【引言】

照明和顯示的研究是關系到國防需求和國計民生重要行業(yè)。目前，半導體電致發(fā)光主要分為三個方向：第一代的基于Ⅲ-Ⅴ族半導體的電致發(fā)光（LED）；第二代的基于有機半導體材料薄膜的電致發(fā)光（OLED）以及第三代的基于無機半導體量子點（如CdS，CdSe，ZnSe，CuInS2等）薄膜的電致發(fā)光（QLED）。其中，無機LED和OLED在照明、顯示等方面一定程度上實現(xiàn)了商業(yè)化，而新興的QLED仍處在研發(fā)階段。但是由于QLED及量子點材料的許多獨特的優(yōu)勢，如材料發(fā)光顏色從近紅外到可見波段連續(xù)可調(diào)、窄的發(fā)光線寬、高的發(fā)光效率（量子效率高達90%以上）、極好的光穩(wěn)定性和簡單的低成本溶液加工處理等，能夠彌補上述技術在面光源照明、高性能顯示應用中的不足，成為產(chǎn)業(yè)界廣泛關注的下一代技術。

值得關注的是，基于量子點背光源技術的液晶顯示器已經(jīng)成功走向商業(yè)化。然而，目前電致發(fā)光的QLED大都基于有機、無機雜化的器件結(jié)構。而有機材料的對水氧極其敏感，因此對器件的制備及后期封裝提出了嚴格的要求，增加了器件的制備成本。因此，尋求性能更加穩(wěn)定的無機材料作為電荷傳輸層是解決上述挑戰(zhàn)，推動QLED市場化的關鍵。


【成果簡介】

近日，吉林大學物理學院張漢壯（通訊作者）、紀文宇教授課題組與該校電子學院謝文法（通訊作者）教授課題組合作，利用超聲霧化噴涂技術，制備了迄今為止性能最佳的全無機量子點電致發(fā)光器件（QLEDs）。


與普通的旋涂工藝相比，超聲噴涂技術具有三大優(yōu)勢：一是其節(jié)省材料。對于普通的旋涂工藝，在旋涂過程中超過90%的材料被浪費掉了，而噴涂工藝中的材料利用率幾乎為100%。二是噴涂工藝可以實現(xiàn)大面積器件的制備，而旋涂技術則不行。這就使得旋涂技術無法應用到工業(yè)化生產(chǎn)中。三是普通旋涂技術無法對器件進行掩膜從而實現(xiàn)像素點的制備，而噴涂技術完全可以兼容掩膜的工藝。而且目前有很多工藝技術用以提高此技術中的掩膜質(zhì)量，這是成功制備高質(zhì)量顯示器件的最為關鍵的技術環(huán)節(jié)?？傊?，噴涂技術是一種低成本、高效的基于溶液法的薄膜制備工藝，有望在將來的工業(yè)化生產(chǎn)中得到應用。
在之前所報道的全無機器件中，量子點發(fā)光層被直接沉積在NiO空穴傳輸層上。由于溶液法（或磁控濺射）制備的NiO中存在大量的缺陷，使得與之直接接觸的量子點的發(fā)光很大程度的發(fā)生了淬滅。鑒于此，紀文宇等人提出引入溶液法處理的Al2O3作為中間層修飾NiO空穴傳輸層，抑制了NiO對量子點的淬滅。該報道中，全無機器件電流效率達到20.5cd/A，亮度超過20000 cd/m2。相比之前所報道的器件，該器件的效率及亮度均有兩個數(shù)量級的提高。此外，全無機QLED器件壽命達到8000小時。這是世界上首次對全無機QLED器件的壽命進行的報道。這對全無機QLED器件的發(fā)展起到了極好的推動作用，使人們看到了利用全無機QLED作為平臺制備基于量子點的電致發(fā)光照明及顯示器件的巨大前景。雖然該報道中只進行了綠光器件的制備，但是對于其他顏色器件，如紅光和藍光，利用此種工藝制備器件也是切實可行的。盡管如此，目前全無機器件在各方面性能上，尤其是器件壽命方面與傳統(tǒng)的有機、無機雜化的QLED器件還有很大的差距。研究人員正在從材料和器件兩方面進行深入的研究，最近，他們通過對電荷傳輸層的優(yōu)化，使得器件的性能得到了進一步的提高。

上述進展得到了國家自然科學基金委項目的支持。該課題組一直從事QLED的相關研究工作，近5年來，發(fā)表學術論文34篇(其中第一/通訊作者24篇)。該成果被美國化學學會進行了專門報道）。

【小結(jié)】

研究人員利用超聲霧化噴涂技術，制備了迄今為止性能最佳的全無機量子點電致發(fā)光器件（QLEDs）。該器件電流效率達到20.5cd/A，亮度超過20000 cd/m2。相比之前所報道的器件，效率及亮度均有兩個數(shù)量級的提高。此外，全無機QLED器件壽命達到8000小時。這項研究對全無機QLED器件的發(fā)展起到了極好的推動作用，使人們看到了利用全無機QLED作為平臺制備基于量子點的電致發(fā)光照明及顯示器件的巨大前景。