温州理工学院在QLED器件研究领域取得新进展

近日，温州理工学院智电学院朱阳斌老师与福州大学、福建师范大学合作，以第一作者身份在Cell子刊《Cell Reports Physical Science》（IF:8.9）发表重要研究成果。我校为第一完成单位，叶云洋副教授为共同通讯作者。这也是朱阳斌团队继Nature子刊《Light : Science & Applications》（IF:20.2）和Nature index期刊《Advanced Materials》（IF:32.0）之后，近两年发表的第三篇顶级期刊（总影响因子61.1）。

研究背景及意义

具有感知环境光学信息能力的近眼显示(NED)设备对于沉浸式人-机交互显示系统至关重要，例如增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和抬头显示(HUD)等。提供优异图像质量的微显示器是沉浸式显示系统最关键的部件，其中微显示器必须满足超高亮度、超高分辨率的要求（图1）。目前主流NED产品多采用液晶显示或微发光二极管(Micro-LED)等技术。但液晶显示技术需要LED背光模组照明，且要求入射光线为偏振光(约50%损耗)，不可避免的导致器件亮度、分辨率偏低、体积偏大等缺点。

此外，Micro LED在像素的小型化过程中，也面临着均匀性、全彩化难度大等系列问题。量子点发光二极管(QLED)具有宽色域、高亮度、溶液加工和柔性可穿戴等优势，成为高性能NED设备的理想候选者。然而，QLED在高亮度下发光效率的滚降行为，严重限制了其在NED领域的应用。其主要原因是在高亮度条件下，发光层中载流子注入不平衡导致的非辐射复合现象加剧，多余的电子反向转移并积聚在空穴输运层界面处。如何实现QLED器件在超高亮度范围内保持发光性能的稳定性，迄今为止仍然是一个巨大的挑战。

图1. 近眼显示设备关键技术与研究现状

研究内容与亮点

基于上述分析，朱阳斌课题组提出了一种通用的空穴注入增强策略，基于原位掺杂的新型空穴注入层(H5Mo12O41P, PMA)广泛应用于高性能沉浸式NED系统。据介绍，本工作的主要创新点是:

1. 通过原位掺杂一定比例的二价锡(Sn2+)，在不影响PMA高功函数的条件下显著提高了薄膜的电导率。基于Sn2+元素在PMA材料(Sn:PMA)中掺杂的调控，QLED器件的外量子效率（EQE）从9.6%显著提升到19.4%，这是迄今为止报道的以无机材料作为空穴注入层QLED器件的性能最佳值。值得一提的是，新型Sn:PMA功能层不仅具有高效的载流子输运能力，还担负着抑制电荷逆向输运的责任。所制备的QLED器件在亮度为40158 cd/m2时达到EQE最大值，并在相当大的亮度范围内(3461 cd/m2 ~ 118327 cd/m2)，EQE始终保持在17%以上，与高性能NED系统高度兼容(表1)。

表1. 本工作与现有文献报道先进器件的性能比较

2. Sn:PMA的设计同样被证明广泛适用于各种新型显示器件，其中有机发光二极管OLED和钙钛矿发光二极管Per-LED器件的最大EQE分别达到17.3%和11.5%，器件使用寿命也有大幅度提升。除了具有优越的光电性能外，Sn:PMA的制备成本约为传统空穴注入层PEDOT:PSS价格的9.7%，并且无需等离子体处理即可直接制备。与PEDOT:PSS和NiO等传统功能层相比，Sn:PMA在利润回报、稳定性、可制造性以及可扩展性方面都具有独特的优势。总的来说，这项工作将朝着低成本、高亮度和高性能NED设备的最终商业化迈出一大步(图2)。

 图2.新型发光器件—广泛应用于高性能近眼显示系统

来源：温州理工学院智电学院

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