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    量子點(diǎn)白光LEDs及其在智慧照明中的應(yīng)用

    2021-03-11 05:57:10高旭鵬張鐵強(qiáng)
    液晶與顯示 2021年1期
    關(guān)鍵詞:熒光粉白光藍(lán)光

    趙 越,高旭鵬,路 坡,白 雪,張鐵強(qiáng),張 宇

    (吉林大學(xué) 電子科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 長春130012)

    1 引 言

    隨著現(xiàn)代照明產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,人工照明燈的總數(shù)量增長了6%,而且每年照明用電占總用電量的比例仍然很高。據(jù)統(tǒng)計(jì),2017年,英國、美國和中國的照明用電分別占據(jù)其國內(nèi)能源消耗量的13%、20%、12~13%等,所以節(jié)約照明用電,制備節(jié)能、高效的照明光源至關(guān)重要[1]。此外,隨著人們對生活品質(zhì)的要求不斷提高,對照明領(lǐng)域也提出了新的需求。將現(xiàn)今的智能技術(shù)與照明結(jié)合,實(shí)現(xiàn)按需調(diào)整滿足特定環(huán)境下的照明質(zhì)量需求,使得LED不僅僅限于提供日常照明,還能應(yīng)用于通信、醫(yī)療、植物工廠[2]和太空站[3]等多個領(lǐng)域。此外,利用全光譜可調(diào)諧的WLED,也是未來健康照明的主要研究方向。

    而現(xiàn)今普及的照明設(shè)備一般指的是廣譜燈(熒光燈,白熾燈、鹵素?zé)?、高壓鈉燈等),而相對于傳統(tǒng)的照明燈來說,LED具有顯色指數(shù)(CRI)高、效率高、熒光壽命長、節(jié)能等優(yōu)勢[4-5]。第一個商業(yè)化的熒光粉轉(zhuǎn)換型LED(phosphor converted LED,pc-LED)是由藍(lán)光InGaN LED芯片激發(fā)黃色熒光粉材料Y3Al5O12∶Ce+3(YAG) 復(fù)合而成[6]。這種WLED制造工藝簡單,成本低,但缺少紅色光譜成分,光譜調(diào)節(jié)能力差,CRI通常在75~80之間,產(chǎn)生的白光質(zhì)量并不高,且藍(lán)光占比過大,過強(qiáng)的藍(lán)光輻射對人眼視網(wǎng)膜傷害大,容易導(dǎo)致視力下降,長時間的夜間照射甚至?xí)绊懭梭w內(nèi)激素的產(chǎn)生,使人體的晝夜節(jié)律紊亂[7-9]。而由于量子點(diǎn)的量子限域效應(yīng),使其具有高的量子效率、寬吸收帶寬、窄發(fā)射帶寬和較強(qiáng)尺寸/組分依賴的光譜調(diào)節(jié)能力等優(yōu)良的光電性能,這些性質(zhì)使量子點(diǎn)在WLED智慧照明應(yīng)用中有很廣闊的應(yīng)用前景。

    本文介紹了制備QD-WLED中常用的一些核殼量子點(diǎn)的種類及其光學(xué)特性。其次,分別列舉了QD-WLED的兩種制造方法,按照不同發(fā)光材料對器件的結(jié)構(gòu)和光電性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的說明。最后,介紹了近年來QD-WLED在智慧照明方面的應(yīng)用,具體分析了在可見光通信、健康照明、植物照明及光動力療法等方面的工作進(jìn)展,并闡述了以上智慧照明應(yīng)用存在的問題以及對未來的展望。

    2 量子點(diǎn)材料的介紹

    1983年,貝爾實(shí)驗(yàn)室Brus[10]首次觀察到納米尺寸的CdS具有尺寸依賴的發(fā)光性質(zhì)。后來經(jīng)科研工作者的不斷研究,一般將粒徑小于10 nm的半導(dǎo)體納米晶稱為量子點(diǎn)。由于量子點(diǎn)很強(qiáng)的量子限域效應(yīng)[11],即隨著尺寸的減小,其電子結(jié)構(gòu)由體材料準(zhǔn)連續(xù)能帶結(jié)構(gòu)變成類似原子的分立能級結(jié)構(gòu)。通過量子尺寸和組分的調(diào)節(jié),精準(zhǔn)地調(diào)控量子點(diǎn)的發(fā)光顏色、量子效率、發(fā)射帶寬等性質(zhì)?,F(xiàn)在最常見的量子點(diǎn)材料有Ⅱ-Ⅵ族(CdSe[12]、CdS[13]、ZnSe[14]和ZnS[15]等)、Ⅲ-Ⅴ族(InP[16]等)、Ⅳ-Ⅵ族(PbSe[17]和PbS[18]等)或Ⅰ-Ⅲ-Ⅶ族[19](CuInS2和AgInS2等)。除此之外,近些年隨著科學(xué)家們對量子點(diǎn)材料的不斷研究,還誕生了一些新型材料,如碳點(diǎn)[20]、MoS2量子點(diǎn)[21-22]、鈣鈦礦量子點(diǎn)[23-24]等。圖1總結(jié)了常見的一些量子點(diǎn)的發(fā)射波長范圍。一般在油相量子點(diǎn)合成中常采用烷基金屬化合物或者烷基非金屬化合物作為前驅(qū)體,用三辛基氧化膦、十二胺或者呋喃等做配體。2001年,Peng等人[25]對傳統(tǒng)的方法進(jìn)行了改進(jìn),利用毒性和活性較低的CdO代替了二甲基鎘形成配合物,成功制備了高質(zhì)量的CdSe、CdS、CdSe 量子點(diǎn)。

    圖1 代表性量子點(diǎn)材料按其發(fā)射波長在光譜上的比例縮放圖示Fig.1 Representative QDs core materials scaled as a function of their emission wavelength superimposed over the spectrum

    但是,由于量子點(diǎn)的表面存在大量缺陷,會吸引電荷發(fā)生非輻射復(fù)合,嚴(yán)重影響了量子效率。因此,在量子點(diǎn)表面包覆另一種無機(jī)半導(dǎo)體殼層形成核/殼結(jié)構(gòu),成為解決這一問題的主要方法。自從Kortan等人[26]采用反膠術(shù)法制備了CdSe/ZnS 量子點(diǎn),人們通過大量的嘗試實(shí)現(xiàn)了高效發(fā)光且穩(wěn)定性好的核殼量子點(diǎn)。在所有生長核殼量子點(diǎn)的方法中,Li等人[27]開發(fā)的連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法(SILAR)是較為通用的方法,即通過交替注入陰陽離子前驅(qū)體的方式每次生長出一個離子單層。但由于SILAR通常耗時且復(fù)雜,科研工作者采用“一鍋法”制備量子點(diǎn),并同樣具有高的量子效率[28]。此外,采用微波合成等輔助方法,核殼量子點(diǎn)也表現(xiàn)出優(yōu)異的發(fā)光性能和材料穩(wěn)定性。根據(jù)帶隙和核殼半導(dǎo)體電子能級的相對位置,有3種主要類型的涂層:單殼、多殼和漸變合金結(jié)構(gòu)。

    對于單殼Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn),I型的CdSe/ZnS 量子點(diǎn)[29]和CdSe/ZnSe 量子點(diǎn)[30]是研究最多的核/殼量子點(diǎn),而Ⅱ型結(jié)構(gòu)的量子點(diǎn)呈交錯的核/殼排列,其中電子和空穴的波函數(shù)位于不同的狀態(tài)。Bawendi等人[31]首先對這些量子點(diǎn)進(jìn)行研究,他們最初的研究重點(diǎn)是CdTe/CdSe量子點(diǎn)和CdSe/ZnTe量子點(diǎn),然后擴(kuò)展到其他類型的量子點(diǎn),例如CdS/ZnSe量子點(diǎn)[32]和ZnTe/CdTe量子點(diǎn)[33]。近年來,Ⅲ-Ⅵ族的InP/ZnS量子點(diǎn)[34]和I-Ⅲ-Ⅶ族CuInS2/ZnS 量子點(diǎn)[35]的研究也取得了一定的進(jìn)展。對于多殼量子點(diǎn),Bae等人[36]首次發(fā)現(xiàn)CdSe0.5S0.5的界面合金層可以調(diào)節(jié)晶格失配并降低量子點(diǎn)的晶格應(yīng)力。在多殼量子點(diǎn)中,最常見的類型是ZnS外殼包覆多殼量子點(diǎn),例如CdSe/ZnSe/ZnS量子點(diǎn)[37]、CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)[38]、CdSe/CdS/ZnS/CdS/ZnS 量子點(diǎn)[39]和CdTe/CdSe/CdS/ ZnS量子點(diǎn)[40],此外,該多殼結(jié)構(gòu)還被成功應(yīng)用于合成綠色環(huán)保的InP/ZnSe/ZnS 量子點(diǎn)[41]和CuInS2-ZnS/ZnSe/ZnS量子點(diǎn)[42]中。對于漸變合金量子點(diǎn),一般是通過在高溫條件下,對核殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火或使用一鍋法合成來實(shí)現(xiàn)各種量子點(diǎn)的合金化,例如CdSeTe 量子點(diǎn)[43]、CdSeS 量子點(diǎn)[44]、ZnCdSe量子點(diǎn)[45]、ZnCdS量子點(diǎn)[46]、ZnCdSeS 量子點(diǎn)[28]和CdSe//ZnS量子點(diǎn)(“//”是指合金)[47]?,F(xiàn)在,已經(jīng)有報(bào)道量子效率接近100%的量子點(diǎn),這也證明已開發(fā)的合成方法和以上的核殼技術(shù)是十分有效的[48]。

    3 QD-WLED器件

    QD-WLED主要分為兩類:一類是量子點(diǎn)作為下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,受到紫外光或藍(lán)光芯片激發(fā)后發(fā)白光的LED;另一類是量子點(diǎn)電致發(fā)光WLED。以下對兩種類型的QD-WLED進(jìn)行詳細(xì)描述。

    3.1 基于量子點(diǎn)光致發(fā)光的WLED

    根據(jù)下轉(zhuǎn)換材料的不同,量子點(diǎn)光致發(fā)光的WLED可以大致分為如下3類:

    3.1.1 基于熒光粉和量子點(diǎn)組合的WLED

    第一個商業(yè)化的WLED是用藍(lán)色的InGaN LED激發(fā)YAG熒光粉,該WELD的制造工藝簡單,成本低,由于缺少紅光成分,CRI一般在80以下。為解決該問題,制作WLED的常用方法是藍(lán)色LED激發(fā)綠光、紅光的熒光粉。但紅光熒光粉的發(fā)射光譜一般向深紅色波長擴(kuò)展,在深紅色區(qū)域人眼的視覺反應(yīng)較弱,導(dǎo)致輻射發(fā)光效率(LER)低,而對于高質(zhì)量的暖白光(同時具有高CRI和高LER)制備是很不利的。因此高量子效率和窄發(fā)射帶寬的紅光量子點(diǎn)被認(rèn)為是可能的紅色分量。Jang等人[49]結(jié)合摻有Pr3+的綠色Sr3SiO5∶Ce3+,Li+熒光粉和紅光CdSe量子點(diǎn),由藍(lán)光LED激發(fā),制成WLED的CRI高至90,而流明效率只有14 lm/W,這主要與CdSe量子點(diǎn)的量子效率較低有關(guān)。2010年,Shen等人[50]將YAG,Gd熒光粉和CdSe/ZnS量子點(diǎn)混合,并用InGaN 藍(lán)光LED激發(fā),得到最優(yōu)性能的WLED,如圖2(a),2(b)所示,CRI為90,CIE坐標(biāo)為(0.3283,0.3156),發(fā)光效率為80 lm/W,符合商業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。Verma 等人[51]用藍(lán)光LED激發(fā)BaMgAl10O17∶Mn2+綠光熒光粉和紅光的CdSe/ZnS 量子點(diǎn),該WLED 的流明效率達(dá)到98 lm/W,且與NTSC色彩空間相比,色彩再現(xiàn)性高達(dá)138%。除了基于CdSe的量子點(diǎn),Kim等人[52]合成了量子效率為85%的InP/GaP/ZnS 量子點(diǎn),與YAG∶Ce熒光粉混合制備WLED,其流明效率達(dá)到了54.7 lm/W,CRI為81,色溫(CCT)為7 864 K,CIE坐標(biāo)為(0.30,0.28)。

    圖2 (a)基于InGaN的YAG的WLED以及基于InGaN的YAG和CdSe/ZnS 量子點(diǎn)的混合物的WLED發(fā)射光譜;(b)在正向偏置電流為20 mA時,WLED的坐標(biāo)結(jié)合了InGaN芯片(460 nm)和 (Y2.14Ce0.06Gd0.8)Al5O12和CdSe/ZnS 量子點(diǎn)結(jié)合的WLED在CIE 1931色度圖中的坐標(biāo),插圖顯示了CRI與量子點(diǎn)和YAG,Gd熒光粉的比例[50]。Fig.2 (a) Emission spectra of InGaN-based YAG white LEDs and InGaN-based blends of YAG and CdSe/ZnS QDs white LED;(b) Coordinates of the white LED combining InGaN chip (460nm) with the blends of (Y2.14Ce0.06Gd0.8) Al5O12 and CdSe/ZnS QDs under the forward-bias current of 20 mA in the CIE 1931 chromaticity diagram.Inset shows CRI versus the ratio of the QDs and the YAG,Gd phosphor[50] ?2011 IEEE.

    對于基于CdSe和InP的WLED,由于斯托克斯位移小,發(fā)光器件存在自淬滅現(xiàn)象和再吸收現(xiàn)象,從而降低能量轉(zhuǎn)換效率??梢圆捎盟雇锌怂刮灰戚^大的量子點(diǎn)、如CuInS2(CIS) 量子點(diǎn),ZnCuInS(ZCIS) 核殼量子點(diǎn),或者引入過渡金屬離子摻雜量子點(diǎn)。Sun等人[53]把摻雜Cu的CuS∶CIS/ZnS量子點(diǎn)作為光轉(zhuǎn)換材料,與YAG∶Ce熒光粉結(jié)合,用藍(lán)色LED激發(fā),其CRI為90,在正向偏置電流從10 mA增加到200 mA的情況下,CIE坐標(biāo)在(0.344 9,0.328 2)附近幾乎沒有變化。2015年,Xuan等人[54]利用CuS∶CIS/ZnS量子點(diǎn),摻雜Cu的CdS/ZnS紅光量子點(diǎn),LuAg∶Ce綠光熒光粉,YAG黃色熒光粉和藍(lán)色LED組合而成的WLED,其CRI 為90,流明效率為45 ml/W,正向偏置電流40 mA下的CCT為6591K,在不同的電流下,這些WLED的CIE坐標(biāo)幾乎沒變,為(0.315 5,0.304 1)。

    3.1.2 基于全量子點(diǎn)的WLED

    黃綠色熒光粉與紅光量子點(diǎn)結(jié)合的WLED性能已經(jīng)滿足了商業(yè)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn),但是由于傳統(tǒng)熒光粉的大顆粒尺寸(微米級),產(chǎn)生的散射、反射和折射問題會改變發(fā)射光的質(zhì)量并導(dǎo)致流明效率較低。而且熒光粉存在合成過程復(fù)雜、難以控制顆粒大小、在聚合物基質(zhì)中的分散性和均勻膜沉積等問題。相比于熒光粉,納米級尺寸的量子點(diǎn)易分散于環(huán)氧樹脂或硅樹脂中,并且很容易沉積均勻膜,還能降低散射、反射和折射效果,更適合應(yīng)用于WLED中。為了提高器件的流明效率,通常采用具有高量子效率的核殼量子點(diǎn),如CdSe/ZnS或CdSe/CdS。然而,這類核殼結(jié)構(gòu)界面處的應(yīng)變效應(yīng)可能會降低量子點(diǎn)對水和氧氣的抵抗力,從而降低其在環(huán)境中持續(xù)工作的穩(wěn)定性。現(xiàn)已優(yōu)化了核殼量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu),來改善光穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,進(jìn)一步提高量子效率。設(shè)計(jì)漸變的核殼結(jié)構(gòu)CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)[55]、CdTe/CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)[43]以及合金量子點(diǎn) (ZnCdSe[40],CdZnSeS[56],CdZnS/ZnS[57])。2010年,Jang等人[39]合成了多殼結(jié)構(gòu)綠色CdSe/ZnS/CdSZnS 量子點(diǎn)、紅色CdSe/CdS/ZnS/CdSZnS量子點(diǎn),量子效率達(dá)到70%~90%,將其與藍(lán)色LED結(jié)合構(gòu)成WLED,流明效率為41 lm/W,與NTSC 色彩空間相比,色彩再現(xiàn)性達(dá)100%。這些WLED已經(jīng)成功集成到1 168.4 mm(46 in)的LCD電視面板中,顯示了良好的色域。2018年,Sedra等人[58]采用直接將液態(tài)的紅光CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)和綠光CdSe//ZnS/CdSZnS量子點(diǎn)集成到藍(lán)色LED上,如圖3(a)~3(g),顯示了液態(tài)WLED制作全過程,這種方式抑制了液態(tài)材料與固態(tài)基質(zhì)結(jié)合時導(dǎo)致的量子效率降低,制備了流明效率高達(dá)200 lm/W的WLED。

    圖3 (a) 聚合物鏡片;(b) 藍(lán)色LED指示燈熄滅;(c) 制作過程示意圖(將透鏡鏡片放在芯片頂部,并通過可紫外線固化的聚合物在365 nm的紫外線照射下粘附);(d)白光LED在環(huán)境光下的照片;(e) 白光LED點(diǎn)亮?xí)r的照片;(f) 白光LED的光譜(插圖:黑色虛線三角形顯示CIE 1931顏色坐標(biāo)中的色域);(g) 白光LED被用作177.8 mm(7 in)液晶電視的背光[58]。Fig.3 (a) Polydimethylsiloxane (PDMS) polymeric lens;(b) Blue LED die on the board;(c) Schematic of the fabrication process (The PDMS lens was placed on top of the chip and adhered via UV curable polymer with 365 nm UV irradiation.Afterward,red- and green-emitting QDs were injected into the lens);(d) Photograph of liquid QD-LED under ambient light;(e) Photograph of liquid QD-LED when it was turned on;(f) Spectrum of the white liquid QD-LED.(Inset:the black dashed triangle shows the color gamut in CIE 1931 color coordinates);(g) Photograph taken from a display illuminated by two white liquid QD-LEDs that were used as backlights in a 177.8 mm(7 in) LCD TV[58] ? 2018 Optical Society of America.

    此外,InP 核殼量子點(diǎn)是CdSe 量子點(diǎn)的替代材料,發(fā)射波長能覆蓋整個可見光范圍,并已在所有QD-WLED中使用。發(fā)光為紅色、黃色、藍(lán)色和綠色的InP/ZnS 量子點(diǎn)混合涂在藍(lán)色LED,形成WLED,其CRI為89[59]。近來,Kumar等人[60]將發(fā)射紅光、綠光的InP/ZnS液體量子點(diǎn)注入到藍(lán)色LED芯片上,得到CRI為80的WLED,該LED在平板顯示器中具有均勻的白光分布,以及84.7%的NTSC色彩空間的色彩再現(xiàn)性。對于基于CIS 的QD-WLED,由于其在光譜的黃綠色部分具有較寬的發(fā)射帶寬,僅使用一種CIS量子點(diǎn),即具有良好的顏色再現(xiàn)能力。Yuan等人[61]報(bào)道了通過將銅摻雜的紅色和綠色ZnInS/ZnS量子點(diǎn)集成在藍(lán)色LED上形成的高效WLED,CRI高達(dá)96,流明效率為70~78 lm/W,CCT為3 800~5 760 K。

    對于以上討論的設(shè)備,通常是將量子點(diǎn)與硅樹脂或環(huán)氧樹脂直接物理混合,然后進(jìn)行熱固化。但硅樹脂和環(huán)氧樹脂與量子點(diǎn)疏水表面間的不相容性可能會使量子點(diǎn)結(jié)塊,導(dǎo)致量子點(diǎn)間產(chǎn)生較大的能量轉(zhuǎn)移和散射問題,流明效率降低,且長鏈碳配體阻礙了樹脂的完全聚合,導(dǎo)致熱固化并降低穩(wěn)定性。為減少此類問題,另一種常用的方法是用光學(xué)透明的阻隔材料(如二氧化硅)保護(hù)量子點(diǎn),形成量子點(diǎn)-二氧化硅復(fù)合物。Zhou等人[62]將紅光CdSe/ZnS量子點(diǎn)引入二氧化硅微球中,防止聚集氧氣和水引起的光降解以及量子點(diǎn)與封裝基質(zhì)間的不相容性。將這些發(fā)光微球與YAG∶Ce熒光粉集成在一起使WLED的CIE從100 mA下的(0.340 2,0.340 5)變?yōu)?00 mA下的(0.333 9,0.333 5),在變化的電流下,仍可表現(xiàn)出高質(zhì)量的白光和高穩(wěn)定性。該QD-WLED在10 mA時,流明效率高達(dá)142.5 lm/W,CCT在相同的變化條件下從5 171 K增至5 430 K,顯示出良好的穩(wěn)定性。Zeng等人[63]使用十二烷硫醇和油酸作為穩(wěn)定配體制備摻雜Cu的Zn-In-S(CZIS)合金量子點(diǎn),包覆ZnS殼層后,使用反膠束微乳液法,將多色的CZIS/ZnS量子點(diǎn)嵌入SiO2球中,改變綠光和紅光的重量比和濃度,LED顯示CCT在2 731~6 732 K范圍內(nèi)可人為地調(diào)節(jié),該LED有希望應(yīng)用于固態(tài)照明中顏色轉(zhuǎn)化層材料。

    3.1.3 雙色和白色量子點(diǎn)為轉(zhuǎn)換材料的WLED

    在前面的部分中,本文考慮了基于單色的發(fā)光材料(如黃光熒光粉或紅光、綠光量子點(diǎn))沉積在藍(lán)色LED芯片上組合產(chǎn)生白光的方法。但是,量子點(diǎn)的濃度或者膜厚度的微小變化都會改變器件的性能,如CIE和CCT。此外,不同顏色的量子點(diǎn)混合在一起,這些量子點(diǎn)的不同降解速率可能會隨時間改變發(fā)射光譜,導(dǎo)致WLED的性能下降。為避免此類問題,現(xiàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種發(fā)多色光的量子點(diǎn),將其分為發(fā)雙色和白光的量子點(diǎn),均已在WLED中使用。將藍(lán)色LED與紅色和綠色雙發(fā)射摻雜Cu的InP/ZnS/InP/ZnS 量子點(diǎn)組合,產(chǎn)生高質(zhì)量(CRI為91)的白光[64]。將具有綠色和橙色發(fā)射光的Mn摻雜的雙色CIS/ZnS量子點(diǎn)集成在藍(lán)色LED上,實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)為83,流明效率為61 lm/W的WLED[65]。迄今為止,已經(jīng)報(bào)道幾種發(fā)白光的納米晶體,例如ZnxCd1-xSe(S) 合金量子點(diǎn)[66]、CdSe/ZnS/CdSe/ZnS 量子點(diǎn)[66]等,他們寬的發(fā)射范圍主要來自帶邊發(fā)射和表面陷阱態(tài)發(fā)射的共同作用。過渡金屬離子摻雜的量子點(diǎn)也可產(chǎn)生白光,包括Mn2+摻雜的ZnSe 量子點(diǎn)[67],通常將量子點(diǎn)的表面發(fā)射和Mn2+的摻雜劑發(fā)射結(jié)合。但是,所有類型的量子點(diǎn)的表面態(tài)發(fā)射都很難按需控制。

    3.2 基于量子點(diǎn)電致發(fā)光的WLED

    上述激發(fā)光源為藍(lán)色光或紫外光LED,屬于點(diǎn)光源,當(dāng)需要在漫射源上集成時,泵浦LED光源需要復(fù)雜且昂貴的技術(shù)處理,相比之下,量子點(diǎn)電致發(fā)光WLED可直接將電流載流子注入發(fā)光層中,充分利用了量子點(diǎn)的溶液可加工性特點(diǎn),是下一代大面積、寬色域、超薄和柔性顯示應(yīng)用的有力候選者[68]。通常,電致WLED的結(jié)構(gòu)可分為如下3種:

    3.2.1 混合量子點(diǎn)單個發(fā)光層WLED

    在開發(fā)早期階段,藍(lán)光量子點(diǎn)的性能較差,為了獲得有效的白光發(fā)射,經(jīng)常使用藍(lán)色有機(jī)發(fā)光材料代替藍(lán)光量子點(diǎn),例如紅光和綠光量子點(diǎn)與藍(lán)光有機(jī)發(fā)射器混合,產(chǎn)生的白光發(fā)射是有機(jī)材料和量子點(diǎn)的互補(bǔ)發(fā)射組合。Park等人[69]將發(fā)射藍(lán)光的聚合物和紅光綠光的CdSe量子點(diǎn)混合,作為WLED的發(fā)光層。該WLED在CIE坐標(biāo)為(0.33,0.33)附近獲得白光。但由于有機(jī)材料的快速降解,容易造成WLED的老化。2006年,Gigli等人[70]將紅/綠/藍(lán)光的CdSe/ZnS QDs與CBP(4,4’,N,N’-二苯基咔唑)混合,獲得平衡的白光發(fā)射,第一次成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)光完全來自量子點(diǎn)的WLED,但由于量子點(diǎn)的低量子效率和低效率的電荷注入,WLED的CRI較低,電流效率只有1.8 cd/A,不符合工業(yè)應(yīng)用的要求。為解決該問題,Lee等人[71]研制了倒置結(jié)構(gòu)WLED,發(fā)光層由藍(lán)/青/黃/紅四色量子點(diǎn)組成,光譜能完全覆蓋可見光區(qū)域,CRI高達(dá)92,顯色明顯高于三色的WLED(CRI=69)。2014年后,隨著材料合成、器件合成和制造工藝的發(fā)展,電致發(fā)光WLED性能迅速提高。2015年,Yang等人[72]實(shí)現(xiàn)了全溶液處理的WLED,如圖4(a),(b)的器件結(jié)構(gòu),其外部量子效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的10.9%。然而,量子點(diǎn)間的F?rster共振能量轉(zhuǎn)移會造成能量損失,且混合量子點(diǎn)單一發(fā)光層的WLED顏色穩(wěn)定性較低,但這可以考慮使用多個發(fā)光層或串聯(lián)結(jié)構(gòu)在空間上分隔量子點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。近年來,Kwak等人[73]分別采用無鎘的紅光InZnP/ZnSe/ZnS量子點(diǎn)、黃光和綠光的InZnP/ZnSeS 量子點(diǎn)與藍(lán)光、青光和紫光的CdZnS/ZnS量子點(diǎn)混合,在單個發(fā)光層中制作WLED,顯色指數(shù)高達(dá)96~98,色彩質(zhì)量等級為95~97。

    3.2.2 多個發(fā)光層的QD-WLED

    通過逐層沉積量子點(diǎn),多層QD-WLED明顯減少了不同顏色量子點(diǎn)的直接接觸。由于三色量子點(diǎn)溶劑不是正交的,當(dāng)使用傳統(tǒng)的旋涂方法時,下面的量子點(diǎn)的溶劑會嚴(yán)重破壞下面的量子點(diǎn)層。因此,使用均勻且高質(zhì)量的分層全色量子點(diǎn)薄膜是制作高效QD-WLED的重要關(guān)注點(diǎn)。2018年,Yang等人[74]使用全溶液處理的常規(guī)結(jié)構(gòu),如圖4(c),4(d),即紅/綠/藍(lán)QD-WLED,將超薄ZnO納米顆粒緩沖層摻入到不同顏色的量子點(diǎn),電流效率達(dá)到15.9 cd/A。但當(dāng)驅(qū)動電壓改變時,WLED的發(fā)光性能不穩(wěn)定。近年來,Chen等人[75]采用黃/藍(lán)量子點(diǎn)雙層發(fā)光層,也采用相同的ZnO納米顆粒作為緩沖層。此外,采用摻雜Mg的ZnO促進(jìn)器件的電荷平衡,將電流效率提高至24.6 cd/A。

    圖4 (a) 器件結(jié)構(gòu);(b) 紅綠藍(lán)量子點(diǎn)混合的WLED截面TEM顯微圖片[72];(c) 藍(lán)紅綠多層QD-WLED的器件結(jié)構(gòu);(d) 5,7,9 V電壓下WLED的發(fā)射光譜和發(fā)光照片[74];(e) 紅綠藍(lán)QD-WLED的串聯(lián)器件結(jié)構(gòu);(f) 紅綠藍(lán)串聯(lián)結(jié)構(gòu)QD-WLED的能級圖[78];(g) ZnCuInS/ZnS量子點(diǎn)和聚-TPD構(gòu)成的WLED的器件結(jié)構(gòu);(h)不同電壓下WLED的CIE圖(內(nèi)部為ZnCuInS/ZnS量子點(diǎn)的高倍TEM圖)[79]。Fig.4 (a) Device structure;(b) Cross-sectional TEM micrograph of all-solution-processed,multilayered full-color QLED[72]?2015 American Chemical Society;(c) Device structure of the B/G/R-quantum dot-layered WLEDs;(d) Voltage-dependent EL spectrum and representative EL images obtained at 5,7 V and 9 V of B/G/R layer-stacked multilayered QD-WLED[74];(e) Device structure;(f) Energy level diagram of the R/G/B-quantum dot tandem WLED[78]?2018 Wiley-VCH Verlag GmbH &Co.KGaA,Weinheim;(g) Structure of the ZnCuInS/ZnS quantum dot /poly-TPD bilayer;(h) CIE chromaticity diagram of LEDs of 2 ML-thick QD layer and 45 nm poly-TPD for different bias voltages (the insets show LED High-resolution TEM image of ZnCuInS/ZnS QDs)[79]?2011 American Chemical Society.

    3.2.3 串聯(lián)結(jié)構(gòu)的QD-WLED

    除了基于CdSe量子點(diǎn)的WLED外,隨著PLQY的改善,低毒量子點(diǎn)材料也引起了越來越多的關(guān)注。2011年,Zhang等人[79]將CRI為92的紅光ZnCuInS/ZnS量子點(diǎn)與藍(lán)綠光的4-丁基苯基亞氨基(TPD)聚合物結(jié)合,利用如圖4(g) 的器件結(jié)構(gòu)制備了WLED。此外,還有基于InP 量子點(diǎn)的WLED[78]、基于CuIn(Ga)S 量子點(diǎn)的WLED[80],但是這些設(shè)備的各項(xiàng)性能仍不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。

    4 量子點(diǎn)智慧照明應(yīng)用

    4.1 可見光通信

    可見光通信(VLC)是利用光源發(fā)出肉眼看不到的高速明暗閃爍信號來傳輸信息,從而實(shí)現(xiàn)“有光可上網(wǎng)”的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),可同時進(jìn)行照明和數(shù)據(jù)通信的智慧照明。VLC具有傳輸效率高、無電磁輻射、安全性高、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、可有效避免無線電磁泄露等優(yōu)點(diǎn),在無線通信領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景[83]。

    目前,用于可見光通信技術(shù)的光源主要是YAG熒光粉白光LED,但是,由于YAG熒光粉的熒光輻射壽命較長,導(dǎo)致其白光器件的調(diào)制帶寬只有約2.5 MHz,這嚴(yán)重阻礙了可見光通信技術(shù)的發(fā)展[84]。而量子點(diǎn)材料不僅具有光譜在整個可見光區(qū)域的可調(diào)和量子效率高等優(yōu)點(diǎn),還具有熒光輻射壽命短的優(yōu)點(diǎn),非常適用于制備可見光通信技術(shù)的白光光源。因此,近年來,量子點(diǎn)材料作為VCL的白光光源尤其受到關(guān)注。

    2000年,日本慶應(yīng)義塾大學(xué)的Nakagawa實(shí)驗(yàn)室[85]首次提出了將LED作為通信基站進(jìn)行無線信息傳輸?shù)氖覂?nèi)通信系統(tǒng)。近年來,VLC研究發(fā)展迅速。2018年,Xiao等人[86]提出用紅色CdSe/ZnS 量子點(diǎn)代替紅色熒光粉制備WLED,通過測試CCT為3 000~7 000 K范圍內(nèi),量子點(diǎn)和YAG熒光粉不同濃度占比的多個WLED光譜,得出在CCT為3 640 K時,WLED的CRI高達(dá)95。此外,建立模型討論不同CCT下三色的單獨(dú)頻率響應(yīng)分析能準(zhǔn)確預(yù)測出WLED的整體頻率響應(yīng),成功建立了照明性能和WLED通信性能之間的關(guān)系。同年,Xue等人[87]和Wang等人[88]用一步法合成了峰值在570 nm、量子效率為81%的CdSe/ZnS量子點(diǎn),還研究了不同熒光壽命的發(fā)光材料和藍(lán)光在白光中的比例對WLED帶寬的影響,實(shí)驗(yàn)得出藍(lán)光在整個白光中的比例增加,帶寬也相應(yīng)增加,并且推導(dǎo)出熒光粉輻射壽命與調(diào)制帶寬的理論模型。與YAG熒光粉WLED的調(diào)制帶寬相比,短壽命的聚合物量子點(diǎn)WLED將帶寬從3.6 MHz提高到了11.1 MHz,接近GaN激發(fā)源。并且,其研制的VLC系統(tǒng),最佳直流偏置電壓為2.7 V,此時系統(tǒng)的最大通信距離為1.3 m,可達(dá)到最大通信速度為267 kbit/s。

    Zhou等人[89]制備了QY為25%的綠光碳點(diǎn),用405 nm藍(lán)光LED芯片激發(fā)獲得WLED,如圖5所示,實(shí)現(xiàn)了帶寬為285 MHz、傳輸速率為435 Mbit/s的VLC。同時通過420 nm濾光片阻擋過強(qiáng)的激發(fā)光,有效避免了藍(lán)光傷害,實(shí)現(xiàn)了健康照明。

    圖5 (a) VLC實(shí)驗(yàn)裝置;(b) 使用基于CD的熒光粉和截止420 nm濾光片,VLC產(chǎn)生的白光照片和相應(yīng)光譜;(c) 被420 nm濾光片截止的輸出白光的-3 dB調(diào)制帶寬的頻率響應(yīng)(虛線表示系統(tǒng)的-3 dB帶寬);(d) 測得白光的不同數(shù)據(jù)速率的誤碼率[89]。Fig.5 (a) Experimental setup of the VLC link;(b) Photograph and the corresponding spectrum of the VLC generated white light using a 405 nm laser diode,CD-based phosphor,and a cut-off 420 nm filter;(c) Frequency response of the -3 dB modulation bandwidth of the output white light cut off by a 420 nm filter;(d) BER at different data rates of the white-light[89].

    與傳統(tǒng)熒光粉的WLED相比,由于QD-WLED目前研究時間尚短,仍存在著價格較貴、通信性能欠佳的缺點(diǎn),但是可以利用其優(yōu)良的發(fā)光性能和較高的量子效率,不斷優(yōu)化其光學(xué)結(jié)構(gòu)來進(jìn)一步提高VLC的調(diào)制帶寬,增加通信距離和降低誤碼率等,因此,QD-WLED有望成為下一代照明通信復(fù)用的WLED。

    4.2 健康照明

    健康照明是指用于照明的人造光源盡可能接近太陽可見光譜,既要求燈光的舒適度,又要在色溫、亮度等方面滿足場所的功能性要求和人體的身體心理需求。LED是目前研究健康照明的主要光源。但是工業(yè)化生產(chǎn)的WLED大多是用藍(lán)光LED激發(fā)YAG熒光粉制備的,與太陽光的光譜成分相比,光譜范圍較窄,尤其是短波藍(lán)光區(qū)域的能量比較集中。但藍(lán)光波段對人身體健康有很大傷害,視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞吸收藍(lán)光發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),會引發(fā)視力下降甚至失明[90]。為了解決目前LED光譜缺失所帶來的一系列問題,類太陽光譜LED的制備是較為重要的。Yao等人[93]合成了一個類太陽光譜的WLED。該WLED發(fā)光材料由單發(fā)射峰435 nm的碳點(diǎn)、695 nmCsPbX3(X:Cl,Br,I)鈣鈦礦量子點(diǎn)和雙發(fā)射峰510 nm、590 nm Ag摻雜InP/ZnS量子點(diǎn)3個發(fā)光單元組成,該光譜的CRI高達(dá)93,且與太陽光譜的光譜相似性指數(shù)達(dá)到了0.98。最近,Hu等人[94]首次開發(fā)了用聚硅氧烷(PSI)微球作為聚合物基質(zhì)封裝紅綠藍(lán)三色CuInS2@ZnS量子點(diǎn),制備高效的健康WLED,該WLED的CRI高達(dá)97,如圖6(a)~6(f)所示。

    醫(yī)院的收支平衡,不僅需要對外進(jìn)行調(diào)整,對自身內(nèi)部的調(diào)整同樣很重要,內(nèi)部控制,不難理解,主要針對單位內(nèi)部進(jìn)行掌控,主要包含對單位的資產(chǎn)進(jìn)行保護(hù),以此來實(shí)現(xiàn)醫(yī)院的正常運(yùn)轉(zhuǎn);對會計(jì)信息進(jìn)行監(jiān)督,保證其真實(shí)性;對醫(yī)院發(fā)展進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督,確保醫(yī)院能夠正常穩(wěn)定發(fā)展,總之,醫(yī)院若想在外部具有競爭力,就需要大力加強(qiáng)內(nèi)部控制,攘外必先安內(nèi)。公立醫(yī)院內(nèi)部對財(cái)政預(yù)算進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,制定相應(yīng)政策,要求醫(yī)院全體人員嚴(yán)格執(zhí)行,并派專人時刻進(jìn)行監(jiān)督、控制,然后對本公立醫(yī)院今后的財(cái)政預(yù)算進(jìn)行估值,制定明確的財(cái)政目標(biāo),充分讓財(cái)政方面對醫(yī)院的統(tǒng)籌規(guī)劃作用發(fā)揮出來,為醫(yī)院今后的良好發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

    圖6 (a~c) 單個量子點(diǎn)的發(fā)光光譜和發(fā)光照片;(d)3個量子點(diǎn)CIE圖;(e) WLED的發(fā)光光譜圖;(f)商業(yè)WLED與該實(shí)驗(yàn)中的WLED照射水果的對比圖片[93];(g) LED器件結(jié)構(gòu);(h)不同顏色LED的發(fā)光光譜圖;(i)不同顏色LED發(fā)光照片[96]。Fig.6 (a~c) Photoluminescence spectra of single emissive LED coating B-CQDs@PSI,(Y-CuInS2@ZnS)@PSI,(R-CuInS2@ZnS)@PSI powders,respectively,and their photographs inset of figures;(d) CIE 1931 chromaticity coordinates diagram of B-CQDs@PSI,(Y-CuInS2@ZnS)@PSI,and (R-CuInS2@ZnS)@PSI powders;(e) Photoluminescence spectrum of white LED coating tricolor QDs@PSI;(f) Fruit color under the commercial WLED and the tricolor QDs@PSI-based WLED[93];(g)Schematic plot of LED device with MoS2 QDs imbedded in PMMA matrix with adjustable thickness;(h) Emission spectra of MoS2-LED with varied thickness of active layer;(i) Emission photographs of five different MoS2-LEDs affected by the thickness of MoS2 QDs′ active layer[96].?2018 Wiley-VCH Verlag GmbH &Co.KGaA,Weinheim.

    此外,不同時間的太陽光提供不同的光譜和不同強(qiáng)度的光照,給人類提供最健康、最舒適、最有效的環(huán)境。另外,在面臨太空站、兩極地區(qū)和潛艇等長期在黑夜中工作的特殊環(huán)境時,制備可調(diào)諧的WLED是實(shí)現(xiàn)健康照明的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。量子點(diǎn)粒徑可調(diào)、寬吸收窄發(fā)射、熒光壽命長、量子效率高等方面的優(yōu)點(diǎn)為制備全光譜WLED和健康照明帶來了新的希望。2013年,Zhang等人[95]通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電流的大小,得到了可調(diào)發(fā)射顏色(藍(lán)色、青色、品紅色、白色)的碳點(diǎn),并使用ZnO納米顆粒作為電子傳輸層來增加電流密度,該WLED器件的最大亮度為90 cd/m2。

    2019年,Yin等人[96]利用同一種MoS2量子點(diǎn)材料分散在PMMA甲苯溶液中,封裝在GaN芯片上,通過調(diào)整發(fā)光層的不同厚度實(shí)現(xiàn)覆蓋全部可見光區(qū)域的LED。如圖6(g),6(h),6(i)所示,是5種顏色的LED器件及發(fā)射光譜,根據(jù)發(fā)光光譜計(jì)算,色坐標(biāo)可從(0.21,0.30)調(diào)整到(0.57,0.37)。雖然實(shí)現(xiàn)了WLED光譜組分可人為調(diào)控的優(yōu)點(diǎn),但是WLED與太陽光可見光譜的符合程度上仍有很大的不同。

    最近,Zhao等人[97]合成了10個波長在460~650 nm的CdSe/CdS和CdSe/ZnS QDs,用藍(lán)色LED激發(fā)制備3個不同時段的類太陽光的WLED,光譜擬合度為0.96,CRI最高達(dá)100,并設(shè)計(jì)了單片機(jī)模塊電路,成功實(shí)現(xiàn)了一種智能照明系統(tǒng),該系統(tǒng)的WLED光譜會隨著自然太陽光的變化而變化。但是WLED采用的是有毒的重金屬鎘族材料。

    盡管QD-WLED與LED相比,仍存在成本較高、使用壽命較短的問題,但是它能呈現(xiàn)出更加飽和的光色,實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)的光照,且能有效地抑制藍(lán)光危害,相信在未來的時間里,QD-WLED在健康照明領(lǐng)域一定能取得更大的突破,正式進(jìn)入室內(nèi)照明。

    4.3 植物照明

    現(xiàn)今的植物照明燈主要包括白熾燈、熒光燈、鹵素?zé)簟⒏邏衡c燈和LED燈等。LED以其體積小、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn),在植物照明領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。此外,實(shí)驗(yàn)證明不同波長的光譜對植物生長和發(fā)育的作用是不同的。400~520 nm的光可直接促進(jìn)植物根莖部位生長,對葉綠素和類胡蘿卜素吸收比例最大,610~720 nm的光合作用對植物生長速度有顯著影響[98]。但是目前的植物生長燈大多是紅、藍(lán)LED光源的組合,缺少綠光成分,而且從技術(shù)上還不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)紅光LED光源。另外,LED僅利用一個發(fā)光物質(zhì)來制造,存在著無法發(fā)出接近自然光的多波長光的局限性。

    然而,量子點(diǎn)可以提供400~1 100 nm全波段范圍的可調(diào)節(jié)發(fā)光,在LED基礎(chǔ)上進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整,有希望合成自然光的全光譜LED,栽培出更健康、更高產(chǎn)量的植物。Song等人[99]用455 nm的藍(lán)光InGaN LED激發(fā)量子效率為91%,波長為510,610,660 nm的CdSe/ZnS量子點(diǎn),并對QD-LED器件的電學(xué)特性和生長特性進(jìn)行評估,發(fā)現(xiàn)該器件發(fā)光效率可達(dá)到115 lm/W,光量子通量密度最高為203 μmol·m-2·s-1。如圖7所示,在PH為6.7~6.9,溫度為22~26 ℃的環(huán)境下實(shí)驗(yàn)22 d后,普通WLED照射的萵苣生長18 cm,而量子點(diǎn)LED照射生長了25 cm,證實(shí)了量子點(diǎn)LED是適合植物生長的光源。近年來,UbiQD的研究人員[100]將量子點(diǎn)引入到溫室農(nóng)場,提出了生產(chǎn)量子點(diǎn)薄膜的想法,使用量子點(diǎn)將紫外線和藍(lán)光波長轉(zhuǎn)換為紅光或橙光,將薄膜安裝于溫室玻璃下方,以改變太陽光的光譜,提高植物產(chǎn)量。在波長為600 nm左右的橙光量子點(diǎn)薄膜下生產(chǎn)了西紅柿、生菜和草莓。與對照相比,農(nóng)作物的總體產(chǎn)量有所提高,番茄的產(chǎn)量提高了20%,生菜和草莓的產(chǎn)量提高了約10%。此外,UbiQD也獲得了NASA的資助[101],開發(fā)一種用于太空種植的產(chǎn)品,必須保護(hù)太空中的植物免受紫外線的傷害,量子點(diǎn)既可以保護(hù)植物,也可以將進(jìn)入的紫外線重新用于植物可光合作用的波段。

    圖7 (a) 植物生長裝置;(b) 22 d后植物生長狀態(tài)[99]。Fig.7 (a) Plant growth instruments;(b) Picture of plant growth after 22 d[99].

    目前QD-LED在植物照明方面的研究還處于初期階段,雖然技術(shù)還不成熟,但是其波長類型豐富,正好與植物光合成和光形態(tài)建成的光譜范圍吻合。半峰寬窄等優(yōu)良的性質(zhì),不僅可以應(yīng)用于調(diào)節(jié)作物的開花與結(jié)實(shí),還十分適合應(yīng)用于可控設(shè)施環(huán)境中的植物栽培,如植物組織培養(yǎng)、設(shè)施園藝和航天生態(tài)生保系統(tǒng)等。

    4.4 光動力療法

    光動力療法(PDT)是用特定波長照射腫瘤部位,能使選擇性聚集在腫瘤組織的光敏藥物活化,引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)破壞腫瘤。光源作為重要的構(gòu)成部分,由白熾燈、熒光燈、鈉燈等光源、激光器和LED組成。LED相比于傳統(tǒng)光源,具有穩(wěn)定性好、低成本等優(yōu)點(diǎn)。1984年,Jori等人[102]將LED陣列所發(fā)的紅光用于激發(fā)第一代光敏劑血卟啉,進(jìn)行PDT離體細(xì)胞實(shí)驗(yàn),成功殺死人體宮頸癌細(xì)胞,首次證明了LED作為PDT光源的可行性。

    相比于LED,QD-LED輕薄、柔軟、舒適度好,且發(fā)光波長能覆蓋可見光和紅外波段,能滿足不同光敏劑的需求,更易實(shí)現(xiàn)高能量密度和窄譜寬的光輸出,成為了PDT柔性光源的潛力研究對象。但現(xiàn)在QD-LED的PDT技術(shù)還處于實(shí)驗(yàn)階段[103]。例如,Chen等人[104]報(bào)告了用波長為620 nm的CdSe/ZnS/CdZnS 量子點(diǎn)進(jìn)行離體實(shí)驗(yàn),LED光源為對照組,處理A431細(xì)胞(常用于癌癥相關(guān)生物醫(yī)學(xué)研究中的人類細(xì)胞系)的3D培養(yǎng)物。如圖8所示,24 h后QD-LED殺死癌細(xì)胞的效果明顯優(yōu)于LED光源。

    圖8 熒光活體染料標(biāo)記的3D培養(yǎng)物在光動力療法(PDT)處理后24 h。鈣黃綠素將活細(xì)胞標(biāo)記為綠色,溴乙錠將其標(biāo)記為紅色。(a)未經(jīng)光處理的對照;(b)基于LED的PDT;(c)基于QLED的PDT[104]。Fig.8 Fluorescent vital-dye labeled 3D cultures 24 h post photodynamic therapy (PDT) treatment.Calcein labels live cells green while ethidium bromide labels dead cells red.(a) Control cells without light treatment;(b) LED-based PDT;(c) QLED-based PDT[104]?2017 Society for Information Display.

    盡管QD-LED的壽命相對較短,穩(wěn)定性也較低,但是其窄發(fā)射帶寬、光譜可調(diào)性和柔性輕便的優(yōu)點(diǎn),為各種光醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了理想的光源。

    5 結(jié) 論

    本文介紹了量子點(diǎn)材料的分類及QD-WLED的工作原理和器件結(jié)構(gòu),并對近年來其在智慧照明應(yīng)用的發(fā)展做了簡要的歸納總結(jié)。量子點(diǎn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是其高發(fā)光效率、穩(wěn)定性好、優(yōu)良的溶液可加工性,且光譜能隨粒徑大小改變,可以實(shí)現(xiàn)整個可見光區(qū)和紅外光區(qū)的全波段光譜。使得量子點(diǎn)在照明、顯示等方面得到充分的發(fā)展。但是還存在一些問題限制其進(jìn)一步的應(yīng)用,例如QD-WLED造價比LED高,CdSe基核殼量子點(diǎn)由于重金屬有毒元素鎘,長時間照射對人體健康有害;非鎘量子點(diǎn)雖無毒,但其穩(wěn)定性和光學(xué)性能遠(yuǎn)不能達(dá)到商業(yè)生產(chǎn)要求,且QD-WLED在智慧照明的應(yīng)用還在探索階段。所以,如何制備出方法簡易、綠色安全、高穩(wěn)定性、高發(fā)光效率的量子點(diǎn),制作出具有良好光電特性和健康智能的WLED仍值得深入研究。

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