qled ep1量子點(diǎn)材料及顯示應(yīng)用華星

課程講解：嚴(yán)怡然博士TCL工業(yè)研究院量子點(diǎn)團(tuán)隊(duì)量子點(diǎn)材料及顯示應(yīng)用目錄CONTENTS1什么是量子點(diǎn)23量子點(diǎn)的顯示應(yīng)用及發(fā)展不同量子點(diǎn)材料體系3量子點(diǎn)（QuantumDot）量子點(diǎn)中“量子”是指量子限域效應(yīng)。量子點(diǎn)中“點(diǎn)”是指具有納米尺度的球形或近球形顆粒。發(fā)光的尺寸效應(yīng)：通過(guò)改變物理尺寸即能連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)光波長(zhǎng)

量子點(diǎn)尺寸增加，發(fā)光波長(zhǎng)紅移量子限域效應(yīng)：三維空間均受到束縛，形成分立能級(jí)E∝1/R2∝1/λ因此，量子點(diǎn)跟“量子通訊”、“量子計(jì)算”這些并沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)4量子點(diǎn)的組成與結(jié)構(gòu)50nm5nmCore量子點(diǎn)自內(nèi)向外通常依次是由核(core)、殼(shell)、配體(ligand)三部分組成。透射電子顯微鏡(TEM)下觀察到的量子點(diǎn)核(core)：位于中心，其組成和大小決定了量子點(diǎn)的發(fā)光波長(zhǎng)。殼(shell)：包覆在核的外面，起到保護(hù)內(nèi)核、束縛電子、鈍化缺陷的作用。配體(ligand)：連接在殼層表面，起到鈍化表面缺陷、促進(jìn)溶劑中分散的作用。IIBVIAIIIAVAIBIVA量子點(diǎn)核殼的元素組成例如：CdSeInPZnSCdTePbSeAgInSCdZnSeS目錄CONTENTS1什么是量子點(diǎn)23量子點(diǎn)的顯示應(yīng)用及發(fā)展不同量子點(diǎn)材料體系紅外檢測(cè)紅外成像太陽(yáng)能電池晶體管量子點(diǎn)的應(yīng)用顯示應(yīng)用67發(fā)光效率高

發(fā)光波長(zhǎng)連續(xù)可控制備簡(jiǎn)單&易放大

適于印刷工藝制程發(fā)光光譜窄

無(wú)機(jī)材料穩(wěn)定性好量子點(diǎn)：理想的顯示發(fā)光材料QD-PLBacklightQDCF/QD-OLEDHybridOLED+QLEDR/G/BQLEDPLPLELELCommercialProductsMPin

2021(Samsung)31”4KH-QLED(TCL)31”4KQLED(TCL)8量子點(diǎn)顯示應(yīng)用的路線9TVColorgamut(NTSC%)CRT78%~82%PDP90%~95%LCD(CCFL)54%~73%LCD(WhiteLED)68%~78%LCD(CFimprovement)~100%OLED(WOLED+CF)~89%LCD(QD-BLU)>100%QDtube(onside)QDEF(onsurface)基于QD-BLU的量子點(diǎn)電視量子點(diǎn)光致背光顯示技術(shù)(QD-BLU)10Quantum-dotLightEmittingDiodesQLEDOrganicLightEmittingDiodesOLED紅色綠色深藍(lán)色天藍(lán)色量子點(diǎn)電致發(fā)光顯示技術(shù)(QLED)11三星電子(2009)4”QVGA單色屏(玻璃基板)LGInnotek(2010)3.2”

480*800(量子點(diǎn)BLU)三星電子(2011)4”QVGA全彩屏[柔性(左)/玻璃基板(右)]三星電子(2010)46”量子點(diǎn)背光液晶電視概念機(jī)QDVision/MIT(2008)轉(zhuǎn)印法量子點(diǎn)像素定義SHARP(2020)6.24”IGZO/176ppi光刻QLED樣機(jī)TCL/聚華(2018/2019)31”UHD印刷H-QLED/全量子點(diǎn)QLED樣機(jī)浙江大學(xué)(2014)20%量子點(diǎn)器件效率貝爾實(shí)驗(yàn)室Brus(1983)首次提出量子點(diǎn)概念MIT的Bawendi(1993)溶液法制備均一量子點(diǎn)彭笑剛(阿肯色大學(xué))(2003)逐層包覆可控量子點(diǎn)Nanosys&QDVision(2012)量子點(diǎn)背光顯示技術(shù)TCL(2014)中國(guó)首臺(tái)量子點(diǎn)背光電視1983200320112015NanoPhotonica/UF(2011)S-QLED器件結(jié)構(gòu)NanoPhotonica(2015)R/G/BQLEDs>10%19932008量子點(diǎn)材料及顯示應(yīng)用發(fā)展歷史12NanosysInc.NanocoInc.SamsungBOEJangetal.,Nature586,385-389(2020).Jangetal.,Nature575,634-638(2019).專注于無(wú)鎘量子點(diǎn)技術(shù)路線，相應(yīng)材料及器件性能全球領(lǐng)先；量子點(diǎn)顯示專利全球第一500ppi全彩光刻QLED像素圖Meietal.,NanoResearch13,2485-2491(2020).55寸全彩AM-QLED樣機(jī)(2020)國(guó)內(nèi)外量子點(diǎn)公司概況13Color*頂發(fā)射器件Target2023旋涂器件打印器件打?。敯l(fā)射）CE**T95(h)***CET95(h)CET95(h)Red>50>20,000>40>10,0006015,000Green>120>20,000>110>4,00014020,000Blue>8>100(底發(fā)射)UnderR&D10500(y≤0.06)*

以上結(jié)果均基于含鎘量子點(diǎn)、非丙烯酸封裝膠**CE-電流效率(cd/A)

***T95@1000nits量子點(diǎn)顯示技術(shù)公開(kāi)專利申請(qǐng)量子點(diǎn)顯示技術(shù)開(kāi)發(fā)成果文章發(fā)表2018年2019年2020年>1200件紅綠藍(lán)QLED器件性能指標(biāo)進(jìn)展by2019.12底發(fā)射頂發(fā)射（正置/倒置）TCL-QLED顯示技術(shù)進(jìn)展目錄CONTENTS1什么是量子點(diǎn)23量子點(diǎn)的顯示應(yīng)用及發(fā)展不同量子點(diǎn)材料體系15硒化鉛納米片超晶格四足納米棒硒化鎘納米棒不同量子點(diǎn)材料體系II-VI族:CdSe,CdS,CdTe,ZnSe,ZnTe,ZnSIV-VI族:PbS,PbSe,PbTeIII-V族:InP,InAs,InSb,GaP,GaAsI-III-VI族：AgInS,CuInS鈣鈦礦：CsPbCl3,CsPbBr3,CsPbI3合金化：ZnSeTe,CuInGaS,CdZnSeS球體型立方型四足/八足型納米棒納米片16Cd(CH3)2CdSebandgap

1.4

eV結(jié)晶溫度較低，合成相對(duì)容易C.B.Murray,D.J.Norris,M.G.Bawendi,JACS,1993,115(19):8705+_hd=1-10nmeExcitonBohrradius+TOPSeCdSe300oC+TOPO硒化鎘量子點(diǎn)174合成成本大大降低：前驅(qū)物成本更為低廉；合成條件更為寬松：反應(yīng)過(guò)程中對(duì)水氧要求更為不敏感；量子點(diǎn)質(zhì)量得到保證：光學(xué)、電學(xué)性能都得到了很好的繼承；CdO+TOPSe300oCOA/ODECdSeQDsCdEt2

+TOPSe300oCTOP/TOPOCdSeQDsBawendi最開(kāi)始的配方:彭老師的優(yōu)化配方:硒化鎘量子點(diǎn)前驅(qū)物的改善:II-VI核殼結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，要求：晶體匹配，晶格常數(shù)相近，能級(jí)較高，元素穩(wěn)定：CdS,ZnSe,ZnS；配體的選擇：有機(jī)配體，化學(xué)鍵穩(wěn)定，空間位阻較小:有機(jī)膦酸，羧酸，TOPO，TOP，有機(jī)胺等；表面鈍化：SiO2，Al2O3

等

有效阻隔水氧的進(jìn)入；Cd(CH3)2+TOPSeCdSe300oCCdSeZn(CH3)2+TOPS+CdSe/ZnS2-300oCM.A.Hines,P.Guyot-SionnestJ.Phys.Chem.1996,100:468EnergyDiagramSpectra硒化鎘核殼結(jié)構(gòu)是提高PLQY的主要方法19CdSe/Cd0.25Zn0.75Se/Cd0.15Zn0.85SeQDs/ZnSe0.5S0.5/ZnSe0.25S0.75/ZnS/ODPA量子點(diǎn)核以及殼的能級(jí)位置對(duì)載流子注入有很大影響硒化鎘量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)對(duì)載流子注入的影響：II-VI20In(ac)3+TMS3PInPQDsGreen300oCOA/ODEInPQDs+InCl3+TMS3PInPQDsRed300oCOA/ODEInPQDsRed+Zn(OA)2+TOPSeInP/ZnSeQDsRed+TOPS340oCOA/ODE340oCOA/ODEInP/ZnSe/ZnSQDsRed弊端：InP量子點(diǎn)無(wú)法與殼層合金化不使用Cd，也無(wú)法使殼層合金化只能借助尺寸提高遏制Auger磷化銦(InP)量子點(diǎn)的進(jìn)展:III-V21優(yōu)點(diǎn)：低毒性成本低容易制備缺點(diǎn)：半峰寬較寬60-100

nm銅銦硫(CuInS2)量子點(diǎn)的進(jìn)展22AgInS2In(ac)3+TOPS+AgInS2@InSx200oC配方總結(jié):亮點(diǎn)：通過(guò)amorphous

shelling的方法成功縮窄了半峰寬；合成工藝簡(jiǎn)單溫和（200oC，緩慢加熱法）問(wèn)題：AgInS的化學(xué)、水氧、電學(xué)穩(wěn)定性等都需要亟待驗(yàn)證；PLQY還需要進(jìn)一步提高；AgInS

bandgap

1.8

eV，目前還沒(méi)有辦法做藍(lán)色Kuwabataetal.,NPGAsiaMaterials.2018,OsakaUniversity銀銦硫(AgInS2)量子點(diǎn)的進(jìn)展23EQE(%)LifetimeRed(InP)16.9NAGreen(InP)15.6NABlue(ZnTeSe)12.4NA配方總結(jié):問(wèn)題：ZnTeSe化學(xué)穩(wěn)定性太差，尤其在高電流下；合成條件苛刻亮點(diǎn)：半峰寬非常窄；PLQY較高FromNanosysInc.SIDtalk2019鋅硒碲

(ZnSeTe)量子點(diǎn)的進(jìn)展：II-VIMaterialColorWLFWHMQYZnSeViolet433nm15nm85%ZnTeSeBlue451nm21nm80%24材料總結(jié):亮點(diǎn)：GaN是藍(lán)色背光的使用材料，化學(xué)、電學(xué)穩(wěn)定性方面得到驗(yàn)證；GaN可以與In、P、As合金化，生成綠色以及紅色量子點(diǎn)，bandgap可調(diào)暗點(diǎn)：N源比較難以選擇；結(jié)晶溫度較高，傳統(tǒng)方法無(wú)法合成FromTalapinUniv.Chicago氮化鎵（GaN）量子點(diǎn)的進(jìn)展：III-V25配方總結(jié)材料組成半縫寬PLQY合成溫度有毒成本穩(wěn)定性CdSe20-30>90%300oCYesLowHighInP30-40>95%300-500oCNoHighMiddleCuInS60-100>90%150-200oCNoLowLowAgInS20-30>80%150-200oCNoLowNAZnTeSe20-30>80%200-300oCNoLowLowGaNNANA400-500oCNoHighHighCdSe