第一作者：李家聲
通訊作者：李宗濤
通訊單位：華南理工大學 機械與汽車工程學院
研究亮點：
1. 利用濕法機械攪拌把量子點高效組裝于粒徑匹配的直方通孔結構，后續封裝過程免去有機溶劑的使用，與傳統LED器件批量化生產工藝兼容。
2. 揭示量子點粒子群在直方通孔結構的強化出光機制：通孔結構被低折射率硅樹脂填充，折射率差異可抑制光子在通孔內部硅樹脂基材的傳播，顯著減少重吸收損耗。
3. 系統優化結構制造參數與封裝方法，獲得了電-光轉換效率超過200 lm/W的同類器件公開報道最高值（經CNAS認證第三方機構檢測）。
研究背景
量子點色轉換技術是Mini/Micro LED、OLED以及LCD寬色域顯示的共性關鍵技術，在超清顯示、虛擬顯示等新興領域極具應用潛力。目前，硒化鎘、鈣鈦礦等量子點的光致發光效率已超過85%，高于傳統稀土熒光粉材料，然而封裝制成LED器件的發光效率普遍在50-130 lm/W（理論效率＞200 lm/W），上述矛盾已困擾學界與行業多年，低下的發光效率嚴重制約量子點LED顯示技術的實際應用。
成果簡介
華南理工大學功能結構先進制造研究團隊李宗濤教授、李家聲博士后等人首先針對量子點LED器件發光效率低下的機理進行深入研究，建立了考慮粒子多重激發與團聚特征的器件光學模型，結合實驗與模擬證實量子點重吸收[1, 2]、團聚散射效應[3]是器件出光損耗嚴重的關鍵因素。這主要是因為LED器件需要較高的量子點濃度以獲得與應用場景匹配的光譜成分，而量子點的吸收邊與熒光光譜存在重疊現象，在粒子密度較高情況下，所發射光子有較大概率被四周量子點顆粒吸收損耗；同時，高濃度也會加劇量子點顆粒的團聚，在增加重吸收損耗之余，還會因顆粒尺寸增大（從納米增加至亞微米）而形成嚴重的米氏散射損耗，不利于器件出光。因此，如何從納米粒子群內部高效提取熒光光子能量，是改善量子點LED器件發光性能的一大科學與技術挑戰。
圍繞上述難題，該團隊提出直方通孔復合量子點色轉換結構及其強化出光機制[4]，成功突破了量子點LED器件的發光效率瓶頸，獲得超過200 lm/W的同類器件公開報道最高效率（經CNAS認證第三方機構檢測）。該工作改變了以往僅利用光功能結構來增加量子點激發強度以及減少界面內全反射損耗的傳統策略，為高效量子點LED器件光功能結構設計與制造提供了新的思路。
圖1. 論文封面、原理以及效率對比。
上述研究由華南理工大學（通訊單位）聯合佛山市國星光電股份有限公司等單位完成，近期在國際著名期刊ACS Nano（IF 14.588）以封面形式發表。論文通訊作者為華南理工大學李宗濤教授，第一作者為華南理工大學李家聲博士后。
文獻鏈接
Jia-Sheng Li, et al. Toward 200 Lumens per Watt of Quantum-Dot White-Light-Emitting Diodes by Reducing Reabsorption Loss. ACS Nano 2021,
DOI：10.1021/acsnano.0c05735
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05735
參考文獻
[1] Jia-Sheng Li, Yong Tang, Zong-Tao Li* et al., Effect of Quantum Dot Scattering and Absorption on the Optical Performance of White Light-Emitting Diodes, IEEE Transactions on Electron Devices 65(7): 2877-2884, 2018.
[2] Jia-Sheng Li. Yong Tang, Zong-Tao Li* et al., Study on Reabsorption Properties of Quantum Dot Color Convertors for Light-Emitting Diode Packaging, (ASME) Journal of Electronic Packaging 141(4): 041006, 2019.
[3] Zong-Tao Li, Jie-Xin Li, Jia-Sheng Li * et al., Unraveling the Origin of Low Optical Efficiency for Quantum Dot White Light-Emitting Diodes From the Perspective of Aggregation-Induced Scattering Effect, IEEE Transactions on Electron Devices 68(4): 1738-1745, 2021.
[4] Jia-Sheng Li, Yong Tang, Zong-Tao Li*, Hao-Chung Kuo et al., Toward 200 Lumens per Watt of Quantum-Dot White-Light-Emitting Diodes by Reducing Reabsorption Loss, ACS Nano 15(1): 550-562, 2021.
文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05735
作者簡介
華南理工大學李宗濤教授所在的功能結構先進制造研究團隊，近年來在LED器件設計與制造領域發表SCI論文80余篇（含ESI高被引論文4篇、封面論文3篇），主持承擔國家自然科學基金重點項目、廣東省自然科學基金團隊項目、廣東省應用專項重點項目等為代表的20余項科技攻關項目，以第一完成單位獲國家科學技術進步二等獎、廣東省科學技術進步一等獎、中國專利優秀獎等國家省部級獎勵10余項，主持或參與起草“IECQ OD3803”、“半導體器件第10部分：分立器件和集成電路總規范”、“半導體紫外發射二極管 第3 部分：器件規范”等國際\國家（行業）標準。
