宽色域显示用窄谱带绿光发射CsPbBr3量子点荧光玻璃可控合成及发光稳定性研究

All inorganic perovskite quantum dots CsPbBr3 with narrow-band green-emitting and high light conversion efficiency are regarded as the most competitive green emitters in the field of wide gamut displays. However, the instability is still a major issue that hinder applications and the related reasons have not been investigated. To further improve the luminescence stability and realize the practical application of CsPbBr3 quantum dots, we raise to develop the method of controlled precipitation CsPbBr3 quantum dots inside the glass matrices. The main content is as following: 1) Controlled precipitation of CsPbBr3 inside the glass can be realized by adjusting the glass composition and optimizing the heat treatment; then develop quantum dots luminescence glass with intellectual property rights, high efficiency and stable quality and investigate the relationship of preparation routes, compositions and structures, luminescence properties; reveal the mechanism of the enhanced luminescence stability in quantum dots luminescence glasses. 2）Wide gamut LED displays devices will be fabricated using the as-synthesized CsPbBr3 quantum dots luminescence glass with high efficiency and high stability, which will provide scientific basis and application foundation for its commercialization.

CsPbBr3全无机钙钛矿量子点因其具有窄谱带绿光发射及高转光效率特性而被认为是LED宽色域显示领域最具竞争力的绿光材料，然而其在热、光、水、大气环境等条件下发光稳定性较差使其应用受到限制，且其具体原因尚未阐明。本项目拟在传统玻璃载体中实现CsPbBr3量子点的均匀析出及高效发光，进而进一步提升CsPbBr3量子点发光稳定性及实现CsPbBr3量子点荧光玻璃的实际应用，具体研究内容如下：1）通过调变玻璃母体组成、改进热处理制度等条件实现玻璃中CsPbBr3的可控析出，开发出具有自主知识产权的、发光高效、性质稳定的CsPbBr3量子点荧光玻璃，深入探索制备工艺、化学组成及结构与发光性能之间的关系，揭示量子点荧光玻璃中CsPbBr3量子点发光稳定性提升的机制；2）利用高效、高稳定CsPbBr3量子点荧光玻璃制备LED宽色域显示器件，为其应用于商业化提供科学依据及应用基础。

CsPbBr3全无机钙钛矿量子点因其量子效率高、发射谱带窄等优点被认为是下一代宽色域液晶显示的核心材料，然而其在水氧、光热等环境下性能表现极不稳定，严重制约了它的实际应用。.本项目通过在传统玻璃材料中原位析出CsPbBr3量子点，合理调控玻璃网络结构刚性及网络间隙等，可以实现玻璃中量子点尺寸和形貌的可控制备，获得了一批组成新颖的CsPbBr3量子点玻璃，该量子点玻璃不仅具有较高的发光量子效率，且具有较高的发光稳定性。（1）采用合成温度低、缺陷容忍度高的锗硼酸盐玻璃作为母体玻璃，通过控制热处理制度、钙钛矿组成比及掺入量等能够实现CsPbBr3在玻璃中的均匀析出（尺寸约为6~10 nm），该量子点玻璃不仅具有高发光量子效率（450 nm激发PLQY为43%），且具有优异的水稳定性及光热稳定性；（2）通过[SiO4]四面体替换[GeO4]四面体进而调控玻璃网络结构刚性，实现了CsPbBr3钙钛矿量子点尺寸从7.93 nm至3.81 nm的可控制备，揭示了网络结构刚性对量子点析出的影响：玻璃网络结构刚性越大，离子迁移越困难，量子点析出则需要越过更高的势垒；（3）通过在硼硅酸盐玻璃网络结构中引入氟化物来增大网络间隙，不仅降低了量子点析晶温度，也有利于获得更大尺寸的CsPbBr3量子点（尺寸约为17 nm）；（4）合理设计玻璃母体组成，在同一玻璃基质中获得了不同形貌（类圆球及类长方体）的CsPbBr3量子点，该量子点玻璃发射主峰位于526 nm，在365 nm及455 nm激发下量子点效率高达86%及53%，在空气中存放1年其物相及发光强度依然得到保持；（5）通过磷酸盐玻璃中引入Al2O3，可获得发光热稳定性较高的CsPbBr3量子点玻璃，378 K时可维持其初始发光强度的43%。最后，将上述性能优异的CsPbBr3量子玻璃材料封装成白光LED背光源、绿光mini LED、背光灯模组以及宽色域显示器件等，色域面积高达113% NTSC，且具有较高的可靠性。.综上，通过以上策略可以获得形貌可控的CsPbBr3量子点玻璃，该量子点玻璃不仅具有较高的发光量子效率，且发光稳定性相较于胶体量子点得到了显著提升。制备得到的CsPbBr3量子点玻璃在宽色域显示领域中具有较好的应用前景，为我国钙钛矿量子点显示技术的发展提供了重要实验基础。