量子点发光二极管（QD-LED）由于其色域覆盖广、溶液加工成本低和低电压下亮度和效率高的优势，被认为是下一代显示技术的有力竞争者。其中，QD-LED的效率是一个至关重要的性能指标，虽然目前QD-LED器件的内量子效率已趋于100%的极限，但外量子效率受较低的外耦合效率(出光效率)所限制，通常只有不到30%的光子耦合到空气中，其余的光子被困在器件内部，因此需要找到一种可行的偶极取向策略，在不影响内量子效率的情况下提高外耦合效率。
近日，由中国科学技术大学、河南大学、多伦多大学组成的研究团队利用混合相CdZnSeS 量子点中的偶极-偶极相互作用使量子点有效排列，增强了发光二极管中的光子外耦合，极大的提高了QD-LED的效率。
据介绍，将各向异性的量子点排列起来，调控量子点中跃迁偶极矩取向以增加垂直于器件衬底的光子发射是提高外耦合效率的有效途径。然而，采用这种各向异性量子点的LED的辐射复合效率较低，因此光子外耦合的增加会被内量子效率的损失所抵消。
为此，研究人员开发出一种新型的多型晶体结构的量子点，使用纤锌矿CdZnSe核作为结构模板来外延生长纤锌矿 ZnS壳层，得到了纤锌矿与闪锌矿ZnS共存的多型晶体结构量子点。强离子性的纤锌矿ZnS提供了排列量子点所需的大电偶极矩；闪锌矿部分影响电子结构，从而促进每个量子点的取向发光，两方面结合实现了跃迁偶极矩取向的调控。
具有大永久偶极矩的多型晶体结构量子点的合成
根据测试，该量子点材料的跃迁偶极矩取向具有79 %的面内偶极矩占比。使用该量子点制备的量子点QD-LED外量子效率达到35.6%，1000cd m-2亮度下连续运行4.5年，性能损失最小约为5%，表现出了超高的效率和稳定性。
据悉，该研究首次借助偶极-偶极相互作用排列量子点这一策略，在不影响内量子效率的情况下提高了外耦合效率，实现了量子点LED的效率的大幅提升。而在未来通过选择合适的材料，这一策略有望拓展到蓝色和绿色量子点LED以及LED以外的其他量子点应用中。
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