The Innovation Materials | ‌micro-LED中的非辐射共振能量转移：提升色转换效率的新思路

量子点材料应用于色转换型micro-LED全彩显示时，面临着蓝光激发效率不足的难题。能否在现有量子点发光效率的基础上，将micro-LED芯片的能量更高效地传递给量子点，从而在器件层面同时提升效率和色彩质量，是我们关注micro-LED器件中非辐射共振能量转移（NRET）的出发点。

导  读

micro-LED全彩显示的瓶颈与NRET的潜力

micro-LED凭借高亮度、低功耗和快速响应等优势，被视为下一代显示技术的重要方向。在全彩化实现路径上，红绿蓝三色芯片巨量转移方案面临精度与成本挑战，而量子点色转换方案虽工艺相对成熟，却受限于红色量子点对蓝光吸收效率偏低的问题，导致蓝光泄漏和色彩饱和度下降。非辐射共振能量转移（NRET）机制为这一问题提供了新的解决思路。相比于传统的光致发光过程，NRET允许能量在供体与受体之间直接传递，可减少能量损失，提升转换效率。无锡太湖学院范小通、厦门大学林岳、王树立、福州大学陈恩果等团队发表于The Innovation Materials的评述文章，系统梳理了NRET在量子点色转换micro-LED中的应用进展，并指出了这一领域未来的发展方向。

图1 图文摘要

NRET的关键条件与调控参数

NRET中最常见的形式是Förster共振能量转移（FRET），其高效发生需满足三个基本条件：供体的发射光谱与受体的吸收光谱充分重叠、供受体间距在10nm以内、供体具有较高的光致发光量子产率。从性能优化角度看，FRET效率受光谱重叠积分、供体量子产率、供受体距离以及偶极取向因子等因素影响。在量子点色转换micro-LED中，通过优化器件结构和量子点组分，可以对上述参数进行调控，从而实现更高的能量转移效率。

量子阱-量子点界面：结构设计缩短能量传递距离

在micro-LED器件中，量子阱可以作为能量供体，量子点则作为能量受体，二者之间的距离直接决定NRET能否有效发生：距离过大时，能量转移效率将急剧下降；过近时，又会对工艺稳定性和器件可靠性提出更高要求。已有研究表明，通过原子层沉积技术引入厚度约1 nm的二氧化硅层，可以实现量子阱与量子点之间的紧密接触，使NRET效率达到53.6%，器件色域可覆盖104.8% NTSC标准（美国国家电视标准委员会制定标准，广泛应用于显示行业）。这表明，器件结构的界面工程与量子点材料本身同样重要。另一条技术路径是通过外延生长方式将量子点直接集成在量子阱表面。例如，在AlGaAs基底上通过液滴外延生长的GaAs量子点，具有较高的对称性，有利于实现高效的能量转移。这类方法为优化NRET效率提供了更多结构设计思路。

量子点-量子点界面：异质结构增强红光发射

红色量子点对蓝光吸收能力较弱，主要源于较大的能量失配以及表面缺陷引起的非辐射复合。针对这一问题，研究人员通过构建核壳结构或异质结构量子点，利用量子点之间的NRET来增强红光发射。在双组分钙钛矿量子点复合材料中，通过调控核壳间距和界面结构，在蓝光激发下红光发射强度可提升约2倍，光致发光量子产率达到99.9%。类似地，在CdSe/ZnS-CsPb(Br/I)2异质量子点体系中，NRET使激发峰调整至与蓝光micro-LED相匹配的范围，器件色域达到131.3% NTSC。

总结与展望

NRET在micro-LED全彩显示中的作用可归纳为两个层面：一是在量子阱与量子点之间实现高效的能量注入，二是在量子点内部或量子点之间实现能量的再分配与增强。但在实际应用仍面临一些挑战：（1）在大面积显示面板中，如何稳定、均匀地控制低于10 nm尺度的均匀供体-受体距离，对制备工艺精度提出了很高要求；（2）量子点尺寸分布、界面缺陷或micro-LED波长变化都可能引起光谱漂移，从而影响能量转移的稳定性；（3）在长时间高亮度激发下，NRET效率能否保持稳定也仍需进一步验证。从产业化角度看，NRET量子点材料与现有micro-LED制造流程的兼容性，包括高精度图案化技术的适配性、封装与驱动工艺的匹配度以及整体成本控制，都是影响商业化进程的关键因素。

未来若能将量子点材料设计、界面距离控制、器件结构优化和制造工艺兼容性结合起来，有望在效率、稳定性和可制造性之间取得更好平衡，为高色域、高效率全彩micro-LED显示器件的实际应用奠定更扎实的技术基础。

责任编辑

毕伟辉   浙江大学

傅燕青   宁波大学