前沿进展 | 中国科大在胶体量子点激光显示领域取得进展

 

中国科学技术大学微观磁共振实验室杜江峰院士、樊逢佳教授等人与河南大学申怀彬教授合作，在胶体量子点激光显示领域取得进展。该研究团队利用液相自组装技术制备了红绿蓝三基色胶体量子点激光超颗粒，并通过集成这些激光超颗粒制备了胶体量子点白光激光光源，该白光激光光源能够作为背光源点亮液晶显示屏并实现宽色域显示效果，相关成果以“Self-Assembled and Wavelength-Tunable Quantum Dot Whispering-Gallery-Mode Lasers for Backlight Displays”为题发表在Nano Letters上。

 

激光显示是采用激光作为显示光源的一种显示技术，它具有宽的色域覆盖面积以及高的显示亮度，被认为是能够满足4k/8k硬件播放标准——BT.2020的新型显示技术。凭借丰富的波长选择以及较高的光谱纯度，胶体量子点激光是一种比较理想的激光显示光源。然而，由于光学谐振腔的衬底依赖性以及量子点宽的吸收谱，如何将胶体量子点激光器集成在同一个衬底且避免红色量子点对蓝色和绿色量子点激光的吸收是胶体量子点激光显示需要面对的难题。此外，由于蓝光量子点的激光阈值相比红色量子点通常要高一个数量级，因此，很难制备色彩平衡的白光激光光源。

 

图1（A）胶体量子点自组装过程示意图。（B）红绿蓝胶体量子点及其透射电子显微镜（TEM）图像。（C）胶体量子点自组装过程在不同时刻的光学显微图。右上角为单个量子点超颗粒被聚焦离子束切割之前和之后的扫描电子显微镜（SEM）图片，该量子点超颗粒为量子点完全填充的实心微球

 

樊逢佳教授课题组报道了一种胶体量子点液相自组装技术，该技术能够在1分钟之内将胶体量子点组装成衬底无依赖的球型激光超颗粒。得益于高质量的红绿蓝胶体量子点以及高的谐振腔品质因子，团队制备了激光阈值较低且较为接近的红绿蓝三色量子点激光超颗粒。通过液相混合的方法能够有效的将红绿蓝量子点激光超颗粒集成在同一个衬底中且几乎不会发生光谱干扰。基于该集成策略，团队制备了胶体量子点多色激光光源，包括粉红色、黄色、青色以及白色等。利用该集成白光激光作为背光源，团队开发出了胶体量子点激光背光液晶显示器。该显示器的色域覆盖面积达到了BT.2020标准色域覆盖面积的105 %，是目前胶体量子点显示的最高值之一。该量子点激光背光显示器为胶体量子点激光显示提供了可行的参考方案。

图2（A）红绿蓝三基色量子点激光光谱及集成之后的光谱，右上角为对应的光学显微图片。（B）由红绿蓝三色量子点激光组成的复合光源在色度图中的坐标。绿色和红色虚线分别为是sRGB、BT.2020的色坐标。（c）由红绿蓝三色量子点激光组成的复合激光光源，它们满足RGB颜色复合模型。（D）基于量子点白光激光开发的激光背光液晶显示器

 

中科院微观磁共振实验室的博士后陈伟国和河南大学的王垒副教授为该论文共同第一作者，中国科学技术大学杜江峰院士、樊逢佳教授以及河南大学的申怀彬教授为共同通讯作者。本项研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省等支持。

 

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