量子点显示材料及器件2016

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：027-84490085；E-mail：[e-mail]光电化学材料教育部重点实验室目录个人简介01显示器件02QLED显示器件03面临的挑战04光电化学材料教育部重点实验室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NottinghamTrentUniversity、NewcastleUniversity工作，主要从事功能材料的研究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；1.个人简介：光电化学材料教育部重点实验室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。1.简介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(CathodeRayTube)的显示器。主要有五部分组成:电子枪(ElectronGun)，偏转线圈(Deflectioncoils)，荫罩(Shadowmask)，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等离子显示器PDP（PlasmaDisplayPanel）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•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亮度、高对比度•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纯平面图像无扭曲•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超薄设计、超宽视角•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具有齐全的输入接口•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环保无辐射光电化学材料教育部重点实验室液晶显示器LCD(LiquidCrystalDisplay)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，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，颜色重现不够逼真响应速度偏低、容易产生影像拖尾现象亮度和对比度不是很好长时间使用可能会产生了亮点、暗点、坏点寿命有限优点缺点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（LightEmittingDiode）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。光电化学材料教育部重点实验室其实LED依旧是一种LCD液晶电视，即LED为背光源的液晶电视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：•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以上节能•CCFL制造中会用到有毒材料更加环保•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。使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有机电致发光显示器件OLED（OrganicLightEmittingDiode）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。器件结构主要分为五层：阳极、空穴层、发光层、电子层、阴极下一代显示技术最有利的竞争者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•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，没有液体物质超薄•因此抗震性能更好，不怕摔抗震耐用•几乎没有可视角度的问题，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真可视角度大•制造工艺简单，成本更低成本低•响应时间10微秒左右，显示运动画面绝对不会有拖影的现象响应速度快•-40℃-75℃工作温度范围宽•在不同材质的基板上制造，可以做成可弯却的柔软显示可弯曲光电化学材料教育部重点实验室量子点（Quantumdots，QDs）是半导体纳米晶体，是一种粒径不足10纳米的颗粒。通常说来，量子点是由锌、镉、硒和硫原子组合而成。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，这一特性使得量子点能够改变光源发出的光线颜色。HR-TEMimagecore/shellstructure光电化学材料教育部重点实验室QLED显示器量子点发光二极管显示器件QLED(QuantumDotLED)，主要是采用蓝色LED光源照射量子点的方式来激发红光及绿光。理论色域能比OLED高出50%以上，同时亮度也要更高，而且更省电，由于技术的简化，量子LED显示屏采用了稳定可靠的无机半导体材料，这降低了生产成本。量子点(QuantumDots)是一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶体，是一种粒径不足10纳米的颗粒。量子点有一个与众不同的特性: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，这一特性使得量子点能够改变光源发出的光线颜色。光电化学材料教育部重点实验室QLED的优势：•利用这种新的显示技术，可以带来前所未有的超薄显示效果，加上了没有背光的限制，其厚度要远远小于现在的液晶显示面板，甚至比OLED面板还要轻薄成像器件小、制造成本更低•量子点还可悬停在液体中，并使用多种技术让其沉积，包括将其喷墨打印在非常薄的、柔性或者透明的衬底上。制作过程简单•OLED其纯色需用彩色过滤器才能产生，而QLED从一开始就能产生各种不同纯色，也在将电子转化为光子方面优于OLED。能效更高•在同等画质下，因为QLED电子转化为光子的效率更高，QLED的节能性有望达到OLED屏的2倍，发光率将提升30%至40%。同时OLED可以达到与无机半导体材料一样的稳定性、可靠性。节能光电化学材料教育部重点实验室QDs显示器工作原理（1）QDEF可取代LCD内部扩散膜的功能，以及将蓝光转换为绿光以及红光。（图片取自Nanosys）Left：QDsdisplayRight：LEDdisplay光电化学材料教育部重点实验室传统的白光LED显示器光谱（A）和QDs显示器光谱（B）的比较。光电化学材料教育部重点实验室量子点薄膜(QDEF)中的量子点在蓝色LED背光的照射下将生成红光(R)和绿光(G)，并同部分透过薄膜的蓝光(B)一起混合得到白光，从而提升整个LCD背光的发光效果，将LCD色域提升30%。QDs显示器工作原理（2）光电化学材料教育部重点实验室光电化学材料教育部重点实验室QDs三原色LEDQDs显示器制备:印章法光电化学材料教育部重点实验室光电化学材料教育部重点实验室QDs显示器制备:层叠法光电化学材料教育部重点实验室光电化学材料教育部重点实验室图6：TheeffectsofincreasingtemperatureontherelativePLintensityofdifferentsizedCdTequantumdots:(a)3.5nm,(b)3.1nm,(c)2.8nm,and(d)denaturedovalbumin-QDs(3.5nm).图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光电化学材料教育部重点实验室红移：胶体性质聚集光电化学材料教育部重点实验室FRET：能力共转移光电化学材料教育部重点实验室光漂白光电化学材料教育部重点实验室光电化学材料教育部重点实验室手机屏幕覆膜效果图石墨烯分散QDs光电化学材料教育部重点实验室有机黏土分散QDs我们目前的工作（1）：无分散剂QDs光电化学材料教育部重点实验室纳米多空硅颗粒分散QDs再分散性我们目前的工作（2）：UV光固化发光膜HDPE发光膜“打印法”发光材料光电化学材料教育部重点实验室高稳定性发光膜：光电化学材料教育部重点实验室手机屏幕覆膜效果图手机屏幕RGB三原色显微镜照片量子点显示器件:打印法Thanks！