Nano Research：基于纯红色窄带宽发射三角形碳量子点的高效稳定白光LED用于宽色域背光源显示器

高效稳定的宽色域白色发光二极管（WLED）的开发长期以来一直是学术界和工业领域深入研究的主题，希望下一代背光元件在液晶显示(LCD)技术中得到广泛应用。为了大大提高显示质量，真实的再现物体颜色，相关领域人员已经付出了巨大精力来开发具有纯饱和发射特性的发光材料，这对于宽色域WLED来说是必不可少的。碳量子点，由于其来源广、成本低、低毒性和环境友好等优势，近些年受到研究者们的广泛关注，但是目前报道的红色窄发射碳量子点由于发射波长较短（＜600 nm）难以满足广色域背光源显示应用的需求。

近日，北京师范大学的范楼珍教授和北京大学深圳研究生院杨世和教授等相关研究人员以间苯二酚为前驱体，通过简单的溶剂热方法成功制备了荧光发射峰位在610 nm的纯红色窄发射三角形碳量子点，其荧光发射半峰宽为33 nm，荧光量子产率为72%。通过调控反应时间，同时制备了荧光量子产率为75%的绿色窄发射碳量子点。结合蓝光GaN 芯片，首次实现了基于碳量子点的广色域WLEDs。该WLEDs的色域为110% NTSC，流明效率为86.5 lm/W。本工作为发展高效、稳定、环境友好的WLEDs应用于广色域背光源显示提供了一种新思路。相关研究结果以“Highly efficient and stable white LEDs based on pure red narrow bandwidth emission triangular carbon quantum dots for wide-color gamut backlight displays”为题，发表在《NanoResearch》上。

在之前的研究工作中，作者采用间苯三酚作为合成纯红色窄发射三角形碳量子点（NBE-T-CQD）的前驱体，但得到的发射波长小于600nm。经过广泛研究，作者发现使用间苯二酚作为前驱体可以使红色发光NBE-T-CQD的合成成为可能，因为它们的反应性的尺寸依赖性较小。在本工作中，以间苯二酚为前驱体，通过简单的溶剂热方法成功制备了纯绿色（PG-）和纯红色（PR-）窄发射三角形碳量子点（如图1所示）。通过二氧化硅柱色谱纯化后，PR-和PG-NBE-T-CQDs乙醇溶液在阳光下显示出清晰的颜色外观（图1（b），左）以及在365nm紫外线照射下的明亮荧光颜色（图1（b），右）。得到的PR-和PG-NBE-T-CQD的荧光量子产率分别为的72％和75％，这是迄今为止报道的CQDs的最高值。

图1 (a)间苯二酚溶剂热法合成PR-和PG-NBE-T-CQDs。(b)日光下PR-和PG-NBE-T-CQDs的照片(左)以及紫外线下的荧光图像(右)(365 nm激发)。

实验步骤

1.合成步骤

首先，将50mg间苯二酚溶于10ml乙醇中; 然后，将溶液转移到聚（四氟乙烯）（Teflon）衬里的高压釜（25mL）中。分别在200℃加热7和4小时后，将反应器自然冷却至室温。然后，使用石油醚和乙酸乙酯的混合物作为洗脱液，通过二氧化硅柱色谱法纯化所得溶液。最后，获得PR-和PG-NBE-T-CQDs溶液。

2.宽色域WLED的制造

为了制造宽色域WLED，使用峰值发射波长中心为450nm的蓝色LED芯片（LUMEX-SSL-LXTO46UV1C）作为蓝色发射器组件。将PG-和PR-NBE-T-CQD / PMMA复合材料薄膜切割成与蓝色LED芯片类似尺寸的薄膜，并用固化粘合剂放置在芯片的顶部。光谱辐射计积分球系统（LHS-1000，Everfine）用于测量制造的器件的光电特性。

DOI: 10.1007/s12274-019-2420-x

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