我科学家制备强发光方向性量子点材料

　　导读：中国科大杜江峰院士、樊逢佳教授团队成功制备出具有强发光方向性的量子点材料，可将QLED效率极限从30%提升至39%。该突破为制造超高效率量子点发光二极管提供了全新思路。

量子点发光二极管（QLED）被誉为下一代显示技术的核心竞争者，但其发光效率的提升长期面临瓶颈。如何在不增加额外成本的前提下，突破外量子效率（EQE）的天花板？近日，中国科学技术大学的一项重磅成果给出了答案。科研团队通过在量子点合成过程中引入晶格应力，成功制备出具有强发光方向性的量子点材料，有望将QLED的效率极限从30%一举提升至39%。这一突破为未来超高清显示设备的高效化、低成本化开辟了新路径。

QLED效率提升遇阻：内量子效率已近极限，下一步怎么走？

对于数码显示行业而言，QLED器件的“外量子效率（EQE）”是衡量其能量转化能力的关键指标。过去多年，研究重点主要放在提升内量子效率上，即如何让更多电子和空穴在量子点中复合发光。然而，随着研究的推进，内量子效率已逐渐逼近理论极限。此时，若要进一步提升EQE，必须从“外耦合效率”入手——也就是让已经产生的光更有效地从器件内部射出，而不是被内部结构困住或吸收。

传统的解决方案包括外加光栅结构或散射层，但这些方法不仅会增加制造成本，还可能带来角度色差等画质问题。因此，科学家们将目光投向了一种更优雅的解决方案：开发本身就具有强发光方向性的量子点材料，让光“自发”地朝有利方向射出。

中国科学家如何破解量子点“发光方向”难题？

普通量子点材料并不具备天然的发光偏振性，这意味着其发光方向是随机的，大量光线会被困在器件内部。中国科学技术大学中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、樊逢佳教授团队与其他科研人员合作，提出了一种全新策略：在核—壳量子点的制备过程中，人为引入晶格不对称应力，从而调制量子点的能级结构。

研究团队经过理论计算和精细实验设计，成功使量子点的最低激发态转变为由重空穴主导的面内偏振能级。通过背焦面成像等手段确认，该材料的面内偏振占比高达88%，展现出极强的发光方向性。这一研究成果已于2022年3月28日发表在《科学进展》杂志上。

不同提升QLED效率方案的对比

方案类型	实现方式	优势	局限性
外加光学结构	光栅、散射层	技术相对成熟	增加成本、角度色差
方向性量子点材料	晶格应力调控能级	无附加结构、效率提升显著	制备工艺要求高

强发光方向性究竟能带来多大性能提升？

对于数码产品开发人员和高清显示技术决策者而言，最关心的问题莫过于：这项技术到底能让QLED性能提升多少？研究团队的数据给出了明确答案：发光方向性的提升可以将QLED的效率极限从30%提升到39%。这意味着，在不增加任何额外光学结构、不引入画质副作用的前提下，仅靠量子点材料本身的革新，就能实现近三分之一（30%→39%）的相对效率提升。

据科技日报2022年3月28日报道，该成果为制造超高效率的QLED器件提供了一种全新的解决思路。这对于追求更长续航、更高亮度、更低功耗的智能手机、平板电脑、大尺寸电视等数码显示产品而言，无疑是一个重要的技术突破口。

这项量子点材料突破适用于哪些数码产品场景？

从行业应用角度看，强发光方向性量子点材料的价值主要体现在以下三类典型场景中：

1. 高端移动设备（手机、手表）
效率提升意味着同等亮度下功耗降低，或在同等功耗下实现更高亮度，这对电池容量敏感的移动设备至关重要。

2. 大尺寸超高清电视
39%的效率极限有望让QLED电视在保持高亮度的同时减少发热，延长面板寿命，提升色彩稳定性。

3. 可穿戴与AR/VR微显示器
方向性发光材料可减少光在微显示器内部的全反射损失，提升光能利用率，这对于追求高亮、低功耗的近眼显示设备尤为关键。

目前，该技术仍处于实验室阶段。但对于显示行业的技术规划者而言，这一方向值得提前布局——与依赖外加光学结构的传统方案相比，材料本征的方向性发光具备更好的集成性和成本潜力。

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关键词：量子点材料 QLED 发光效率