近日，溫州理工學(xué)院智電學(xué)院朱陽斌老師與福州大學(xué)、福建師范大學(xué)合作，以第一作者身份在Cell子刊《Cell Reports Physical Science》（IF:8.9）發(fā)表重要研究成果。我校為第一完成單位，葉云洋副教授為共同通訊作者。這也是朱陽斌團(tuán)隊(duì)繼Nature子刊《Light : Science & Applications》（IF:20.2）和Nature index期刊《Advanced Materials》（IF:32.0）之后，近兩年發(fā)表的第三篇頂級(jí)期刊（總影響因子61.1）。

研究背景及意義

具有感知環(huán)境光學(xué)信息能力的近眼顯示(NED)設(shè)備對(duì)于沉浸式人-機(jī)交互顯示系統(tǒng)至關(guān)重要，例如增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和抬頭顯示(HUD)等。提供優(yōu)異圖像質(zhì)量的微顯示器是沉浸式顯示系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件，其中微顯示器必須滿足超高亮度、超高分辨率的要求（圖1）。目前主流NED產(chǎn)品多采用液晶顯示或微發(fā)光二極管(Micro-LED)等技術(shù)。但液晶顯示技術(shù)需要LED背光模組照明，且要求入射光線為偏振光(約50%損耗)，不可避免的導(dǎo)致器件亮度、分辨率偏低、體積偏大等缺點(diǎn)。

此外，Micro LED在像素的小型化過程中，也面臨著均勻性、全彩化難度大等系列問題。量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED)具有寬色域、高亮度、溶液加工和柔性可穿戴等優(yōu)勢(shì)，成為高性能NED設(shè)備的理想候選者。然而，QLED在高亮度下發(fā)光效率的滾降行為，嚴(yán)重限制了其在NED領(lǐng)域的應(yīng)用。其主要原因是在高亮度條件下，發(fā)光層中載流子注入不平衡導(dǎo)致的非輻射復(fù)合現(xiàn)象加劇，多余的電子反向轉(zhuǎn)移并積聚在空穴輸運(yùn)層界面處。如何實(shí)現(xiàn)QLED器件在超高亮度范圍內(nèi)保持發(fā)光性能的穩(wěn)定性，迄今為止仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

圖1. 近眼顯示設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)與研究現(xiàn)狀

研究?jī)?nèi)容與亮點(diǎn)

基于上述分析，朱陽斌課題組提出了一種通用的空穴注入增強(qiáng)策略，基于原位摻雜的新型空穴注入層(H5Mo12O41P, PMA)廣泛應(yīng)用于高性能沉浸式NED系統(tǒng)。據(jù)介紹，本工作的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)是:

1. 通過原位摻雜一定比例的二價(jià)錫(Sn2+)，在不影響PMA高功函數(shù)的條件下顯著提高了薄膜的電導(dǎo)率?；赟n2+元素在PMA材料(Sn:PMA)中摻雜的調(diào)控，QLED器件的外量子效率（EQE）從9.6%顯著提升到19.4%，這是迄今為止報(bào)道的以無機(jī)材料作為空穴注入層QLED器件的性能最佳值。值得一提的是，新型Sn:PMA功能層不僅具有高效的載流子輸運(yùn)能力，還擔(dān)負(fù)著抑制電荷逆向輸運(yùn)的責(zé)任。所制備的QLED器件在亮度為40158 cd/m2時(shí)達(dá)到EQE最大值，并在相當(dāng)大的亮度范圍內(nèi)(3461 cd/m2 ~ 118327 cd/m2)，EQE始終保持在17%以上，與高性能NED系統(tǒng)高度兼容(表1)。

表1. 本工作與現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道先進(jìn)器件的性能比較

2. Sn:PMA的設(shè)計(jì)同樣被證明廣泛適用于各種新型顯示器件，其中有機(jī)發(fā)光二極管OLED和鈣鈦礦發(fā)光二極管Per-LED器件的最大EQE分別達(dá)到17.3%和11.5%，器件使用壽命也有大幅度提升。除了具有優(yōu)越的光電性能外，Sn:PMA的制備成本約為傳統(tǒng)空穴注入層PEDOT:PSS價(jià)格的9.7%，并且無需等離子體處理即可直接制備。與PEDOT:PSS和NiO等傳統(tǒng)功能層相比，Sn:PMA在利潤(rùn)回報(bào)、穩(wěn)定性、可制造性以及可擴(kuò)展性方面都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?？偟膩碚f，這項(xiàng)工作將朝著低成本、高亮度和高性能NED設(shè)備的最終商業(yè)化邁出一大步(圖2)。

 圖2.新型發(fā)光器件—廣泛應(yīng)用于高性能近眼顯示系統(tǒng)

來源：溫州理工學(xué)院智電學(xué)院

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