Advanced Optical Materials:适用于户外显示的高效稳定量子点发光二极管

量子点具有荧光量子产率高、单色性佳、发射光谱随尺寸连续可调、光化学稳定性和热稳定性强,且可采用溶液法制备等优点,现已成为下一代平板显示和固态照明应用中最具潜力的候选材料。基于量子点的发光二极管(QLED)自1994年出现至今,器件的性能得到了极大提升,现已满足低亮度显示(室内显示)的要求。然而,QLED在高亮度下的短寿命仍然限制着它在户外显示和照明中的应用。

目前为止,只有红色QLED可以实现高亮度下的长寿命,即它在初始亮度为1000 cd/m2时T95(亮度衰减至初始亮度的95%所用的时间)达到了2300 h。与之形成鲜明对比的是绿色和蓝色QLED,仍无相关报道。主要原因在于,与红色QLED相比,绿色和蓝色量子点发光层和空穴传输层之间存在较大的注入势垒,使得过剩的电子在发光层和空穴传输层的界面处积累,进而导致高电流下的效率滚降和器件的性能衰减。因此,空穴能级失配是阻碍绿色和蓝色QLED性能改善的本质问题。针对这一问题,首先,寻找一种能级匹配且具有高空穴迁移率的传输材料是显而易见的,但是这类材料的设计合成是一项重大的挑战;其次,调控电子传输层以减少电子的注入,这一方法虽然能够改善载流子的注入平衡,但是,一定程度上削弱了总的载流子注入效率,因此,基于此方法构筑的器件只能在获得高效率和高亮度的结果中有所折中。近年来,基于壳层材料优化设计合成发光层能级适配空穴传输层能级的量子点成为一种有效的解决途径。基于此方法,河南大学申怀彬课题组和TCL公司报道的高效率、长寿命和高亮度的红色QLED已完全满足户外显示的应用要求。这一研究成果表明设计合成量子点能级适配空穴传输层的发光层材料也将成为构筑高亮度下高稳定的绿色和蓝色QLED的有效策略。

基于上述原因,近日,河南大学申怀彬课题组从量子点的自身结构出发,通过壳层材料、组分和厚度的精确调控,合成了组分梯度的CdZnSe/ZnSe/ZnSeS/ZnS核壳结构量子点,这种量子点不仅具有高的荧光量子产率(>95%)、能够抑制非辐射福斯特能量共振转移和俄歇复合,而且能够有效提升空穴的注入能力,改善器件中载流子的注入平衡。基于该量子点构筑的器件最大外量子效率和电流效率分别达到23.9%和100.5 cd/A,尤为重要的是在亮度1000 cd/m2条件下T95工作寿命高达2500 h。以上结果,无论效率还是器件寿命均优于以往报道的溶液法构筑的绿色QLED。重要的是,所合成的高性能CdZnSe/ZnSe/ZnSeS/ZnS量子点易于批量生产,且具有高度的可重复性,为未来QLED的工业化提供了技术支撑。

这一研究成果使得最终实现QLED在高亮度显示和照明领域的应用又迈进了一大步。相关论文在线发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201901145)上。