基于多功能苯乙基溴化铵修饰层的喷墨打印钙钛矿量子点发光二极管

钙钛矿量子点(PQD)的喷墨打印技术在全彩显示应用中具有巨大潜力,但一些关键问题仍然影响其发光效率,例如不平衡的载流子注入、低质量的钙钛矿薄膜以及PQD自身的非辐射复合通道等。为解决这些问题,我们引入了界面修饰层苯乙基溴化铵(PEABr)以平衡器件的载流子传输。PEABr与钙钛矿二元溶剂(甲苯、萘)具有相似的结构,可改善PQD的印刷特性和成膜能力,并有效钝化PQD膜的Br-空位和界面缺陷。基于这一策略,成功实现了在414 cd/m^(2)亮度下,最大外量子效率(EQE)达到8.82%、电流效率(CE)达到29.15 cd/A的喷墨打印钙钛矿量子点发光二极管(PeLED),为喷墨打印技术在未来显示领域中的应用提供了有益的思路。

蓝宝石/石墨烯衬底上蓝光LED外延生长及光电性能

对在蓝宝石/石墨烯衬底上生长LED(Light-emitting diodes)外延的方法及其对光电性能的改善进行了探究。研究结果表明,蓝宝石/石墨烯衬底具有更低的位错密度,螺位错和刃位错比传统样品分别减少了15.3%和70.8%。拉曼测试也表明蓝宝石/石墨烯样品受到的压应力小于传统样品。元素分析结果表明,有源区量子阱生长情况较好,In和Ga元素均匀地分布在量子阱中,未发生相互扩散的情况。光电性能测试结果发现,无论是在工作电流还是饱和电流下,蓝宝石/石墨烯样品的LOP(Light output power)都大于传统样品,工作电流和饱和电流下LOP分别增加了18.4%和36.7%,并且效率下降较传统样品有所改善,相较于传统样品效率下降减少了9.9%。从变温测试结果可以得到,蓝宝石/石墨烯样品也表现出较低的热阻、结温和较小的波长偏移,其平均热阻比传统样品低了5.14℃/W。结果表明,在蓝宝石/石墨烯衬底上外延生长的样品对器件的光电性能和散热性能等都有较大的提升。

AlGaN基深紫外LED的可靠性研究及寿命预测

围绕AlGaN基深紫外LED的外延生长、工艺制备等因素对深紫外LED可靠性的影响以及加速寿命预测等方面开展了系统的研究。探索了量子垒(Quantum Barrier,简称QB)中Al组分、电子阻挡层(Electron Barrier Layer,简称EBL)中Al组分、同尺寸芯片不同台面面积等因素对深紫外LED可靠性的影响,确定QB结构Al组分为74%,EBL结构Al组分为75%,台面面积为P68。对优化后的深紫外LED设计了热、电应力老化试验,结合阿伦纽斯模型、逆幂律模型、指数最小二乘拟合对深紫外LED的寿命进行预测。实验结果表明,随着电、热应力的增加,深紫外LED可靠性随之降低,阿伦纽斯模型预测寿命为5027 h,逆幂律模型预测寿命为5400 h,正常工作电流40 mA下,深紫外LED实际寿命为5582 h,逆幂律模型预测精度较阿伦纽斯模型提升了6.7%。本研究将为提高深紫外LED的可靠性和产品应用普及提供坚实的理论基础。

荧光粉配比和激发波长对高品质白光LED的影响

随着人们对照明光源品质要求的不断提高,单一的指标参数已不能完全满足对LED的评价。本文研究了荧光粉配比和激发波长对白光LED的显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效等参数的影响。研究发现,合适的荧光粉种类和配比可以降低荧光粉之间的二次吸收、减少能量损失、光线衰减以及光谱的畸变,实现白光LED品质的提升。此外,不同波长蓝光LED激发荧光粉的优势各不相同,通过组合使用,可提高白光LED的显色指数、光谱连续度,降低光谱功率分布的蓝光危害占比指数。本文采用普通商用450 nm和460 nm的蓝光LED芯片激发优化后的荧光粉,显著提高了白光LED的品质,其显色指数、光谱功率分布的蓝光危害占比指数、光谱连续度和光效分别为97.4、26.3%、93.6%和98.75 lm/W。本研究为高品质白光LED的制备提供了完备的参考依据,有利于推动高品质白光LED的普及。

乙酸胍表面处理提高纯红光钙钛矿发光二极管性能

金属卤化物钙钛矿材料由于具有优异的光电性质可被用于制作发光二极管,近年来备受关注。钙钛矿表面和钙钛矿/传输层的界面处存在大量的缺陷,严重影响器件的性能和稳定性,而对表/界面进行有效的钝化处理是减少界面缺陷、提升器件性能的可行途径。本文报道了一种在萃取剂中添加乙酸胍的表面处理策略,可有效地减少钙钛矿层表面缺陷,改善薄膜形貌,进而将钙钛矿薄膜的荧光量子产率从64%提升到79%。基于乙酸胍表面处理的钙钛矿薄膜制备的发光二极管,最大效率可达11.66%,最大亮度达1285 cd·m^(-2),明显优于未处理的参考器件(6.69%,689 cd·m^(-2)),同时也展现出更好的稳定性。该研究提供了一种有效的钙钛矿表面处理策略,可以提高钙钛矿发光二极管的性能和稳定性。

基于膦氧化物钝化的热蒸发像素化钙钛矿发光二极管

热蒸发法是实现钙钛矿发光二极管商业化显示应用的可靠技术。然而,热蒸发沉积的钙钛矿薄膜的PLQY经常较低,并且钝化手段不如溶液法丰富。本文报道了一种通过原位共蒸技术将钝化剂引入钙钛矿层的方法,这种方法能够钝化真空沉积钙钛矿中的缺陷,增强辐射复合,并提高钙钛矿的PLQY。氧膦基团与不饱和位点形成配位络合,钝化了钙钛矿的晶界缺陷,并抑制了带尾态缺陷。基于最佳比例的钙钛矿薄膜所制备的LED器件表现出最大6.3%的EQE,最大亮度为35642 cd/m^(2)。更进一步地,基于全真空的器件制备工艺,获得了最大EQE为5.0%的312 ppi高分辨率PeLEDs。总之,本文为热蒸发PeLEDs的缺陷钝化提供了有用的指导,证明热蒸发PeLEDs在效率和亮度提升方面具有巨大潜力,并具备商业化前景。

氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

单端注入型LED的光电特性与灰度调制技术研究

Micro-LED拥有出色的亮度、高发光效率、低能耗、高反应速度、超高解析度与色彩饱和度等优势,且具备自发光和感测能力,是一项十分理想的显示技术。传统的直流灰度调控方法不再适用于驱动单端载流子注入结构的交流型LED,本文根据单端注入型LED器件在不同频率、幅度、占空比以及交流驱动模式下的光电特性,提出一种基于人眼视觉特性的相对占空比混合式灰度调制方案。结果表明,正负方波驱动模式下的器件在相同电压和频率下表现出更强的发光亮度,并且器件随着驱动频率的增加,发光亮度逐渐提升。最后,结合人眼视觉特性,验证了发光器件在不同相对占空比、幅度、频率的混合式调制方法下实现了由2个灰度到8个灰度等级的提升,为未来新型发光器件灰度调制提供新思路。

基于蓝光TADF材料的敏化白光OLED特性

白光有机发光二极管(WOLEDs)由于面光源、可柔性、轻薄、自发光等优势而广泛应用于显示和照明领域。目前,高效溶液处理的混合白光有机发光二极管很少被报道。本文选择蓝色热致延迟荧光材料DMAC-DPS作为传统橙色磷光材料PO-01-TB的敏化主体,制备了热活化敏化的杂化单发光层有机发光二极管白光器件,分析了器件能量传递机制。通过主客体掺杂浓度调控,实现了外部量子效率最高为8.00%、电流效率为22.32 cd/A、对应CIE坐标(0.405,0.497)及色温为4059 K的暖白光OLED器件,增加空穴阻挡层DPEPO有效地提高了器件的光谱稳定性,实现了更小的ΔCIE(0.017,0.016)。

沿黑体辐射线类太阳光LED调光系统调配及优化

为了使发光二极管(LED)光源光谱在可见光波段更接近太阳光光谱,且相关色温实现沿黑体辐射线连续可调,选取不同峰值波长LED芯片及荧光粉,覆盖可见光波段;采用相应LED芯片激发相应荧光粉,获得多个调光光源并记录色点及相对光谱;根据光谱叠加性原理,混合光源色点位于调光光源在CIE 1931色坐标图中围成的区域内。对四色光源混合调光进行了系统的调配优化,基于脉宽调制(PWM)调光模式,使用LED驱动模块控制各调光LED的光通量,实现了光源沿黑体辐射线色温可连续调节。模拟与实测结果显示,在常用照明色温2700~6500 K时,LED光源的一般显色指数大于98,且各特殊显色指数均大于90。光谱特性与太阳光类似,填补了LED白光中青光波段的凹陷,去除了短波长蓝光危害。

准二维钙钛矿发光二极管中的相调控研究

金属卤化物钙钛矿凭借其优异的光电性能和易于制备的特点,近年来在光电子学领域引起了广泛关注,被认为是具有广阔应用前景的革命性新型光电半导体材料。准二维钙钛矿作为其中一类重要材料,具有可调的光物理性质,包括更高的激子结合能、多重量子阱结构、自然级联能量漏斗和带隙可调性,这使其成为有前途的下一代发光二极管(Light-emitting diodes,LED)侯选材料。调控准二维钙钛矿的相分布是实现高效钙钛矿LED的关键。本文基于课题组的研究工作,深入讨论了通过精准调控相分布实现高效准二维钙钛矿LED的策略和应用。

基于准二维钙钛矿的窄线宽红光电致发光器件性能研究

金属卤化物钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有宽色域和高色纯度,在照明和显示方面有着广阔的应用前景。英国伦敦大学研究团队发表于Scientific Reports的一项开创性研究发现,每天只需暴露在红光下3 min,就能显著缓解视力下降。而钙钛矿的光谱可调性及较高的色纯度都为护眼红光PeLEDs的实现提供了保障。与以往的界面工程、配体工程等不同,本文从结构优化的角度来提升准二维钙钛矿红光PeLEDs的外量子效率(EQE),即结合微腔结构实现线宽更窄的红光电致发光器件。结果表明,将分布式布拉格反射镜(DBR)与PeLEDs相结合,设计并制备的基于微腔结构的高性能PeLEDs在窄化PeLED的电致发光(EL)半高全宽的基础上实现了EQE成倍增长,最大EQE能达到11.26%。相较于同条件下制备的参比器件,具有微腔结构的PeLED器件EL线宽窄化到参比器件的1/3,仅为11 nm。

自浸润式纳米压印耦合实现量子点发光二极管性能提升

胶体量子点材料因其优良的窄发射光谱、可调发射波长、高发光效率和优异的稳定性而被广泛研究,且同时具有溶液可加工性使得量子点发光二极管(Quantum dot light-emitting diode,QLED)具有广泛的适用性和应用。然而,器件自身存在的基底模式导致QLED器件大量光子被限制在内部无法利用。本文基于纳米压印工艺同时利用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)材料本身的表面结合能开发出溶剂自浸润式纳米压印工艺,对压力依赖度低的同时简化了工艺流程,制备出高质量周期性的1.3,1,0.5μm三种尺寸的微纳结构图案层,对红、绿、蓝三色QLED器件进行耦合实现光提取。在这种情况下,1.3μm微纳结构耦合绿光QLED器件亮度达到715069 cd·m^(-2),最大外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和电流效率分别提升至12.5%和57.3 cd·A^(-1);1μm尺寸耦合的蓝光QLED器件各电学性能提升接近200%;0.5μm尺寸耦合红光QLED器件EQE也从17.3%提升至20.5%。并通过角分布测试,证明微纳结构不会对QLED器件发光强度造成影响,仍然接近朗伯体发射。本工作提出的溶剂自浸润式纳米压印工艺及QLED光提取方法,为QLED的性能提升提供了一条简单有效的途径。

基于HEDTA配体修饰的纯红色CsPb(Br/I)_(3)钙钛矿发光二极管

近年来,钙钛矿发光二极管(Perovskite light-emitting diodes,PeLEDs)已表现出了超高色纯度、超宽色域、高发光效率等一系列卓越性能,尤其绿光和近红外光PeLEDs的外量子效率(External quantum efficiency,EQE)和亮度迅速提升,但荧光峰位于620~640 nm的纯红光PeLEDs器件的性能(效率、亮度、可靠性等)发展则相对缓慢。本文采用热注射和N-羟乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)配体后处理相结合的工艺制备了光学性能和稳定性均显著提升的纯红色混合卤素钙钛矿CsPb(Br/I)_(3)纳米晶。HEDTA多齿配体通过与纳米晶表面的Pb^(2+)和I-有效结合,钝化表面Pb^(2+)有关的缺陷,同时抑制了致使卤化物偏析的I-弗伦克尔缺陷的形成。基于配体交换处理后的CsPb(Br/I)_(3)纳米晶为发光层制备的PeLEDs,发射峰位于636 nm的纯红色范围,最大EQE和最大亮度分别为18.62%和1880 cd/m^(2)。表征器件工作稳定性的T50(器件亮度衰减至初始亮度一半所需的时间)由未修饰器件的11.4 min提升至74.5 min。

光子晶体Micro LED微显示阵列加工及光学特性分析

Micro LED器件具有高亮度、低功耗和高可靠性等优点,但Micro LED显示像素巨量转移和光提取效率低的问题为其应用带来挑战。开发了具有高转移效率和出光效率的单片64×64 Micro LED微显示阵列,提出了倒装型GaN基单片Micro LED微显示阵列芯片和Si基驱动电路的设计方法及集成工艺。通过时域有限差分(FDTD)方法对Micro LED微显示阵列光学特性进行了建模分析,设计了一种提高Micro LED微显示阵列出光效率的光提取结构。结合仿真结果,开发了一种在Micro LED蓝宝石衬底表面制备光子晶体结构的聚焦离子束(FIB)微纳加工工艺,并进行了器件加工。测试结果表明,蓝宝石衬底上加工的光子晶体结构可以提高Micro LED器件的表面出光效率,光功率平均值提升了16.36%,对Micro LED微显示阵列加工及微显示像素光提取问题具有借鉴意义。

高性能宽谱上转换成像发光二极管性能优化

高性能宽谱上转换成像器件在医疗、食品安全、无损检测和国家安全等领域中发挥着重要作用,但现有半导体上转换器件因探测范围窄、上转换效率低而受到限制。为实现更宽谱和高效的上转换,本文通过优化LED结构,显著提升了棘轮上转换器件的性能。改进后的LED发光效率提升了2个数量级,μA量级的驱动电流下即可开启发光,发光光谱更接近规则洛伦兹线型,器件整体面发光均匀性也显著提升。研究明确了性能优化原则,并为未来上转换器件的改进提供了参考方向。

A single micro-LED manipulation system based on micro-gripper

Micro-LEDs(μLEDs)have advantages in terms of brightness,power consumption,and response speed.In addition,they can also be used as micro-sensors implanted in the body via flexible electronic skin.One of the key techniques involved in the fabrication ofμLED-based devices is transfer printing.Although numerous methods have been proposed for transfer printing,improving the yield ofμLED arrays is still a formidable task.In this paper,we propose a novel method for improving the yield ofμLED arrays transferred by the stamping method,using an innovative design of piezoelectrically driven asymmetric micro-gripper.Traditional grippers are too large to manipulateμLEDs,and therefore two micro-sized cantilevers are added at the gripper tips.AμLED manipulation system is constructed based on the micro-gripper together with a three-dimensional positioning system.Experimental results using this system show that it can be used successfully to manipulateμLED arrays.

GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的制备及发光性能研究

稀土Tb^(3+)掺杂磷酸钆(GdPO_(4))绿色荧光粉是实现白光LED的潜在荧光粉,其常规水热法的制备存在反应时间较长、Tb^(3+)的掺杂量偏低等问题。本文采用水热法结合高温烧结制备了一系列Gd_(1-x)PO_(4)∶xTb^(3+)(x=0、1%、5%、11%、13%、15%、17%、19%)样品,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)-能谱仪(EDS)、红外光谱仪(FT-IR)和荧光分光光度计对所得样品的相结构、形貌、元素组成、光学吸收和发光性能进行了表征。研究结果表明,所合成样品均为GdPO_(4)的纯相,属于单斜晶系独居石结构,且Tb^(3+)均匀分布在GdPO_(4)基质中引起晶格收缩。在274 nm的光激发下,GdPO_(4)∶Tb^(3+)荧光粉的最强发射峰位于545 nm处,属于Tb^(3+)的^(5)D_(4)→^(7)F_(5)跃迁,且其荧光猝灭摩尔分数高达15%,此样品(GdPO_(4)∶15%Tb^(3+))表现出优异的绿光发射和良好的热稳定性。

发光二极管显示屏标准化研究

随着行业规模的扩大,发光二极管的标准化和规范化需求越来越迫切。研究了国内发光二极管显示屏的标准制定和标准体系框架,分析了SJ/T 11281—2017《发光二极管(LED)显示屏测试方法》中发光二极管显示屏的机械、光学及电学性能参数和对应的测试方法,介绍了近几年测试方法相关研究进展,提出行业标准的制定和完善对于整个LED显示屏行业发展的重要意义。

大功率白光LED荧光胶和荧光片玻璃封装的光热性能

大功率白光LED封装主要分为玻璃荧光片封装和荧光粉胶封装。本文提出一种用荧光胶封装大功率白光LED的方法,优化白光LED的发光面的均匀性,并分析了荧光胶封装和用荧光片封装的大功率白光LED的光热性能。实验结果表明,在1 400 mA电流驱动下,荧光胶封装白光LED的光通量为576.07 lm,比荧光片封装白光LED的光通量高15.5%,光转换效率为35.8%。在温度从25℃提升到125℃的过程中,荧光胶封装器件的亮度衰减了20%,色温从5 882.11 K提高到6 024.22 K。荧光胶封装的白光LED在常温下的热阻为1.7 K/W,与玻璃荧光片封装的热阻接近。在840 h高温高湿老化和1 600 h高温老化实验中,荧光胶封装的相对光衰均能稳定在97%。