近日，廈門大學(xué)＆廈門市未來(lái)顯示技術(shù)研究院團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)發(fā)光微球?qū)崿F(xiàn)超高效和明亮Micro LEDs方面實(shí)現(xiàn)新突破。
引言
微米級(jí)發(fā)光二極管（Micro LED）作為下一代顯示技術(shù)正在不斷發(fā)展，然而，傳統(tǒng)無(wú)機(jī)III-V半導(dǎo)體LED小型化到微尺度（≤50µm）的過(guò)程中，面臨著綠色和紅色LED輻射效率急劇下降、傳質(zhì)困難、紅綠藍(lán)（RGB）像素驅(qū)動(dòng)電壓失配等技術(shù)和性能方面的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重影響了其商業(yè)化進(jìn)程。為了解決這些問(wèn)題，采用納米級(jí)尺寸、高效率、窄帶發(fā)射、高色純度的紅、綠量子點(diǎn)（QDs）作為顏色轉(zhuǎn)換材料，與藍(lán)色微型LED結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了全彩微型LED顯示。該方法有望簡(jiǎn)化傳質(zhì)，易于驅(qū)動(dòng)電路，成本低。
然而，由于量子點(diǎn)在藍(lán)色區(qū)域的消光系數(shù)低，量子點(diǎn)的光提取效率（LEE）較差，導(dǎo)致量子點(diǎn)轉(zhuǎn)換的微型LED藍(lán)光泄漏嚴(yán)重，發(fā)光效率低，因此量子點(diǎn)顏色轉(zhuǎn)換層（CCL）的性能仍然較低。最近，通過(guò)將量子點(diǎn)嵌入到納米多孔GaN中，并在器件中添加濾色器（CF）或分布式布拉格反射器（DBR）來(lái)吸收或反射量子點(diǎn)無(wú)法吸收的殘留藍(lán)光，可以有效地抑制藍(lán)光泄漏。然而，這些方法不可避免地會(huì)增加功耗，降低視角，并增加微型LED顯示屏的表面溫度。此外，對(duì)于傳統(tǒng)的QD顯示器，QD CCL被夾在兩個(gè)厚度高達(dá)260微米的水氧阻隔層之間，以提高顯示器的可靠性這種策略不適合微型LED，因?yàn)殚L(zhǎng)寬比會(huì)顯著增加，這使得小像素（<50µm）的圖案難以形成。雖然可以通過(guò)涂覆二氧化硅殼、氧化鋁殼或硅氧烷配體來(lái)制備更薄、更穩(wěn)定的量子點(diǎn)像素，而無(wú)需使用水-氧屏障層，從而提高量子點(diǎn)的PL穩(wěn)定性，但由于硅烷水解、表面配體修飾或原子層沉積（ALD）對(duì)量子點(diǎn)表面的破壞和較低的藍(lán)色吸收率，從而大大降低了量子點(diǎn)的顏色轉(zhuǎn)換性能，增加了非輻射復(fù)合。
因此，構(gòu)建同時(shí)具有優(yōu)異色彩轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異PL穩(wěn)定性的量子點(diǎn)材料是實(shí)現(xiàn)高可靠性全彩微型LED的關(guān)鍵。
新突破
樹突狀介孔硅球（dms）具有直徑可調(diào)、介孔豐富、高折射率、優(yōu)異的光學(xué)透過(guò)率和較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)。因此，將量子點(diǎn)封裝在dms的介孔中，可以提高量子點(diǎn)的顏色轉(zhuǎn)換性能和可靠性。介孔的空間限制作用降低了量子點(diǎn)的重吸收，使量子點(diǎn)與水和氧分離。此外，在介孔和填料之間形成的光學(xué)微腔改善了激發(fā)光和發(fā)射光的局部光場(chǎng)。然而，有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如i)如何在密封過(guò)程中抑制有機(jī)配體脫落并減少對(duì)量子點(diǎn)表面的損傷；ii)封裝結(jié)構(gòu)如何影響顏色轉(zhuǎn)換性能。
廈門大學(xué)解榮軍、黃凱、宣曈曈等人展示了綠色和紅色量子點(diǎn)發(fā)光微球，同時(shí)具有高顏色轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異的PL穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)超高效和明亮的RGB微型LED。采用濕法合成了平均直徑為220 nm的鎘基QD@dMS@聚馬來(lái)酸酐十八烯(PMAO)@SiO2 發(fā)光微球，其中PMAO作為量子點(diǎn)與SiO2殼層之間的橋梁。PMAO不僅可以抑制配體脫落，還可以抑制3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）的水解，從而破壞量子點(diǎn)的表面。結(jié)果表明，該微球具有較高的外光致發(fā)光量子效率（EQY）和對(duì)藍(lán)光、熱和水氧的優(yōu)異PL穩(wěn)定性。將時(shí)域有限差分（FDTD）與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合，揭示了顏色轉(zhuǎn)換性能的改善機(jī)理。最后，綠色和紅色微型LED的最大外部量子效率（EQEs）分別達(dá)到40.8%和22.0%。它們進(jìn)一步與薄膜晶體管（TFT）背板集成，實(shí)現(xiàn)高像素分辨率和高亮度的微型LED顯示屏。
結(jié)果
（來(lái)源：未來(lái)顯示技術(shù)研究院）
