维度网讯，近日，美国麻省理工学院与韩国三星先进技术研究院开发出一种丙烯酸树脂封装方法，使无镉量子点发光二极管的运行寿命大幅延长。其中，蓝光QD-LED经过测试条件换算后的寿命提升超过5000倍。研究团队同时找到了器件失效的关键原因：通电过程中产生并迁移的氢、氧活性物种，会逐步改变量子点及其相邻功能层的微观结构。相关成果发表于《科学进展》。

这项成果研究的不是目前电视市场上常见的“量子点背光屏”。现有部分QLED电视仍由传统LED提供背光，量子点主要负责吸收并转换光线。QD-LED则直接向量子点发光层注入电子和空穴，由量子点自身产生红、绿、蓝光。其优势是发光光谱更窄、色彩纯度更高，器件结构也有望进一步简化，并适用于柔性和大面积显示。

真正卡住QD-LED商业化的是寿命，尤其是蓝光器件。蓝色光子的能量高于红光和绿光，对量子点材料、界面结构和电荷平衡提出更高要求。美国麻省理工学院测试发现，蓝光QD-LED的稳定性比红光和绿光器件低约50至100倍。将这种器件用于全彩显示时，蓝色子像素可能最先衰减，引发屏幕偏色和亮度下降。

研究团队制作的器件由多层纳米材料叠加而成，基础结构依次包括氧化铟锡电极、空穴注入层、空穴传输层、量子点发光层、氧化锌镁纳米颗粒电子传输层以及铝电极。红光器件采用InP/ZnSe/ZnS核壳量子点，蓝光器件采用ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子点。整个发光区域只有纳米级厚度，任何一层发生变薄、颗粒聚并或元素迁移，都可能破坏电子和空穴的注入平衡。

为了看清器件内部究竟发生了什么，研究人员使用聚焦离子束将QD-LED切割成厚度不足200纳米的截面薄片，再利用透射电子显微镜比较新制器件与老化器件。结果发现，器件持续通电后，电子传输层、量子点发光层和有机空穴传输层均出现致密化和厚度下降。原本彼此分离的纳米颗粒逐渐粗化、聚并，部分量子点失去原有轮廓。

这种退化并不只是材料“被烧坏”。元素分析发现，器件运行时会出现氢、氧活性物种，并在不同功能层之间扩散，其中氧会在铝电极与氧化锌镁电子传输层的界面积聚。原位透射电子显微镜实验进一步确认，在氢活性物种存在的条件下，氧化锌镁纳米颗粒的粗化速度会加快。颗粒结构变化后，电子传输路径和界面能级随之改变，量子点获得的电子、空穴数量失衡，非辐射复合增加，最终表现为亮度和效率下降。

丙烯酸树脂封装的作用并非给量子点本身增加一层保护壳，而是在器件制造完成后，将树脂置于电极与封装玻璃之间，改变器件内部的化学环境。实验结果表明，树脂能够抑制氢、氧活性物种的形成和迁移，减少电子传输层与量子点层的颗粒粗化，并阻止多层结构持续变薄。研究团队认为，树脂还可能抑制器件内部气体环境形成水分，而水分是引发材料退化的重要因素之一。

寿命测试采用LT50指标，即器件亮度降至初始值50%所需的运行时间。未经树脂封装的蓝光器件LT50仅为0.2小时，封装后达到115.5小时，而且封装器件测试时的初始亮度更高。研究人员结合亮度加速系数，将两组数据换算至100坎德拉每平方米后，得到超过5000倍的寿命提升。红光器件的LT50则由22.1小时增加至189.9小时，提升约8倍。

“提升5000倍”不能直接理解为电视使用寿命已经延长5000倍。这一数字来自实验器件在特定电流、亮度和加速条件下的换算结果，目前的蓝光器件寿命仍没有完全达到大规模消费电子产品的使用要求。树脂封装也未消除所有退化路径，团队还在研究增加其他功能层，以继续提升发光效率和长期稳定性。

这项技术的价值在于，封装步骤相对简单，不需要重新设计量子点材料或彻底改变QD-LED生产流程，具备向现有薄膜器件制造工艺导入的可能。若后续能够解决长期可靠性、像素一致性和大面积制备问题，电致发光量子点技术可用于平板电视、智能手机、AR/VR头显、医学成像和大面积照明，并可能延伸至传感器与激光器。