1 绪论
1.1 胶体量子点在纳米尺度特性
量子点(Quantum dot)，作为一种准零维(Quasi–zero–dimensional)纳米材料，是指三个维度的尺寸都 10 纳米(nm)之间，由该尺度下小单晶粒子组成，因此其又被称作为量子点纳米晶（Nanocrystals）。由于量子点能级在纳米尺度下能级分立，会致使量子点中电子和空穴的运动受到不同于体材料的特殊约束，表现为能量状态的不连续[3]。根据半导体材料在三个维度达到连量子尺度维度的多少，如下图 1.1 所示分别定义为量子阱，量子线（纳米线），量子点。量子点由于三个维度下全处于量子尺度，其特性完全区别于传统体材料。
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1.2 平板显示的发展历史和技术走向
平板显示具有轻便易携带，节电，画质清晰等特点，使之广泛覆盖消费电子，仪表仪盘电子，医疗电子等诸多显示领域
1.2.1 TFT 技
目前几乎所有的显示技术都是基于薄膜晶体管（TFT）技术，该技术最早诞生于1960 年左右，为位于 RCA 的萨洛夫研究中心所发明[9]。TFT 最初是为了和 MOS 共同作为取代无法满足集成电路需求的二极管替代品所发明，但在集成电路中 MOS 管最后占据了技术主流，
TFT 技术最后在平板显示领域大放异彩，经过 50 多年的不断发展，基于 TFT 衍生出多种的显示技术成为主流。TFT 核心技术是半导体材料和制作工艺，显示用 TFT 使用材料主要包括普通液晶面板的非晶硅，手机液晶面板主流的低温多晶硅(LTPS)和 sharp 公司独有的半导体氧化物(IGZO)三种材料，通过 TFT 阵列组合作为控制独立像素单元的开关
1.2.2 液晶和自发光技术
根据有无背光源可分为被动发光技术和自发光技术。薄膜晶体管液晶显示（TFT–LCD）属于被动发光，目前应用最广，其光源利用率低，液晶工作温度等弊端逐渐不能满足人们对显示的需求。相比而言，自发光技术有效克服了被动发光的缺点，在效率上极具优势。如图所示有机发光二极管（OLED），本文主要研究的自发光的量子点发光二极管（QLED）。基于 LED 超小型化的微型发光二极管（Mini–LED）和微发光二极管（MicroLED）等显示技术，以上都属于自发光技术，其原理是通过在薄膜晶体管上放置不同种类有序排列电光转化材料而达到显示的目的。
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2 QLED 器件机理和量子点制备
2.1 发光机理和器件结构
2.1.1QLED 发光机理
QLED 基本结构 OLED 类似，如下图所示依次是玻璃或柔性介质，阳极，负责传输空穴的 HTL 层，量子点发光层（EML），负责传输电子的 ETL 层，阴极的正置夹心结构[34]。
在 QLED 器件中，加入大于开启电压正向偏压后，电子传输层传输的电子和空穴传输层传输的空穴到达量子点发光层，在 QDs 内复合放出光子。这其中光子产生通过如下两种机制
(1) 直接注入，电子和空穴在各自传输层顺利到发光层后被一同注入到一个量子点内，发生复合辐射发光。
(2) 通过 Forster 共振能量转移方式，使得有机物中注入的激子能量转移给量子点，在量子点内产生和直接注入等同的电子–空穴对，复合发光。
其中直接注入发光可以分为三个过程：
(1) 外加电压下，电子和空穴分别从负极和正极同时进入到对应的电荷传输层。
(2) 电荷传输层携带的电子和空穴注入到发光层，在量子点内形成激子。
(3) 激子在量子点层发生辐射复合释放出能量，发出光子。部分激子在该过程中会发生非辐射复合，其中，俄歇复合占主导地位，复合过程中能量以声子的形式放出。
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2.2 器件材料
材料是器件的核心，QLED 核心材料是发光层量子点材料和电荷传输层材料，发光层主要是要优化量子点晶体结构和其表面[35]。电荷传输层主要通过选取合适的电荷传输材料保证电子空穴注入平衡（注入势垒和注入匹配）。
2.2.1 EML 量子点材料
QLED 以高性能量子点作为发光层（要求涂膜后仍有较高 PLQY）。目前主要以II－VII 族（CdSe，CdS，ZnSe，Cds）等材料为主。
通过合成条件改变量子点结构组成和形貌对其进行优化，主要集中在两点，量子点的核壳结构和表面配体处理。
核壳结构可以有效钝化量子点表面缺陷，使得激子被限制在量子点核内狭小空间，减小非辐射复合概率，抑制闪烁，提高 PLQY。壳层厚度的变化会改变注入量子点电子空穴对结合路径进而改变载流子注入平衡。厚壳量子点可以有效减小 Foster 能量共振和载流子注入不平衡导致的带电量子点的俄歇复合，维持较长荧光寿命。使用梯度合金包壳能量子点减小界面应力主要用于解决 CdSe 和 ZnS 晶格失配问题。
量子点表面的有机配体，可以消除表面缺陷。配体的长短也会影响激子的注入和转移，同时也可以通过修饰量子点薄膜改变整体能级结构。
2.2.2 电子传输层材料
电荷传输层材料的载流子迁移率和能级结构是制作 QLED 器件至关重要的考虑因素，其决定激子注入量子点的效率和激子注入平衡。ETL 本身需要满足如下条件：
(1) 较高的电子迁移率，其导带要和阴极功函数匹配，形成较小势垒便于电子注入量子点，同时 ETL 要对空穴形成有效阻挡，降低漏电流，提高注入效率。
(2) 材料足够稳定，透光率高，且能对量子点形成保护，对水氧有一定隔绝作用。
(3) 溶于极性溶液，不破坏量子点，可以使用旋涂工艺制作。
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3.1 氧化锌合成与表征 ............................25
3.2 氧化镍合成与表征 .............................30
4 QLED 的制备及表征.................34
4.1 实验试剂和设备 ...........................34
4.2 器件制作工艺和改良 .................................35
5 QLED 光电性能测试平台设计和软件实现.....................50
5.1 QLED 测试方案和理论推导 .............................51
5.2 QLED 基于 MATLAB 数据处理实现 ...........................55
5 QLED 光电性能测试平台设计和软件实现
5.1 QLED 测试方案和理论推导
5.1.1 测试方案
目前 LED 器件测试方法主要是通过测量其电流电压(I–V)曲线，色坐标，亮度–电压（L–V）曲线，发光效率–电压曲线，温度–电流（T–I）电流特性，电致光谱（EL）等数据。通过这些数据可以衡量 LED 的光学性能和电学性能，并可以推导出器件外量子效率（EQE）和功率转化效率（PCE）。
一般普遍使用的电流表电压表测试电学性能，光谱仪和弱光光度计测试光学性能。这种方法无法做到亮度，电压，电流，温度等参数的同步测量，测试环节繁琐费时，准确性也受到影响。因为 QLED 器件在未加封装的情况下，性能衰减比较快。过长时间通电导致器件温度上升性能变化，因此需要从原理上设计一套新的方案来解决这个问题。
实验中 QLED 器件测试并没有现成设备，故基于 LED 发光原理设计测试平台，理论分析测试可行性。EQE 和 PCE 作为 QLED 中重要的器件参数，是测试器件的关键。考虑 QLED 的测试要求和最大程度的复用测试备，设计出了以下方案：
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6 总结和展望
量子点是一种具有优异发光性能材料，其窄发光峰，高 PLQY，高稳定性，溶液加工可喷墨打印，覆盖全尺寸面板工艺都注定其在显示领域和商用领域备受关注。
本文总结如下，首先介绍了量子点在显示领域的地位和前景商用路径，并对QLED 器件的研究和发展就行了梳理回顾。对于 QLED 做了以下工作，首先从各层材料上对发光层的红色和绿色 CdSe/ZnS 包壳量子点，电子传输层氧化锌量子点，和空穴传输层氧化镍纳米晶等材料合成和表征进行了探索，获得了稳定且 PLQY 超过80%，发光峰在 540nm 和 625nm 的绿色和红色量子点和较为理想参杂比例下的氧化锌和氧化镍量子点。同时对于 QLED 每种材料薄膜的的制备工艺了深入的工艺探索，探究了退火温度，转速等因素的影响并对此进行了优化。
在此基础上，对正置器件结构进行了改良，并继续探索了 NiO，氧化锌，量子点层材料和工艺参数变化对器件的性能影响。通过对材料的改良和工艺的进行了深入改进和器件结构优化，使用 TpyeIV器件结构上制作出了最大 EQE高达 7.412%的，最大亮度超过 14220cd/m2 绿光 QLED 器件。同时在氧化镍器件上制作出来 EQE 高达 1.058%最高亮度 6194 cd/m2 稳定绿光 QLED 器件。其中对于氧化镍器件的高稳定性和耐压性，量子点发光层最佳厚度和氧化锌–氧化镍厚度优化平衡，以及在空气中制作器件工艺和封装等方面都做出了一些工作。可以得出如下结论：合适的材料（较高的 PLQY 量子点，空穴传输层和电子传输层），合适工艺下各层较好的膜质量，和电子空穴注入平衡是制作好的 QLED 器件最重要的三个关键点。
参考文献（略）