(完整版)量子点显示材料及器件2016
(完整word版)量子点激光器
量子点激光器量子点是由少量原子所构成的体积很小的固体材料，量子点的尺寸一般在100纳米以下，外观恰似一极小的点状物,其三个维度的尺寸都在100纳米（nm）以下.量子点内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。
量子局限效应会导致类似原子的不连续电子能阶结构，故量子点可用来作激光器的工作物质，而量子点也因此被称为“人造原子”.在一般块材料中，电子的波长远小于块材料尺寸，因此量子局限效应不显着.如果将某一个维度的尺寸缩到小于一个波长，此时电子只能在另外两个维度所构成的二维空间中自由运动,这样的系统我们称为量子阱；如果我们再将另一个维度的尺寸缩到小于一个波长，则电子只能在一维方向上运动,我们称为量子线；当三个维度的尺寸都缩小到一个波长以下时，就成为量子点.图1一般块材料、量子阱、量子线及量子点能级比较关系示意图量子点激光器是由一个激光母体材料和组装在其中的量子点以及一个激发并使量子点中粒子数反转的泵浦源所构成。
一个实际量子点激光器（砷化镓铟量子点激光器）的结构如下图所示。
图2量子点激光器示意图对于不同维度的电子体系，许多独特的光学性质来源于它们的态密度。
态密度是指单位体积在能量E附近单位能量间隔内的电子态数。
每一个量子态可被自旋向上和向下的两个电子所占据。
半导体激光器从三维到二维、再到一维、零维,这种不断发展变化的内因在于不同维度材料的态密度不同，从而激光器的性能不断改善。
对于零维的量子点而言，体系在x、y、z三个方向受限，载流子的能量在三个方向上都是量子化的，不存在能量的连续分布。
所以，量子点的态密度与能量的关系表示为δ函数的形式,即ρ3D (E）=∑δ(E-Ei）其中Ei是体系的能量可取值，可表示为由此可以得出量子点的能态为分离线，如下图所示.图3量子点能级图量子点有源区的高能态和基态的能级间距△足够大（即满足△E>〉kBT），器件的阈值电流密度对温度的依赖就会完全消失；量子点中态密度函数的尖锐化，也使得其峰值增益变窄.同常规的激光器相比，由于有源区为量子结构，器件特性便具有下列新特点：（1）态密度线状分布，导带中第一个电子能级E1c。
量子点LED 专题报告
量子点LED专题报告2016-11-03一、什么是量子点LED？量子点LED是把有机材料或者LED芯片和高效发光无机纳米晶体结合在一起而产生的具有新型结构的量子点有机发光器件。
相对于传统的有机荧光粉，量子点具有发光波长可调（可覆盖可见和近红外波段）、荧光量子效率高（可大于90%）、颗粒尺寸小、色彩饱和度高、可低价溶液加工、稳定性高等优点，尤其值得注意的是高色纯度的发光使得其色域已经可以超过HDTV标准色三角。
因此基于量子点的发光二极管，有望应用于下一代平板显示和照明。
表征量子点的光电参数:1、光致发光谱（PL谱）：光致发光谱反映的是发射光波长与发光强度的关系。
从PL谱上可以得到发光颜色的单色性、复合发光的机制、量子点的颗粒尺寸大小及分布均匀性、本征发射峰波长等基本光学信息。
量子点光致发光谱的半高宽越窄，说明量子点的发光单色性越好，器件的缺陷和杂质复合发光越少。
2、紫外可见吸收谱：量子点的紫外可见吸收谱反映的是量子点对不同波长光的吸收程度，从谱中吸收峰的位置可计算出量子点的禁带宽度。
量子点吸收谱的第一吸收峰与光致发光谱的发射峰的偏移是斯托克斯位移，斯托克斯位移越大，量子点的自吸收越弱，量子点的荧光强度越高。
3、光致发光量子产率：量子点溶液的光致发光量子产率是通过与标准荧光物质（一般用罗丹明6G）的荧光强度对比而测出。
量子点高的量子产率能有效提升器件的发光效率，但纯核量子点沉积成薄膜后量子产率将比在溶液中的量子产率下降1到2个数量级。
量子点也存在荧光自淬灭现象，这是由存在于不均匀尺寸分布的量子点中的激子通过福斯特能量转移到非发光点进行非辐射复合所引起。
二、量子点LED在照明显示中的应用方案量子点的发射峰窄、发光波长可调、荧光效率高、色彩饱和度好，非常适合用于显示器件的发光材料。
量子点LED在照明显示领域中的应用方案主要包括两个方面：a、基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术（QD-BLU，即光致量子点白光LED）；b、基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管技术（QLED）。
半导体量子点材料
半导体量子点材料
半导体量子点是一种纳米级别的半导体材料，具有独特的电子结构和光学性质。
它们通常由半导体材料如硒化镉（CdSe）、硒化镉镓（CdSe/CdS）、硒化铅（PbSe）等组成，这些材料的粒子尺寸在纳米尺度范围内。
半导体量子点的性质可以根据其尺寸和组成进行精确调控，使其在许多领域具有广泛的应用，包括光电子学、生物医学、太阳能电池、荧光标记、显示技术等。
以下是一些半导体量子点材料及其应用的示例：
1.硒化镉（CdSe）量子点：CdSe量子点是最常见的半导体量子
点之一，具有可调光谱特性，可用于荧光标记、生物成像和太阳能电池。
2.硒化镉镓（CdSe/CdS）量子点：CdSe/CdS量子点通过包覆
CdSe核心以提高稳定性和光学性能。
它们在荧光标记、生物医学成像和显示技术中得到广泛应用。
3.硒化铅（PbSe）量子点：PbSe量子点在红外光谱范围内具有
优异的性能，用于红外成像和传感应用。
4.氧化锌（ZnO）量子点：ZnO量子点用于传感器、太阳能电池、
荧光显示和生物成像。
5.硅（Si）量子点：Si量子点具有潜在的应用于光电子学、计算
机芯片和量子计算。
6.钙钛矿量子点：钙钛矿量子点是一类新兴的半导体材料，被用
于太阳能电池、发光二极管（LED）和显示屏。
这些半导体量子点材料因其优越的光学和电学性质，以及可调控的尺寸和波长特性，对科研和工业应用都具有潜在的重要性。
它们在不同领域中都有广泛的应用，从生物医学到能源技术，都有潜力推动创新。
量子点材料
量子点材料量子点材料是一种新兴的纳米材料，具有特殊的光电性能和潜在的应用前景。
量子点材料由纳米尺度的半导体颗粒组成，其尺寸通常在1到10纳米之间，相当于几百到几千个原子的尺寸。
这种纳米材料的特殊之处在于，它的电子在三个维度上被量子约束，从而表现出与宏观物质不同的光电特性。
首先，量子点材料的光谱特性非常独特。
由于量子尺寸效应，它们的能带结构和电子能级间的能隙与体相材料不同。
具体来说，量子点材料的能带结构将在低能量端出现禁带宽度的增加和禁带边缘的红移。
这意味着量子点材料能够发射和吸收特定波长的光子，从紫外到可见光乃至红外都有可能。
这种能够调控光谱特性的能力，为量子点材料在光伏、光电器件等领域的应用提供了很大的潜力。
其次，量子点材料还具有优异的荧光性能。
由于量子点材料的尺寸效应，它们的能带间隙可以调控到与能带间隙相等的波长，从而发生荧光发射。
这使得量子点材料在显示器、生物成像、生物标记等领域具有广泛的应用。
例如，量子点材料的荧光发射具有窄而对称的发射光谱，可以产生丰富的颜色，用于改善显示器的色彩饱和度和亮度。
此外，量子点材料的荧光特性还可以被用作生物成像中的荧光探针，用于追踪和研究生物体内的过程。
除了光电性能外，量子点材料还具有其他一些特殊性质。
例如，由于量子尺寸效应的限制，量子点材料的电子与声子之间的耦合程度较低，从而导致了较长的电子自由时间和相对较高的载流子迁移率。
这使得量子点材料在电子传输领域具有很大的前景，可以用于制备高性能的电子器件。
总而言之，量子点材料是一种具有特殊光电性能的纳米材料，具有广泛的应用潜力。
通过调控量子点材料的尺寸和组分，可以实现对光谱特性的调控，从而在光伏、光电器件、显示器、生物成像等方面应用。
随着对量子点材料制备和性质的深入研究，相信它们将在科学和技术领域发挥越来越重要的作用。
量子点（Quantum
量⼦点（Quantum Dots）量⼦点(quantum dot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的奈⽶材料，由少量的原⼦所构成。
粗略地说，量⼦点三个维度的尺⼨都在100奈⽶(nm)以下，外观恰似⼀极⼩的点状物，其内部电⼦在各⽅向上的运动都受到局限，所以量⼦局限效应(quantum confinement effect)特别显著。
由于量⼦局限效应会导致类似原⼦的不连续电⼦能阶结构，因此量⼦点⼜被称为「⼈造原⼦」(artificial atom)。
科学家已经发明许多不同的⽅法来制造量⼦点，并预期这种奈⽶材料在⼆⼗⼀世纪的奈⽶电⼦学(nanoelectronics)上有极⼤的应⽤潜⼒。
若要严格定义量⼦点，则必须由量⼦⼒学(quantum mechanics)出发。
我们知道电⼦具有粒⼦性与波动性，电⼦的物质波特性取决于其费⽶波长(Fermi wavelength)λF = 2π / k F在⼀般块材中，电⼦的波长远⼩于块材尺⼨，因此量⼦局限效应不显著。
如果将某⼀个维度的尺⼨缩到⼩于⼀个波长（如图⼀所⽰），此时电⼦只能在另外两个维度所构成的⼆维空间中⾃由运动，这样的系统我们称为量⼦井(quantum well)；如果我们再将另⼀个维度的尺⼨缩到⼩于⼀个波长，则电⼦只能在⼀维⽅向上运动，我们称为量⼦线(quantum wire)；当三个维度的尺⼨都缩⼩到⼀个波长以下时，就成为量⼦点了。
由此可知，并⾮⼩到100nm以下的材料就是量⼦点，真正的关键尺⼨是由电⼦在材料内的费⽶波长来决定。
⼀般⽽⾔，电⼦费⽶波长在半导体内较在⾦属内长得多，例如在半导体材料砷化镓GaAs(100)中，费⽶波长约40nm，在铝⾦属中却只有0.36nm。
⽬前量⼦点的制造⽅法主要有以下四种：1.化学溶胶法(chemical colloidal method)：以化学溶胶⽅式合成，可制作复层(multilay ered)量⼦点，过程简单，且可⼤量⽣产。
量子点技术 PPT
量子点的应用一：量子点电视
1.由于量子点的鲜明特征是，既可使用单色光激发出多种不同颜色，也可以使用多种颜 色的光激发产生特定颜色的纯色荧光。
目
录
01
What is Quantum Dot ?
What is Quantum Dot ?
• Nanocrystals • 2-10 nm diameter • Semiconductors
What is in Quantum Dot ?
结构特点
因体积小，让内部电子在各方向上的运动受到限制，所以量子限域效应特别 显著，也让它能发出特定颜色的荧光。其发出的光线颜色由量子点的组成材 料和大小、形状所决定。由于发光波长范围极窄，颜色非常纯粹，所以画面 更加明亮。
当受到电或者光（诸如LED产生的光）的刺激后，量子点中的电子吸收了光 子的能量，从稳定的低能级跃迁到不稳定的高能级，而在稳定恢复时将能量 以特定波长的光子放出。
• 在1990~1993年之间，贝尔实验室发明了“金属有机配位溶剂-高温”技术，它以具有高毒性、非常不稳定 的二甲基镉作为镉源，在300℃左右高温下、在有机 配位溶剂中合成高质量的硒化镉。
What property does Quantum Dot have ?
• 表面效应
• 限域效应
• 尺寸效应
量子点QLED显示技术与众不同的特性，每当受到光或电的刺激，量子点便 会发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，量子点 能够将 LED光源发出的蓝光完全转化为白光(传统YAG荧光体只能吸收一部 分)，这意味着在同样的亮度下，量子点QLED所需的蓝光更少，在电光转化 中需要的电力亦更少，有效降低背光系统的功耗总成。
量子点 蓝光材料
量子点蓝光材料
量子点是一种能够发出蓝光的材料，它们在显示技术中有着重要的应用。
量子点是一种半导体纳米颗粒，当它们被蓝光激发时，可以发出不同颜色的光，包括绿光和红光。
这一特性使得量子点成为液晶显示屏背光源的重要组成部分。
通过量子点的转换，背光模组中的蓝光LED发出的蓝光可以被转换为构成白光的其他颜色，从而为液晶显示屏提供光源。
在量子点的研究和应用中，高效超窄蓝光LED的实现是一个重要的进展。
例如，河南大学的研究人员通过在ZnSe核上生长ZnS薄壳来合成蓝色发光量子点，这些量子点具有高量子产率，并且用它们制作的LED显示出高达12.2%的外部量子效率。
此外，量子点还被用于改变部分蓝光的颜色，将其转换为红色或绿色，这使得电视屏幕能够获得显示图像所需的三基色光。
一些LED灯也使用了量子点来调节二极管的冷光。
总之，量子点作为蓝光材料，不仅在提高显示技术的色彩表现方面发挥着作用，还在提升光电器件的性能和寿命方面展现出潜力。
随着研究的深入，量子点的应用范围预计将进一步扩大。
量子点zno
量子点ZnO简介量子点ZnO是一种由氧化锌（ZnO）组成的纳米材料，具有特殊的光电性质和优异的应用潜力。
它的独特之处在于其尺寸在纳米级别，导致其电子结构和光学性质与大尺寸的ZnO材料不同。
量子点ZnO因其在能带结构和电荷传输方面的特殊性质而受到广泛关注。
量子效应量子点是指尺寸在纳米级别（通常小于10 nm）的微小晶体。
由于其尺寸相对较小，量子点材料表现出与大尺寸晶体不同的物理和化学性质。
其中之一就是量子效应。
在量子点中，电子和空穴被限制在三个空间维度上运动，形成了一个类似于三维势阱的结构。
这种限制导致了能带结构发生变化，使得材料呈现出禁带宽度随粒径变化而变化的特性。
当粒径减小到一定程度时，禁带宽度增加，能级间距减小，从而导致光学性质的变化。
ZnO的性质氧化锌（ZnO）是一种宽禁带半导体材料，具有优异的光电性能和化学稳定性。
它在紫外光区域具有高透过率，并且具有高载流子迁移率、快速载流子复合速率和良好的热稳定性。
这些特性使得ZnO在光电器件、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
然而，普通尺寸的ZnO材料往往受到缺陷密度和表面态等问题的困扰，限制了其在某些应用中的效果。
量子点ZnO由于其特殊结构和尺寸效应，可以显著改善这些问题。
量子点ZnO制备方法制备量子点ZnO主要有物理法和化学法两种方法。
物理法物理法主要包括溅射法、蒸发-凝聚法和激光烧结法等。
这些方法通过控制材料蒸发和沉积过程中的温度、压力和气氛等参数来实现纳米级别尺寸的控制。
溅射法是一种常用的物理法，通过将靶材（通常为ZnO）置于真空腔室中，加热靶材并用惰性气体轰击使其蒸发，然后在基底上沉积形成纳米颗粒。
化学法化学法主要包括溶胶-凝胶法、水热合成法和热分解法等。
这些方法通过在溶液中控制反应条件来实现量子点ZnO的制备。
溶胶-凝胶法是一种常用的化学方法，通过将金属前驱体和溶剂混合并控制反应温度和时间等参数，在溶液中形成纳米颗粒。
量子点ZnO的应用量子点ZnO由于其特殊的光电性质，在多个领域具有广泛的应用潜力。
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更加环保
• CCFL制造中会用到有毒材料
使电视更加纤薄
• LED背光改变了电视背光源机械结构设计,可以大幅度减小传 统背光源中导光板的厚度,使得LED背光电视更加纤薄。
手机背光通常会用到4-5颗LED,笔记本电脑LED背光平均需要45颗LED；一台LED电 视平均需要500颗LED。LED背光在中小尺寸显示屏中已经有一定的渗透。
光电化学材料教育部重点实验室
等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）是采用了近几年来高速发展的等离子平
面屏幕技术的新一代显示设备。 成像原理：在显示屏上排列上千个密封的小低压气体室（真空玻璃管）向其中注入惰性气体或水银蒸气，加电压
之后，使气体产生等离子效应，放出紫外线，激发玻璃上的红、绿、蓝3色荧光粉而发出肉眼能看到的可见光，以此 成像，利用激发时间的长短来产生不同的亮度。由于它是每个独立的发光体在同一时间一次点亮的，所以特别清晰鲜 明。等离子显示屏的使用寿命约5~6万个小时，会随着使用的时间，其亮度会衰退。
光电化学材料教育部重点实验室
亮度、高对比度
•等离子显示器具有高亮度和高对比度，完成能满足眼睛需求；亮度也很高，所 以其色彩还原性非常好
纯平面图像无扭曲 •等离子显示器的RGB发光栅格在平面中呈均匀分布，这样就使得图像即使在边 缘也没有扭曲的现象发生
超薄设计、超宽视角 •由于显示原理的关系，使其整机厚度大大低于传统的CRT显示器，与LCD相比 也相差不大，而且能够多位置安放
宽色域高稳定纳米量子点柔性显示材料 曹元成， 博士，教授
化学与环境工程学院，江汉大学 Tel：027-8449 0085； E-mail：yuancheng.cao@
光电化学材料教育部重点实验室
目 录
01 个人简介 02 显示器件 03 QLED显示器件 04 面临的挑战
光电化学材料教育部重点实验室
CRT显示器学名为"阴极射线显像管"，是一种使用阴极射线管(Cathode Ray Tube)的显示器。
主要有五部分组成:电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩(Shadow mask)，高压 石墨电极和荧光粉涂层(Phosphor)及玻璃外壳。 它是应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均 匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LCD显示器难以超过的优点，而且价格更便宜。
光电化学材料教育部重点实验室
有机电致发光显示器件OLED（Organic Light Emitting Diode）OLED显示
技术具有自发光的特性，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这 些有机材料就会发光。
利用电子和空穴在有机薄膜中 复合发光而制备的显示器件
下一代显示技术最有利的竞争者
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CCFL冷阴极背光灯，即为LCD电视 LED发光二极管背光源，即为LED电视
其实LED依旧是一种LCD液晶电视，即LED为背光源的液晶电视
光电化学材料教育部重点实验室
LED做背光,相比CCFL有许多的优点：
节能
• 冷阴极灯管的光电效率在60lm/W左右,而商业化的LED光效 已达到100lm/W以上
1. 个人简介：
江汉大学教育部重点实验室，博士，教授，
2015年武汉市“黄鹤英才计划”入选者
2014湖北省 “楚天学子”
2007-2014 年 分 别 在 Nottingham Trent University 、 Newcastle University工作，主要从事功能材料的研究
亮度和对比度不是很好
缺点
长时间使用可能会产生了亮点、暗 点、坏点
寿命有限
光电化学材料教育部重点实验室
5.LED显示器
发光二极管LED（Light Emitting Diode）是一种可以将电能转变成光能的半导体器件。
它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生 复合产生光。
像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用 电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。
工作原理:给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如果给它配合偏振光片，它就具有
阻止光线通过的作用，如果再配合彩色滤光片，改变加给液晶电压大小，就能改变某一颜色透光量 的多少，也可以形象地说改变液晶两端的电压就能改变它的透光度。
（CCFL冷阴极背光灯）
光电化学材料教育部重点实验室
优点
工作电压低、功耗小
散热小、没有丝毫辐射、对人体 健康无损害
抗干扰能力强、显示字符锐利、 画面稳定不闪烁、屏幕调节方便
完全平面、能精确还原图像、无 失真
可视面积大
可视偏转角度过小，显示色域不够 宽，颜色重现不Байду номын сангаас逼真
响应速度偏低、容易产生影像拖尾 现象
具有齐全的输入接口 •为配合接驳各种信号源，等离子显示器可接收电源、VCD、DVD、HDTV和电脑 等各种信号的输出
环保无辐射
•等离子显示器一般在结构设计上采用了良好的电磁屏蔽措施，其屏幕前置环境 也能起到电磁屏蔽和防止红外辐射的作用，对眼睛几乎没有伤害
光电化学材料教育部重点实验室
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白
研究方向（一）：高分子聚合物电解质等储能电池材料；
研究方向（二）：量子点柔性显示材料与器件；
光电化学材料教育部重点实验室
1.简介 显示器是属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。它可以分为CRT、LCD等
多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射 到人眼的显示工具。
光电化学材料教育部重点实验室
器件结构主要分为五层：阳极、空 穴层、发光层、电子层、阴极
光电化学材料教育部重点实验室
OLED主要优势：
自主发光 ，色彩好 ，对比度高 ，超薄，耗电量小 ，响应速度快 ，适用温度范围广等
超薄
• 厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且 重要也更轻 固态机构，没有液体物质