华中科技大学在钙钛矿及主动发光显示屏研究中取得新突破

    2023年10月14日， Small methods在线刊发了华中科技大学唐江教授课题组题为《All-thermally evaporated blue perovskite light-emitting diodes for active matrix displays》的研究论文。论文第 一作者为朱佳兴博士生，通讯作者为罗家俊副教授、李京徽博士以及宋博翔副教授。论文第 一单位为华中科技大学。

    研究背景

    显示在我们的日常生活中无处不在，其具有万亿市场规模。卤素钙钛矿发光二极管因其荧光量子产率高、半峰宽窄、原料便宜、加工容易受到了科研界和产业界的广泛关注。尤其是钙钛矿色域可达140%的NTSC,优于当前主流的有机发光二极管（OLED）显示技术。随着钙钛矿发光二极管（PeLED）的快速发展，大规模制造有源矩阵PeLED显示器（AM PeLED）越来越受到关注。然而，高分辨率PeLED阵列与薄膜晶体管背板的集成仍然是传统旋涂技术面临的重大挑战，与之相对的热蒸发工艺是一种用于有机发光二极管（OLED）的技术，通过使用成熟的精细金属掩模，可以实现像素化和大面积均匀制造。此外，它还提供精确的薄膜厚度调节、无溶剂工艺和高真空的清洁环境。更重要的是，通过热蒸发生产的PeLED与现有的OLED制造工艺完全兼容，通过继承现有的OLEDs生产线，将显著降低制造成本。

    研究内容及成果

    唐江教授团队针对热蒸发CsPbBrxCl3-x外量子效率低的核心问题，引入原位钝化策略，极大地抑制了与缺陷相关的非辐射复合。团队通过超快瞬态吸收光谱、瞬态荧光光谱研究了薄膜的质量，经过原位钝化的CsPbBrxCl3-x&TPPO薄膜荧光寿命更高，在带隙内显示出较少的带尾态，光致发光量子产率最终提升至30%，为优异的器件性能奠定了基础。

    基于优化后的发光层薄膜，团队进一步构筑了全真空结构的钙钛矿发光二极管器件。通过选用对钙钛矿薄膜有钝化作用的电子传输层进一步修饰界面，制备工艺可兼容现有OLED产线技术，所制备的蓝色PeLED在475nm处表现出2.47%的峰值外量子效率和纯蓝光发射，这代表了气相沉积纯蓝色PeLED的最先进性能。。

    为了验证热蒸发工艺的应用价值，我们报道了使用热蒸发工艺的大面积蓝色AM-PeLED的显示屏，得益于热蒸发的优异均匀性和兼容性，这块6.67英寸蓝光AM-PeLED显示屏成功显示，分辨率为394 ppi，这代表着向全彩钙钛矿显示器技术迈出了关键一步。

图1. 全热蒸发蓝色PeLED的电致发光性能。(a) 器件结构。(b) PeLED的能带结构。以TSPO1或TPBi为电子传输层的器件的 (c) 电流密度-电压、亮度-电压曲线和 (d) EQE-电流密度曲线。(e) TSPO1或TPBi器件在7.2 V电压下的电致发光光谱，较窄的光谱表示较少的缺陷。(f) TSPO1或TPBi器件在电压从5 V上升到7 V时的归一化光谱。

图2. 有源矩阵蓝色PeLED显示屏的演示。(a) 蓝色PeLED显示面板的结构示意图。(b) 显示面板的截面SEM图像，其中PDL层是用于分离PeLED的每个显示单元的像素定义层。(c) 国际照明委员会显示器和REC 2020的蓝色发射器坐标。(d-e) 通过蓝色AM PeLED显示面板显示的地球图像和字母。(f) 从(e) 字母图像放大的像素到像素图案的显微图像。

    致谢

    这项工作得到了国家自然科学基金、湖北省自然科学创新研究基金，博士后创新人才支持计划、湖北省R&D项目、小米青年英才计划与华中科技大学分析测试中心的支持与帮助，在此一并感谢。