Light | 介电泳沉积获取超高分辨、高保真量子点像素

学术科学 2024-12-16 16:15 吉林

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撰稿 | 课题组撰稿‍‍‍‍‍

导读

随着新型显示（如3D显示、近眼显示）技术的发展，人们对高分辨显示的需求日益凸显。尽管已有文献报道了量子点（QD）像素化技术，但实现具有超高分辨率（>10,000像素/英寸 (PPI)）和高保真的高效电致发光像素仍然面临巨大的挑战。基于此，苏州大学陈煜教授团队提出正交电场驱动量子点定域沉积制备高分辨量子点像素的新方法，实现了高达23090 PPI像素密度量子点的制备，同时取得了99%的高像素保真度。该成果发表在国际顶尖光学期刊《Light: Science & Applications》，题为“Ultrahigh-resolution, high-fidelity quantum dot pixels patterned by dielectric electrophoretic deposition”。罗成招博士为论文第一作者，陈煜教授和任振伟副教授为论文的通讯作者。

研究背景

胶体量子点具有可调发射波长、窄发射光谱和高发光效率等优异的光学特性，已成为高性能显示器中最具竞争力的发光材料之一。目前随着虚拟现实、三维显示和近眼显示器等下一代显示器的发展，迫切希望获得分辨率超过10000 像素/英寸（PPI）的超高分辨率 QD 像素。然而，现阶段制备具有优异电致发光性能的超高分辨率 QD像素的方法还十分有限。此外，制备超高分辨率 QD像素往往还面临高QD 像素分辨率与高保真度难以兼得的难题。因而，如何实现高分辨、高保真QD像素以及高效QLED的制备仍然面临巨大的挑战。

难点与挑战

与采用热蒸发制备工艺的有机材料像素化的方法不同，QD 像素主要通过与溶液兼容的方法实现，如喷墨打印、转印和光刻等方式。其中，喷墨打印方法因其与 QD 墨水的良好兼容性而被广泛用于制备QD像素。但QD 像素的分辨率在很大程度上受到喷墨打印喷头尺寸的限制，制备得到的数十微米像素往往只有几百 PPI的像素密度。最近，有报道通过将转印技术与Langmuir-Blodgett 薄膜技术相结合，制备了高达 25400 PPI 的QD 像素。然而，微米级像素难以对齐的问题导致高分辨率 QD 像素的保真度较低。同时，转印过程中使用的精密模板制备方法较为复杂且成本高昂。这些问题使利用转印技术制备高分辨率和高保真 QD 像素受到一定的限制。此外，有报道利用光刻胶通过光刻的方式制备各种形状/尺寸的高保真QD 像素。遗憾的是，光刻过程中使用的光刻胶溶液和显影剂都会对底层的 QDs层造成永久性损伤，导致制得的器件发光效率低下。

创新研究

1、介电泳沉积的创新设计：为了解决QD像素化过程光电性能损伤的难题，研究人员提出正交电场诱导与模板辅助协同作用制备高分辨率、高保真QD像素新方法。通过正交电场对量子点施加介电泳力引导量子点在模板特定图案区域的精准沉积，成功实现了23090 PPI的超高分辨率，并且获得了 99% 的高像素保真度。

图1. 正交电场与模板辅助作用的介电泳沉积示意图及制备的QD像素荧光图片

2、像素间漏电流的抑制：为了解决QD像素之间的电子和空穴传输层直接接触产生漏电流的难题，研究人员巧妙地利用热聚合的方式在QD像素间引入聚合物电荷阻挡层有效抑制了器件的漏电流，取得高达16.5%的最大外量子效率。

图2. 高分辨率量子点发光二极管制备过程示意图及器件性能曲线

总结与展望

该研究开发了一种新的QD像素制备方法，即利用正交电场引导QD在模板上的定域沉积，实现了23090 PPI的超高分辨率和99%的高保真度，解决了传统方法高分辨率QD像素保真度差的难题。同时，通过热聚合的方式在QD像素之间引入聚合物电子阻挡层，有效抑制器件漏电流，制备得到高效（16.5%）的电致发光器件，显示出该技术在显示领域中的巨大应用潜力。

论文信息

Luo, C., Ding, Y., Ren, Z. et al. Ultrahigh-resolution, high-fidelity quantum dot pixels patterned by dielectric electrophoretic deposition. Light Sci Appl 13, 273 (2024).

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01601-3

编辑：丁帅

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