化學(xué)材料教育部重點實驗室目錄個人簡介01顯示器件02QLED顯示器件03面臨的挑戰(zhàn)04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NottinghamTrentUniversity、NewcastleUniversity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顯示器是屬于電腦的I/O設(shè)備，即輸入輸出設(shè)備。它可以分為CRT、LCD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人眼的顯示工具。1.簡介光電化學(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(CathodeRayTube)的顯示器。主要有五部分組成:電子槍(ElectronGun)，偏轉(zhuǎn)線圈(Deflectioncoils)，蔭罩(Shadowmask)，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等離子顯示器PDP（PlasmaDisplayPanel）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5~6萬個小時，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亮度、高對比度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純平面圖像無扭曲等離子顯示器的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)生超薄設(shè)計、超寬視角由于顯示原理的關(guān)系，使其整機厚度大大低于傳統(tǒng)的CRT顯示器，與LCD相比也相差不大，而且能夠多位置安放具有齊全的輸入接口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環(huán)保無輻射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光電化學(xué)材料教育部重點實驗室液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)，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、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5.LED顯示器發(fā)光二極管LED（LightEmittingDiode）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LED做背光,相比CCFL有許多的優(yōu)點：節(jié)能冷陰極燈管的光電效率在60lm/W左右,而商業(yè)化的LED光效已達(dá)到100lm/W以上更加環(huán)保CCFL制造中會用到有毒材料使電視更加纖薄LED背光改變了電視背光源機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以大幅度減小傳統(tǒng)背光源中導(dǎo)光板的厚度,使得LED背光電視更加纖薄。手機背光通常會用到4-5顆LED,筆記本電腦LED背光平均需要45顆LED；一臺LED電視平均需要500顆LED。LED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有機電致發(fā)光顯示器件OLED（OrganicLightEmittingDiode）OLED顯示技術(shù)具有自發(fā)光的特性，采用非常薄的有機材料涂層和玻璃基板，當(dāng)有電流通過時，這些有機材料就會發(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OLED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，適用溫度范圍廣等超薄厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重要也更輕固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)抗震耐用因此抗震性能更好，不怕摔可視角度大幾乎沒有可視角度的問題，即使在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真成本低制造工藝簡單，成本更低響應(yīng)速度快響應(yīng)時間10微秒左右，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)象工作溫度范圍寬-40℃-75℃可彎曲在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成可彎卻的柔軟顯示光電化學(xué)材料教育部重點實驗室量子點（Quantumdots，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-TEMimagecore/shellstructure光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QLED顯示器量子點發(fā)光二極管顯示器件QLED(QuantumDotLED)，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)定可靠的無機半導(dǎo)體材料，這降低了生產(chǎn)成本。量子點(QuantumDots)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QLED的優(yōu)勢：成像器件小、制造成本更低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面板還要輕薄制作過程簡單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。能效更高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。節(jié)能在同等畫質(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)到與無機半導(dǎo)體材料一樣的穩(wěn)定性、可靠性。光電化學(xué)材料教育部重點實驗室QDs顯示器工作原理（1）QDEF可取代LCD內(nèi)部擴散膜的功能，以及將藍(lán)光轉(zhuǎn)換為綠光以及紅光。（圖片取自Nanosys）Left：QDsdisplayRight：LEDdisplay光電化學(xué)材料教育部重點實驗室傳統(tǒng)的白光LED顯示器光譜（A）和QDs顯示器光譜（B）的比較。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顯示器工作原理（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QDs三原色LEDQDs顯示器制備: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QDs顯示器制備: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)Absorptionspectrumat280Kandphotoluminescencespectra(b→k)at:278K,283K,288K,293K,298K,303K,308K,313K,318K,323K.(λex=400nm).Talanta74(2008)724–729Temperature光電化學(xué)材料教育部重點實驗室紅移：膠體性質(zhì)聚集光電化學(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漂白光電化學(xué)材料教育部重點實驗室光電化學(xué)材料