近年来, 伴随着柔性电子产业的快速发展, 发光显示作为可穿戴集成器件中必不可少的组成部分, 人们对其提出了柔性、可拉伸性、自愈合性等额外的需求。基于硫化锌材料的电致发光器件由于发光寿命长、发光组件结构简单等优点, 在智能可穿戴领域得到了广泛的研究和关注。本文对硫化锌电致发光材料在智能可穿戴领域的研究进展进行梳理和总结, 主要介绍了硫化锌电致发光材料的发光机理、研究热点及未来应用, 以期对智能可穿戴领域起到有益的启示和指导作用。

可见光通信(Visible light communication,VLC)作为无线通信领域中与无线射频通信互补的一种空间通信技术, 近年来吸引了众多研究人员的关注。除了通信链路的电路设计、调制模式之外, 调制带宽是照明光源能否实现高质量VLC的关键因素。区别于传统有机LED、聚合物LED及以GaN/InGaN为代表的无机LED等照明光源, 量子点LED(QLED)具备响应速度快、色纯度好、发光效率高、可同时用于光致发光和电致发光等优势, 是一种理想的用于可见光通信的固态光源器件。然而, 目前对QLED用于VLC的调制带宽机理研究较少, 尤其是针对多色QLED以及电致发光QLED。本文从量子点的光转换机制出发, 系统综述了不同QLED的调制机理, 并对光致发光和电致发光QLED调制带宽的限制因素进行了总结和分析, 为QLED在VLC中的应用提供了理论依据。

采用红色、绿色混合量子点作为发光层, 制备了结构为ITO/PEDOT∶PSS/TFB/Mixed-QDs/ZnO/Ag的颜色可调量子点发光二极管(QLED)器件, 研究了QLED器件的电致发光光谱。实验结果表明, 混合QLED器件具有明显的颜色可调特性。随着外加电压增大, 混合QLED器件呈现出从暗红色到橙黄色再到耀眼的黄绿色的颜色变化。其开启电压为2.0 V, 最大亮度可达到6×104 cd/m2; 且器件在31 934 cd/m2亮度下实现了21 cd/A的最大电流效率和7.5%的最大外量子效率。作为应用展示, 本文将颜色可调的混合QLED器件与氮化镓基蓝光LED相结合制备了白光LED, 相关色温可从3 568 K(暖白光) 调至10 269 K(冷白光), 且显色指数不低于70, 在照明应用中具有广阔的应用前景。

将表面配体改性的CdSe/ZnS量子点(Quantum dots)和光刻胶混合, 进而采用光刻工艺在InGaN/GaN蓝光Micro-LED上实现了最小尺寸为3 μm的高分辨率、高光效的量子点颜色转换膜层。同时系统研究了不同厚度和混合比例的量子点膜层的吸收/发射光谱及光致发光量子产率(PLQY)。为优化光转换效率, 量子点膜层中加入了TiO2散射粒子以提高蓝光的吸收效率。更进一步地, 经过设计引入分布式布拉格反射镜(DBR), 使得未被吸收的蓝光光子回弹到量子点转换膜层, 这不仅提升了蓝光吸收效率, 也增强了转换色彩的饱和度。同时采用了热激发方式来提升量子点的光致发光量子产率。为得到更高的显示对比度和色彩饱和度, 引入黑色光阻矩阵来削弱临近图形之间的颜色串扰。实验结果表明, 该量子点膜层可以用光刻技术实现高分辨率、高光效的颜色转换图层, 为单片全彩化Micro-LED显示的发展提供了新颖可靠的技术路线。

半透明钙钛矿太阳能电池具备集采光及发电于一身的优点, 在新能源汽车、建筑集成光伏系统等领域具有巨大的应用前景。光伏系统主要位于车顶或屋顶或开放区域, 以实现最大程度地暴露在阳光下, 半透明太阳能电池可以集成到车体或建筑物的侧面, 达到最大限度地提高空间容量, 扩大能源产量。但是, 半透明钙钛矿太阳能电池如何在保证光电转换效率的同时具备良好的透光率, 一直是科学界面临的难题, 设计新型器件结构、开发吸光层和透明电极材料等问题亟待解决。本文围绕高性能、半透明钙钛矿太阳能电池总结了器件结构设计、材料选择和制备工艺方面最新的研究进展, 并讨论了目前研究中所面临的问题和未来的发展方向。

芯片级封装是实现高光密度白光LED和减小封装体积的一种重要途径, 而目前芯片级白光LED存在荧光层老化、荧光粉热猝灭等问题, 严重影响白光LED的性能和可靠性。为此, 本文结合荧光玻璃的技术优势, 提出了荧光玻璃封装芯片级白光LED, 并分析了白光LED光热性能。利用丝网印刷和低温烧结工艺在玻璃基片表面制备了荧光玻璃层, 从而获得了晶圆级荧光玻璃片, 再切割成芯片级荧光玻璃用于白光LED封装。分析了荧光玻璃层的微观形貌, 荧光粉颗粒内嵌在玻璃基体中, 膜层致密、无明显残余气孔; 通过调节荧光玻璃层厚度优化了白光LED光学性能, 当荧光玻璃层为120 μm时, 白光LED获得了最优光学性能, 光效、色温和色坐标分别为111.8 lm/W、6 876 K和(0.307 4,0.321 4); 分析了荧光玻璃封装结构对白光LED光热性能的影响, 荧光玻璃层靠近LED芯片封装具有更高的光效和更低的色温, 同时白光LED表面温度更低。

高功率密度的陶瓷封装LED器件在大电流工作时, 其顶面发光均匀性是该类器件的关键指标。本文在3.5 mm×3.5 mm的氮化铝陶瓷基板上金锡共晶了1.905 mm×1.830 mm(75 mil×72 mil)的LED倒装蓝光大功率芯片, 然后分别制作成蓝光器件和白光器件, 并分别对器件顶面的微区发光均匀性进行了研究。结果表明, 蓝光器件在电流＜3 A时, 其顶面光强分布均匀, 均匀性受N电极孔和电极间隙的影响较小; 在4～8 A电流时, 蓝光器件顶面光强分布不均匀, 贯穿N电极孔测试区的光强大于电极孔之间测试区的光强, 电极间隙区光强最低, 离N电极孔越远的测试点光强越低; 蓝光器件在8 A时整体光强达到饱和, 而不同微区的光饱和程度及峰值波长随电流的变化有所不同; 白光器件在0~4 A电流时, 其顶面光强分布均匀。

近几年，Ⅲ-Ⅴ族半导体GaN由于其宽直接带隙，在高温、高功率器件方面得到了广泛研究。但是，目前GaN器件的性能依然受到了p型欧姆接触性能不良的限制，在长期使用过程或高温环境中激光器等器件性能退化严重。因此，获得性能优异的p-GaN接触仍然是一个巨大的挑战。虽然Pd基的金属体系已然在p-GaN获得了欧姆接触，但是Pd与GaN接触之后的微观结构及其高温特性尚不为人知。本文针对常用于p型GaN接触的第一层金属Pd材料，讨论了Pd/p-GaN接触界面的特性和退化机制。通过四探针测试仪、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)实验测试和分析对比，发现Pd/p-GaN界面受到氧气和温度影响的退化过程。高温退火在界面处促成Ga-Pd合金相生成利于形成良好的接触，但是在有氧参与的情况下，金属的氧化反应超越其他因素成为主导，致使界面和性能发生明显的退化。温度越高退化越严重，甚至表面形貌状态完全改变，由平滑的原子台阶形貌转化呈现出树枝状晶粒状态。因此，保持Pd与p-GaN界面清洁、控制界面的氧成分不仅是形成合金态获得良好接触的关键，而且也关系着器件的长期稳定和可靠，是防止器件性能衰减和退化要害所在。

研究了基于BCl3/Cl2电感耦合等离子体(ICP)刻蚀对氮化镓基分布式反馈激光器中光栅的刻蚀, 详细研究了刻蚀气体BCl3/Cl2流量比和压强对刻蚀台面侧壁的粗糙度、陡直度以及刻蚀速率的影响, 发现以SiO2 作为硬掩膜, 刻蚀速率、台面侧壁粗糙度以及陡直度随着刻蚀气体BCl3/Cl2流量比以及压强变化有着显著变化。保持ICP功率和射频功率分别为300 W和100 W, 当刻蚀气体BCl3/Cl2流量比为1、压强为1.33 Pa(10 mTorr), 最终得到200.6 nm/min的可控刻蚀速率、倾角85.3°且光滑的台面侧壁, 实现了在保证光栅侧壁光滑的同时提升侧壁倾角。陡直且光滑的光栅对于提升氮化镓基分布式反馈激光器的器件性能及其稳定性非常重要。

设计了环己基苯与十八烯的双溶剂量子点墨水体系, 研究了具有CdSe@ZnS/ZnS核/壳结构的绿光量子点(QDs)成膜规律及其发光特性。设计的高沸点、低表面张力的十八烯和低沸点、高表面张力的环己基苯所组成的双溶剂墨水体系增强了马兰戈尼流, 减弱了量子点在像素坑边缘的沉积, 实现了在像素坑中制备表面平整的量子点薄膜。研制的分辨率为240 PPI的倒置结构顶发射绿光量子点阵列发光器件启亮电压2.7 V, 最高亮度132 510 cd/m2, 最大外量子效率14.0%, 为采用喷墨打印工艺制备高性能量子点电致发光点阵器件提供了借鉴。