量子点显示材料及器件2016
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光电化学材料教育部重点实验室
等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）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。
研究方向（二）：量子点柔性显示材料与器件；
光电化学材料教育部重点实验室
1.简介 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。
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(Cathode Ray Tube)的显示器。
QDs 显示器制备: 印章法
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
光电化学材料教育部重点实验室
Temperature
图5：Spectra of temperature-dependent CdTe quantum dots (3.5 nm). (a)Absorption spectrum at 280 K and photoluminescence spectra (b → k) at: 278 K,283 K, 288 K, 293 K, 298 K, 303 K, 308 K, 313 K, 318 K, 323 K. (λex= 400 nm).
更加环保
• CCFL制造中会用到有毒材料
使电视更加纤薄
• 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。
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。
HR-TEM image
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(Quantum Dot LED) ，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(Quantum Dots)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。
主要有五部分组成:电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩(Shadow mask)，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。
QDs 显示器工作原理（2）
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%。
光电化学材料教育部重点实验室
QDs三原色LED
光电化学材料教育部重点实验室
能效更高
• 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。
节能
• 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。
量子点（Quantum dots，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。
core/shell structure
光电化学材料教育部重点实验室
Thanks！
Talanta 74 (2008) 724–729
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
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
我们目前的工作（1）：
有机黏土分散QDs
无分散剂QDs
光电化学材料教育部重点实验室
我们目前的工作（2）：
纳米多空硅颗粒分散QDs
再分散性
光电化学材料教育部重点实验室
高稳定性发光膜：
“打印法” 发光材料
UV 光固化发光膜
HDPE发光膜
光电化学材料教育部重点实验室
量子点显示器件: 打印法
手机屏幕覆膜效果图
手机屏幕RGB三原色显微镜照片
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。
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（Organic Light Emitting Diode）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。
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
下一代显示技术最有利的竞争者
图6： The effects of increasing temperature on the relative PL intensity ofdifferent sized CdTe quantum dots: (a) 3.5 nm, (b) 3.1 nm, (c) 2.8 nm, and (d)denatured ovalbumin-QDs (3.5 nm).
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 ：QDs display
Right：LED display
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
光电化学材料教育部重点实验室
QLED的优势：
成像器件 小、制造 成本更低
• 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
制作过程 • 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
简单
喷墨打印在非常薄的、柔性或者透明的衬底上。
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：027-8449 0085； E-mail：yuancheng.cao@jhun.edu.cn
光电化学材料教育部重点实验室
目 录
01 个人简介 02 显示器件 03 QLED显示器件 04 面临的挑战
光电化学材料教育部重点实验室
可视角度大 成本低
• 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
• 制造工艺简单，成本更低
响应速度快
• 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
工作温度范围 •ຫໍສະໝຸດ Baidu-40℃-75℃ 宽
可弯曲
• 在不同材质的基板上制造，可以做成可弯却的 柔软显示
光电化学材料教育部重点实验室
具有齐全的输入接口 •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
环保无辐射
•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
光电化学材料教育部重点实验室
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白
（CCFL冷阴极背光灯）
光电化学材料教育部重点实验室
优点
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
光电化学材料教育部重点实验室
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
其实LED依旧是一种LCD液晶电视，即LED为背光源的液晶电视
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：
节能
• 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
亮度和对比度不是很好
缺点
长时间使用可能会产生了亮点、暗 点、坏点
寿命有限
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（Light Emitting Diode）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
亮度、高对比度
•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
纯平面图像无扭曲 •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
超薄设计、超宽视角 •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
器件结构主要分为五层：阳极、空 穴层、发光层、电子层、阴极
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
超薄
• 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
抗震耐用
• 因此抗震性能更好，不怕摔
1. 个人简介：
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 Nottingham Trent University 、 Newcastle University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；
等离子显示器PDP（Plasma Display Panel）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。
研究方向（二）：量子点柔性显示材料与器件；
光电化学材料教育部重点实验室
1.简介 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。
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(Cathode Ray Tube)的显示器。
QDs 显示器制备: 印章法
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
光电化学材料教育部重点实验室
Temperature
图5：Spectra of temperature-dependent CdTe quantum dots (3.5 nm). (a)Absorption spectrum at 280 K and photoluminescence spectra (b → k) at: 278 K,283 K, 288 K, 293 K, 298 K, 303 K, 308 K, 313 K, 318 K, 323 K. (λex= 400 nm).
更加环保
• CCFL制造中会用到有毒材料
使电视更加纤薄
• 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。
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。
HR-TEM image
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(Quantum Dot LED) ，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(Quantum Dots)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。
主要有五部分组成:电子枪(Electron Gun)，偏转线圈(Deflection coils)，荫罩(Shadow mask)，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。
QDs 显示器工作原理（2）
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%。
光电化学材料教育部重点实验室
QDs三原色LED
光电化学材料教育部重点实验室
能效更高
• 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。
节能
• 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。
量子点（Quantum dots，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。
core/shell structure
光电化学材料教育部重点实验室
Thanks！
Talanta 74 (2008) 724–729
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
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
我们目前的工作（1）：
有机黏土分散QDs
无分散剂QDs
光电化学材料教育部重点实验室
我们目前的工作（2）：
纳米多空硅颗粒分散QDs
再分散性
光电化学材料教育部重点实验室
高稳定性发光膜：
“打印法” 发光材料
UV 光固化发光膜
HDPE发光膜
光电化学材料教育部重点实验室
量子点显示器件: 打印法
手机屏幕覆膜效果图
手机屏幕RGB三原色显微镜照片
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。
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（Organic Light Emitting Diode）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。
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
下一代显示技术最有利的竞争者
图6： The effects of increasing temperature on the relative PL intensity ofdifferent sized CdTe quantum dots: (a) 3.5 nm, (b) 3.1 nm, (c) 2.8 nm, and (d)denatured ovalbumin-QDs (3.5 nm).
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 ：QDs display
Right：LED display
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
光电化学材料教育部重点实验室
QLED的优势：
成像器件 小、制造 成本更低
• 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
制作过程 • 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
简单
喷墨打印在非常薄的、柔性或者透明的衬底上。
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：027-8449 0085； E-mail：yuancheng.cao@jhun.edu.cn
光电化学材料教育部重点实验室
目 录
01 个人简介 02 显示器件 03 QLED显示器件 04 面临的挑战
光电化学材料教育部重点实验室
可视角度大 成本低
• 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
• 制造工艺简单，成本更低
响应速度快
• 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
工作温度范围 •ຫໍສະໝຸດ Baidu-40℃-75℃ 宽
可弯曲
• 在不同材质的基板上制造，可以做成可弯却的 柔软显示
光电化学材料教育部重点实验室
具有齐全的输入接口 •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
环保无辐射
•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
光电化学材料教育部重点实验室
液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)，为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白
（CCFL冷阴极背光灯）
光电化学材料教育部重点实验室
优点
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
光电化学材料教育部重点实验室
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
其实LED依旧是一种LCD液晶电视，即LED为背光源的液晶电视
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：
节能
• 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
亮度和对比度不是很好
缺点
长时间使用可能会产生了亮点、暗 点、坏点
寿命有限
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（Light Emitting Diode）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
亮度、高对比度
•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
纯平面图像无扭曲 •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
超薄设计、超宽视角 •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
器件结构主要分为五层：阳极、空 穴层、发光层、电子层、阴极
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
超薄
• 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
抗震耐用
• 因此抗震性能更好，不怕摔
1. 个人简介：
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 Nottingham Trent University 、 Newcastle University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；