【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院賀志遠教授團隊和中科院理化技術(shù)研究所吳雨辰研究員團隊合作，在量子點發(fā)光二極管(QLED)技術(shù)領(lǐng)域取得突破，研究人員通過開發(fā)一種芳香增強的毛細管橋限域策略，成功實現(xiàn)了藍色量子點(QD)的長程有序排列，顯著提升了QLED的性能和穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以“Long-range order enhance performance of patterned blue quantum dot light-emitting diodes”為題在《Nature Communications》上發(fā)表，北京理工大學(xué)碩士生賈玉玉為論文第一作者。
 

　　量子點發(fā)光二極管(QLED)因其低能耗、窄帶發(fā)射光譜、高對比度等特性，被認(rèn)為是下一代顯示技術(shù)的理想選擇。目前，紅色和綠色QLED在效率和穩(wěn)定性方面已接近商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，但藍色QLED，尤其是圖案化藍色QLED，仍面臨效率低、穩(wěn)定性差和分辨率不足等挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)圖案化方法容易導(dǎo)致量子點排列無序，引發(fā)非輻射復(fù)合和電荷泄漏，從而降低器件性能。因此，開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)藍色量子點長程有序排列的高效策略，對于推動QLED的商業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。
 

　　要點一：藍色量子點由于尺寸較小，粒子間相互作用較弱，導(dǎo)致其在圖案化過程中難以實現(xiàn)有序排列。針對這一問題，團隊提出了一種芳香增強的毛細管橋限域組裝策略，通過引入短鏈芳香配體(3-氟肉桂酸，3-F-CA)增強量子點間的相互作用，實現(xiàn)了藍色量子點的長程有序排列。
 

圖1 3-F-CA對量子點性能的影響
 

　　要點二：通過溶劑蒸發(fā)誘導(dǎo)三相接觸線定向滑動，在微孔內(nèi)形成有序陣列。借助3-F-CA的分子間作用力，克服流體動力學(xué)干擾，實現(xiàn)精度可控的量子點排列。所得陣列表面粗糙度顯著降低，掠入射小角X射線散射觀測到清晰布拉格衍射斑點。長程有序結(jié)構(gòu)使載流子遷移率提升，電荷泄漏減少。
 

圖2 長程有序量子點陣列的制備和性能
 

　　要點三：將長程有序陣列集成至QLED器件中，實現(xiàn)突破性性能：峰值外量子效率24.1%，亮度超10萬尼特(101,519 cd m-2)，較無序器件提升5倍，工作壽命達到54小時，較無序器件提升3.6倍。有序結(jié)構(gòu)還改善散熱，連續(xù)工作10小時后器件表面溫度比無序結(jié)構(gòu)低6.7 ℃。
 

圖3 QLED的性能表征
 

　　要點四：基于該技術(shù)團隊成功制備了最小3 μm×3 μm像素的藍色QLED陣列，分辨率突破5000 PPI。不同像素尺寸器件性能統(tǒng)計顯示：3μm像素器件仍保持18.3%的平均效率、7.3萬尼特亮度及48小時的工作壽命。構(gòu)建的10 mm×10 mm顯示設(shè)備可實現(xiàn)清晰圖像輸出，528像素區(qū)域良率達99.6%。該策略同時適用于紅綠量子點，為全彩QLED顯示提供統(tǒng)一解決方案。
 

圖4 高分辨率QLED器件和靜態(tài)電致發(fā)光圖案展示
 

　　本研究通過芳香增強與毛細管橋限域組裝的協(xié)同作用，成功實現(xiàn)了藍色量子點的長程有序排列，制備的QLED器件的峰值外量子效率24.1%，最高亮度達到101,519 cd m-2。器件的最小像素尺寸達到3微米，分辨率超過5000 PPI，為高分辨率顯示應(yīng)用提供了新的解決方案。這項研究為量子點材料的自組裝和圖案化技術(shù)提供了新思路，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。未來，該技術(shù)有望在柔性顯示、虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為下一代顯示技術(shù)的發(fā)展開辟新方向。