由于蒸發(fā)率的不同,咖啡滴在固體表面會留下中心淺、外圈重的環(huán)裝咖啡斑。這被稱為“咖啡環(huán)”現(xiàn)象。“咖啡環(huán)”現(xiàn)象直接影響到柔性材料涂層均勻度,消除涂層材料的“咖啡環(huán)”現(xiàn)象是生產(chǎn)新一代顯示器性能的核心技術(shù)。
圖片來源:拍信網(wǎng)正版圖庫
研究團(tuán)隊(duì)借助量子點(diǎn)概念調(diào)整了涂層溶劑成分,通過簡單的蒸發(fā)生產(chǎn)工藝,就成功實(shí)現(xiàn)100微米水平無咖啡環(huán)的均勻噴涂。
此項(xiàng)研究不僅解決了柔性材料涂層均勻度的問題,而且提高了生產(chǎn)水平,增加了原材料使用率,降低了生產(chǎn)成本。該研究結(jié)果刊登在《advanced science》上。 (來源:科技部合作司)
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]]>相關(guān)研究成果“Ultrahigh Resolution Pixelated Top-Emitting Quantum-DotLight-Emitting Diodes Enabled by Color-Converting Cavities“以封面文章的形式發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Small Methods上,并被列入“編輯精選(Editor’s Choice)“。
基于II-VI族半導(dǎo)體CdSe的QLED具有發(fā)光效率高、發(fā)光色彩可調(diào)、色彩鮮艷、結(jié)構(gòu)簡單、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn),是下一代新型顯示的有力競爭者,在低成本、大面積、廣色域、柔性、印刷顯示等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。為實(shí)現(xiàn)全彩QLED顯示,必須對量子點(diǎn)發(fā)光層進(jìn)行精細(xì)的圖形化,以形成肩并肩并行排列的紅、綠、藍(lán)QLED像素陣列。
目前已開發(fā)的技術(shù),例如噴墨打印、印章轉(zhuǎn)印、光刻等,都是直接對量子點(diǎn)進(jìn)行圖形化,即直接對量子點(diǎn)發(fā)光層進(jìn)行“手術(shù)”,切割成點(diǎn)陣的形狀,“手術(shù)”操作步驟復(fù)雜,并且在多次(一般為3次,以形成紅、綠、藍(lán)像素)“手術(shù)”的過程中,不可避免會破壞量子點(diǎn),使得到的QLED性能低于未進(jìn)行“手術(shù)”的QLED。因此,為滿足高分辨率、高性能顯示的需求,需要進(jìn)一步研究對量子點(diǎn)發(fā)光層無損的圖形化技術(shù)。
為實(shí)現(xiàn)超高分辨率、高性能的全彩QLED顯示,陳樹明課題組提出基于微腔光場調(diào)控技術(shù)的全彩QLED顯示的實(shí)現(xiàn)方法。通過采用白光QLED作為載體,并在器件中引入光學(xué)諧振腔,利用紅、綠、藍(lán)諧振腔分別把白光轉(zhuǎn)換為紅、綠、藍(lán)單色光,從源頭上避免了對量子點(diǎn)直接圖形化帶來的損傷。
通過研究微腔光場作用下,白光QLED的激子能量轉(zhuǎn)移機(jī)制及微腔對白光QLED的光譜調(diào)制機(jī)制,實(shí)現(xiàn)低損耗的量子點(diǎn)色彩轉(zhuǎn)換微腔;通過光刻技術(shù)圖形化微腔,實(shí)現(xiàn)無彩色濾光片、無需圖形化量子點(diǎn)的高分辨率、高效率、寬色域、低成本、工藝簡單的全彩QLED顯示。
圖1全彩QLED陣列的器件結(jié)構(gòu)、工作原理和圖形化方法。
如圖1所示,一個(gè)全彩色QLED包括三個(gè)子器件,分別發(fā)射紅、綠、藍(lán)光。所有器件的底部采用高反射Ag膜作為反射電極,頂部采用半透明Ag膜作為光出射電極,形成了一個(gè)光學(xué)諧振腔(顏色轉(zhuǎn)換腔)。所有器件的發(fā)光層都相同,均發(fā)射白光,因此無需對量子點(diǎn)發(fā)光層進(jìn)行圖形化。
IZO(indium zinc oxide) 作為透明相位調(diào)節(jié)層,通過調(diào)節(jié)IZO的厚度來滿足紅、綠和藍(lán)光發(fā)射的諧振條件,從而使相應(yīng)的腔有選擇的將量子點(diǎn)發(fā)光層發(fā)出的白光分別轉(zhuǎn)換為紅、綠和藍(lán)光。在這種結(jié)構(gòu)中,僅需利用成熟的光刻技術(shù)對IZO進(jìn)行圖形化,即可得到高分辨率的紅、綠、藍(lán)QLED像素陣列。
圖2器件的性能和發(fā)光照片。
通過對IZO相位調(diào)節(jié)層厚度的優(yōu)化,得到最佳的IZO厚度為50(藍(lán)光)、90(綠光)、130nm(紅光)。如圖2所示,在5.5 V電壓下,紅、綠、藍(lán)光器件的亮度分別為22170、51930和3064 cd/m2,色彩飽和度高,色域可達(dá)111%NTSC。
圖3超高分辨率的QLED像素陣列。a) 5 m亞像素的AFM圖像和20 m亞像素的IZO剖面高度曲線。b)圖形化后的全彩QLED照片。c) 光學(xué)顯微鏡下的像素化QLED陣列,亞像素為20-5 m。條形亞像素為3-1 m,可達(dá)到8000ppi的分辨率。
研究團(tuán)隊(duì)提出了可光刻的諧振腔(顏色轉(zhuǎn)換腔),實(shí)現(xiàn)了超高分辨率的像素化紅、綠和藍(lán)色QLED陣列(圖3),紅、綠、藍(lán)像素可低至5 m,分辨率達(dá)1700 ppi;進(jìn)一步利用電子束光刻,亞像素可低至1 m,分辨率高達(dá)8000 ppi。相比噴墨打印、轉(zhuǎn)印和光刻這些方法,該方法避免了對量子點(diǎn)發(fā)光層直接圖形化帶來的損傷,實(shí)現(xiàn)了超高分辨率的QLED顯示陣列 ,且可大面積制造。與“白光+彩色濾光片”的方法相比,該方法無需引入彩色濾光片,降低了制造成本且消除了彩色濾光片引起的亮度損失。
與OLED的轉(zhuǎn)換腔相比,QLED顏色轉(zhuǎn)換腔不僅可以調(diào)節(jié)器件發(fā)射的顏色,還可以對量子點(diǎn)能量轉(zhuǎn)移進(jìn)行調(diào)制,從而使器件發(fā)射出色飽和度更高的紅、綠和藍(lán)光,色域可達(dá)到111%NTSC。該方法具有無需彩色濾光片、無需對量子點(diǎn)進(jìn)行直接圖形化、可光刻、色彩飽和、顏色穩(wěn)定、高亮度和超高分辨率等優(yōu)點(diǎn),可在高分辨顯示如移動顯示、微顯示和VR/AR顯示得到潛在的應(yīng)用。
南科大電子與電氣工程系2019級碩士生陳練娜、2020級碩士生覃致遠(yuǎn)為共同作者,通訊作者為陳樹明,南科大為論文第一單位。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。(來源:南方科技大學(xué))
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