量子点LED技术成LED之王 未来15年将点亮全球

作者:led电子屏 来源:未知 发布时间:2020-06-01 10:59

量子点发光二极管技术是发光二极管之王。Wicop和CSP没有封装技术来管理LED产业,但是数量不够。此外,有机发光二极管已经估计到了悲剧的发生,在它发光之前将会遇到QLED时代的亮点。

1981年,纳米尺度半导体发光粒子的新概念被发现,我们也称之为“量子点(QD)”。从发现到前10年,人们只是从学术的角度研究它的性质,再过10年,他们还没有找到它的适用范围。从2000年开始,量子点制备技术的进步导致了其应用范围的扩大。特别是量子点技术特有的一系列光学功能,如光谱尺寸可调、斯托克斯位移大、发光效率高、发光性能好等,成为近年来研究的核心,并取得了巨大的进展。目前,量子点生物技术首次应用于医学,量子点电视显示屏已经出现,量子点发光二极管(QLED)光源也在实验室诞生。

1、将来15年量子点LED将点亮全球

1879年,白炽灯从实验室走向实用照明的最后一步,开创了人类电气照明的新时代。仅仅20年,白炽灯就打开了黑夜,照亮了世界。

1938年,荧光灯诞生在天空。人类进入了气体放电照明时代。二十年后,荧光灯照亮了成千上万家庭的夜晚。1980年,三色荧光灯的出现将人类带入了装饰照明时代。又过了20年,节能灯成为五大洲最便宜的光源。

1998年,世界上第一个实用的白色发光二极管问世。15年后,发光二极管接管了整个照明市场,照亮了21世纪。

2009年,第一个量子点发光二极管(QLED)灯胆在美国诞生。2010年,中国人在量子点技术上取得了突破,成为QLED照明实用化的起点。

尽管昂贵的量子点材料仍然超出了公共照明的范围,但我们有理由相信,在2030年,也就是15年后,室内照明肯定会成为QLED的国家!

2、神奇的量子点 弗成思议的纳米晶体

量子点是纳米晶体。其组成元素不仅仅限于第二至第六组的几种元素(钡、镉等)。)或第三至第五组(GaAs、因加亚斯)到目前的第一至第三至第六组(阿金2等)。),但随着研究的深入,还将开发更系统的结构。

量子点大多是无机化合物,它们的功能保持不变,它们可以在水中形成1-20纳米大小的胶体,相当于5-100个原子直径的大小。量子点的所有三维都低于100纳米。就尺寸而言,量子点是准零维纳米材料(见图1)。在所有与激发和发光密切相关的量子点特性中,轮廓效应、量子限制效应和尺寸效应是我们特别感兴趣的。

2.1 量子点的外观效应

随着构成量子点的原子数量减少,粒子尺寸减小,比表观积增加。

就化学性质而言,因为大多数原子都位于粒子表层相,这使得化学性质非常活跃,容易产生在宏观条件下无法发生的化学反应。

就光学性质而言,其反射系数将随着颗粒尺寸的减小而显著降低。粒径越小,颜色越深,也就是说,纳米粒子的光接收能力越强,宽带接收光谱就越强,直到变成黑色。

2.2 量子限域效应

量子点由少量原子组成。由于尺寸的限制,量子点的内部电子在各种目标上的活动受到限制,不能再自由移动。这就是所谓的量子限制效应。正是这种效应使得量子点具有相同原子的非连续电子能级的通常排列。量子点也被称为“人造原子”。当被激发时,这种“人造原子”不再具有普通晶体的光谱,而是像原子一样具有极窄的线性光谱特性,其光谱由一系列带间跃迁的线光谱组成。

2.3 量子尺寸效应

量子点的最大特点是能隙随着晶粒的增加而变化。晶粒越大,能隙越小。相反,能量差距越大。换句话说,量子点越小,发光波长越短(蓝移),量子点越大,发光波长越长(红移)。根据量子点的尺寸效应,我们可以通过改变颗粒尺寸来改变发光光谱,而不改变量子点的化学组成(见图2)。

2.4 量子点LED 的发光形式

量子点是QLED发光的基本材料。实现QLED发光的主要方法有两种:一种是利用氮化镓基发光二极管作为光转换层,有效地吸收蓝光,发出各种颜色的光,其波长在可见光范围内是可以调节的;第二种是使用它的电致发光形式,并将其应用于薄膜电极之间以发光(见图3)。

3、汗青的回首 从量子点到QLED

20世纪80年代初,包括贝尔实验室的路易斯布鲁斯博士、前苏联青奥村研究所的亚历山大埃夫罗斯博士和维克多克利莫夫博士在内的几位研究人员发现,不同粒径的硫化镉颗粒在高温条件下会发出不同颜色的荧光。这一效应发现了量子点的大小和颜色之间的相关性,为量子点从实验室走向实际应用铺平了道路。

1998年,两个研究小组,Alivisatos和聂,首次将量子点生物发光标记技术应用于活细胞系统。因此,对量子点的研究达到了高潮。当物理学家第一次研究量子点时,他们绝不会想到量子点的第一次应用是在生物医学和医学领域。量子点技术的出现给某些疾病的诊断和新药的研究带来了新的希望。

从1990年到1993年,贝尔实验室发现了“金属有机配位溶剂高温”技术。它以剧毒、非常稳定的二甲基镉为镉源,在有机配位溶剂中于300合成高质量硒化镉。这是整个量子点研究领域的一个里程碑。然而,这也给这一类别留下了挑战。他们使用的原材料来自“金属有机气相沉积”。其中,二甲基镉具有爆炸性,即使在室温下,它也不会脏乱、有毒和昂贵。伴随着这样的技术思维,这一类别在接下来的10年里并没有快速增长。

2009年,美国Nix照明公司的夏洛特将量子点涂层应用于蓝色发光二极管,并在实验室制造了世界上第一个量子点发光二极管灯胆——QLED灯。当时,使用的材料是高毒性镉化合物。

无镉技术引入量子点是由中国的彭笑刚教授的。基于对激发态合成技术的新熟悉,他采用了一些新的合成方法,获得了一些功能前所未有的量子点。自此,量子点技术进入了无毒环保的研究阶段。同时,他还发现了在QLED器件中插入一层纳米绝缘层的技术,从而彻底解决了平衡正负载流子注入的关键难题。这两项技术的突破从实验上验证了QLED实用性的可行性,为QLED在未来显示和照明领域发挥主导作用提供了理论和技术基础。

2010年5月,在拉斯维加斯的世界灯展上,中国浙江大学的彭笑刚和他的合作者推出了两款无污染的QLED系列产品。他全新的技术概念标志着固态照明颠覆性技术的突破。这一突破性技术已成为QLED照明实际应用的起点。

目前,QLED已经进入彩色显示屏的实用范畴。2014年9月,TCL公司率先推出中国首款55英寸量子点电视型号H9700。到2014年底,彩电行业迎来了量子点电视的高潮。2015年1月,长虹还在美国消费电子展上展示了号称世界上第一台曲面量子点电视。2015年4月,TCL多媒体发布了一款新的量子点电视产品——电视量子点曲面电视,并获得了“中国电气Aplan创新奖”。所有这些创新成果的展示展示了QLED的成长活力。

据了解,最初制造的量子点电视含有高毒性镉材料,而现在新销售的大多数量子点电视不含镉。

4、OLED的疑心 从但愿到作对

有机发光二极管是由邓青云博士(现代有机发光二极管之父)于1979年发现的。1994年,日本科学家发布了第一个白光有机发光二极管照明。2007年,一个15厘米15厘米的大面积白色有机发光二极管被开发出来。当时,有效发光面积达到12厘米12厘米,平均亮度达到852 CD/m。2008年,当欧司朗在玻璃基板上显示亮度为1000 CD/m时,发光效率达到46 lm/W,寿命长达5000小时

目前,用于照明的有机发光二极管面板主要是面积为30厘米30厘米的流产产品,有些面积超过60厘米60厘米。亮度小于1,000 nt,寿命提升达10000小时以上

有机发光二极管是一种基于有机薄膜的显示技术,它有自己的光源,即场致发光光源。与液晶显示技术相比,它具有巨大的优势。如厚度只有1毫米左右的超薄、超轻、宽视角、自发光(不需要场景匹配光源)、刷新速度快(液晶的1000倍)、高清晰度、低能耗、优异的低温特性(在-40时仍然突出)、柔性显示(即屏幕可以卷曲)等。被认为是显示技术的未来。到目前为止,世界上所有主要的显示器制造商都在开发有机发光二极管产品。

在过去的20年里,人们不断投入大量资金来改善基础有机发光二极管材料的集成。虽然理论上可以使用的小分子和高分子材料种类繁多,但有机材料的寿命、效率、颜色和优化工艺前提仍然受到多种参数的制约,阻碍了具有原创能力的有机发光材料红、蓝、绿的发展。

与QLED的发展相比,有机发光二极管从弯曲到柔性,从光效率到色纯度,从寿命到价格都没有优势。

首先,在制造有机发光二极管时,需要使用“荫罩”。当屏幕尺寸变大时,荫罩板很容易受热膨胀,遇冷收缩,从而使色彩等不充分。QLED制造过程不需要使用荫罩,因此不会出现精度降低的问题。其他量子点也可以悬浮在液体中,并使用各种技术沉积,包括在非常薄、柔软或透明的基底上进行喷墨印刷。

其次,有机发光二极管的浅色纯度不够。它的纯色只能通过滤色器产生,而QLED可以从一个头部产生各种各样的不同纯色。它在将电子转化为光子方面也优于有机发光二极管,因此它具有更高的能量效率和更低的制造成本。

第三,在图像质量均匀的情况下,QLED有望实现两倍于有机发光二极管显示屏的节能性能,其发光效率将提高30%~40%。同时,QLED可以实现与无机半导体材料相同的不变性和可靠性。

总而言之,QLED不仅成为了有机发光二极管的有力竞争对手,或者更大胆地说,QLED也可能成为有机发光二极管的掘墓人。

5、QLED照明 优势与挑战并存

5.1 化学机能方面的优势

QLED在制备技术上有以下三大优势。首先,由于构成QD的所有材料都是无机物,它们不再要求制造条件。在水蒸气或氧气的情况下,它们没有有机发光二极管混乱,比有机磷光体高几个数量级。其次,它既具有聚合物的烧蚀性能,又具有磷光材料的高发光效率潜力。第三,由于纳米晶体的直径控制了QD的光学能隙,发光颜色特征的判断和优化方法变得更加简单。

5.2 照明学方面的优势

从近年来的研究发现,尽管有阳光照射,目前的白色发光二极管灯仍有缺陷。这种人造白光有许多高能光子(即太多蓝光)。有一些医学证据表明,过度的蓝光对人类健康的影响是不吉利的。

低色温、高功率的白光发光二极管仍然是商用氮化镓基白光发光二极管发展的总趋势。为了适应这一趋势,有必要加快红色荧光粉的研发进程,这对提升白光发光二极管的显色指数具有重要意义。然而,令人遗憾的是,到目前为止,所有红色荧光粉的功能还远远没有达到要求

此外,目前的白色发光二极管仍然有明显的发烧。QLED的白光,原则上,可以与幻想光源完全一致,双倍接近自然光,并且发热会进一步减少。

作为照明光源,它有三个突出的优点:它能发出全光谱,即覆盖整个可见光和红外光区;(2)它们可以限制量子发光性质,释放出更小带宽的彩色光,发射波长半宽度小于20 nm,呈现双饱和彩色光。(3)量子效率可以达到90%,未来将有更大的提升空间(见图4)。

5.3 价钱方面的挑战

从冷阴极到发光二极管,从有机发光二极管到QLED,现代照明技术的飞跃从显示技术开始。因为在从实验室到应用的初始阶段,成本总是很高,所以它不能取代这种昂贵的照明价格,因为量子点仍然非常昂贵。即使在低端,它们的成本也是几百美元/克,高达10,000美元/克。

然而,当世界上第一个白色发光二极管出现在过去时,谁能想象芯片和黄色荧光粉的天价在15年后会如此便宜?发光二极管能有今天的辉煌吗?如果量子点的合成满足发光二极管光电功能的要求,并且价格下降到可用于照明的水平,量子点发光二极管有望成为下一代具有连接氮化镓发光二极管和有机发光二极管优点的照明光源。

5.4 更多的改善空间

在新兴的研究应用范畴中,QLED还有一些问题需要进一步研究。首先,在非镉量子点产品和镉量子点产品的光效率之间存在另一个不可避免的差距。二是发光机理不太清楚,制约了新材料的发展,需要进一步深入研究。第三,从量子点到QLED器件的应用转换过程中的发光猝灭现象与氮化镓基发光二极管相比有很大的差距。第四,量子点电致发光功能的研究还很薄弱。加快这项研究,对未来新型QLED平板灯的应用具有重要意义。

6、竣事语

第一盏QLED灯已经亮了六年了。各种研究和应用刚刚开始。一些强大的大学研究机构也加入了研究队伍。QLED凭借其优越的功能,让企业家看到无限的商机。一些国际知名企业也在测试和开发QLED产品。我们可以看到:在5~10年内,QLED显示器的市场份额将达到30%~50%以上;我们可以想象的是,QLED将在10~15年内正式进入室内照明领域,占有20%~50%的份额。(编者:妮可)

产地:广东发光二极管

如需获取更多资讯,请存眷LEDinside官网(www.ledinside.cn)或搜刮微信公家账号(LEDinside)。