量子點(diǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室目目錄錄個(gè)人簡(jiǎn)介個(gè)人簡(jiǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江漢大學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，博士，教授，2015年武漢市“黃鶴英才計(jì)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(chǔ)能

2、電池材料；研究方向（二）：量子點(diǎn)柔性顯示材料與器件；1. 個(gè)人簡(jiǎn)介：光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guò)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(guò)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(jiǎn)介光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室CRT顯示器學(xué)名為陰極射線(xiàn)顯像管，是一種使用陰極射線(xiàn)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(xiàn)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(wú)壞點(diǎn)、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(shí)間極短等LCD顯示器難以超過(guò)的優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格更便宜。光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等離子顯示器PDP（Plasma Display Panel）是采用了近幾年來(lái)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(gè)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(xiàn)，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(jiàn)光，以此成像，利用激發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)產(chǎn)生不同的亮度。由于它是每個(gè)獨(dú)立的發(fā)光體在同一時(shí)間一次點(diǎn)亮的，所以特別清晰鮮明。等離子顯示屏的使用壽命約56萬(wàn)個(gè)小時(shí)，會(huì)隨著使用的時(shí)間，其亮度會(huì)衰退。光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等離子顯示器具有高亮度和高對(duì)比度，完成能滿(mǎn)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(duì)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(méi)有扭曲的現(xiàn)象發(fā)生純平面圖像無(wú)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(jì)、超寬視角為配合接駁各種信號(hào)源，等離子顯示器可接收電源、VCD、DVD、HDTV和電腦等各種信號(hào)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(jì)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(duì)眼睛幾乎沒(méi)有傷害環(huán)保無(wú)輻射光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)、線(xiàn)、面配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面。工作原理:給液晶施加一個(gè)電場(chǎng)，會(huì)改變它的分子排列，這時(shí)如果給它配合偏振光片，它就具有阻止光線(xiàn)通過(guò)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(shuō)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作電壓低、功耗小散熱小、沒(méi)有絲毫輻射、對(duì)人體健康無(wú)損害抗干擾能力強(qiáng)、顯示字符銳利、畫(huà)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(wú)失真可視面積大可視偏轉(zhuǎn)角度過(guò)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(duì)比度不是很好長(zhǎng)時(shí)間使用可能會(huì)產(chǎn)生了亮點(diǎn)、暗點(diǎn)、壞點(diǎn) 壽命有限優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室其實(shí)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L(zhǎng)CD電視LED發(fā)光二極管背光源，即為L(zhǎng)ED電視光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部

8、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室LED做背光,相比CCFL有許多的優(yōu)點(diǎn)：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(huì)用到有毒材料制造中會(huì)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(jì)背光改變了電視背光源機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),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(huì)用到手機(jī)背光通常會(huì)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(tái)；一臺(tái)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guò)時(shí)，這些有機(jī)材料就會(huì)發(fā)光。 器件結(jié)構(gòu)主要分為五層：陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室OLED

10、主要優(yōu)勢(shì)：自主發(fā)光 ，色彩好 ，對(duì)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L(zhǎng)CD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(méi)有液體物質(zhì)固態(tài)機(jī)構(gòu)，沒(méi)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(méi)有可視角度的問(wèn)題，即使在很大的視角幾乎沒(méi)有可視角度的問(wèn)題，即使在很大的視角下觀看，畫(huà)面仍然不失真下觀看，畫(huà)面仍然不失真 可視角度大可視角度大制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低制造工藝簡(jiǎn)單，成本更低 成本低成本低響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間10微秒左右，顯示運(yùn)動(dòng)畫(huà)面絕對(duì)不會(huì)微秒左右，顯示運(yùn)動(dòng)畫(huà)面絕對(duì)不會(huì)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 量子點(diǎn)（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(shuō)來(lái)，量子點(diǎn)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(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線(xiàn)，光線(xiàn)的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點(diǎn)能夠改變光源發(fā)出的光線(xiàn)顏色。HR-TEM imagecore/shell structure光電化學(xué)材

12、料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室QLEDQLED顯示器量子點(diǎn)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(diǎn)的方式來(lái)激發(fā)紅光及綠光。理論色域能比OLED高出50%以上，同時(shí)亮度也要更高，而且更省電，由于技術(shù)的簡(jiǎn)化，量子LED顯示屏采用了穩(wěn)定可靠的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，這降低了生產(chǎn)成本。量子點(diǎn)(Quantum Dots)是一些肉眼無(wú)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(diǎn)有一個(gè)與眾不同的特性:每當(dāng)受到光或電的刺激，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出有色光線(xiàn)，光線(xiàn)的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定，這一特性使得量子點(diǎn)能夠改變

13、光源發(fā)出的光線(xiàn)顏色。光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室QLED的優(yōu)勢(shì)：利用這種新的顯示技術(shù)，可以帶來(lái)前所未有的超薄顯示效果，加上了沒(méi)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(diǎn)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(guò)程制作過(guò)程簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單OLED其純色需用彩色過(guò)濾器才能產(chǎn)生，而QLED從一開(kāi)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(huà)質(zhì)下，因?yàn)镼LED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(shí)OLED可以達(dá)到與無(wú)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室量子點(diǎn)薄膜(QDEF)中的量子點(diǎn)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(guò)薄膜的藍(lán)光(B)一起混合得到白光，從而提升整個(gè)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室FRET：能力共轉(zhuǎn)移光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光漂白光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室光電化學(xué)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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