4月6日，Nature Photonics在線刊發(fā)了華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院唐江教授課題組題為《Efficient all-thermally evaporated perovskite light-emittingdiodes for active-matrix displays》的研究論文。該工作是唐江教授團(tuán)隊(duì)與武漢華星光電技術(shù)有限公司合作，制備出一種適配TFT驅(qū)動(dòng)電路的高效鈣鈦礦發(fā)光二極管，實(shí)現(xiàn)了清晰度可比擬商用OLED產(chǎn)品、分辨率為1080×2400的顯示圖像動(dòng)畫，為全球首款有源驅(qū)動(dòng)的鈣鈦礦單色顯示面板。論文第一作者為李京徽、杜培培、郭慶勛和孫亮，通訊作者為羅家俊副教授和唐江教授。論文第一單位為華中科技大學(xué)。

       有源驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管是當(dāng)今顯示技術(shù)的重要元器件，在商業(yè)電子、醫(yī)療影像、教育科研等人機(jī)交互領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，具有千億級(jí)的市場(chǎng)規(guī)?！，F(xiàn)在商用OLED顯示技術(shù)的色純度較低，同時(shí)核心專利技術(shù)被歐美、日韓國(guó)家卡脖子；另外傳統(tǒng)Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體制備的Micro-LED顯示技術(shù)依賴于高溫工藝及外延襯底，無(wú)法直接與硅基電路集成，存在良率低、成本高等核心難題。近年來(lái)，鹵素鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）因其易調(diào)諧的發(fā)光帶隙（覆蓋可見光）、優(yōu)異的色純度（發(fā)光線寬<20 nm）、較低的材料成本以及可常溫制備等特性受到廣泛關(guān)注。尤其鈣鈦礦綠光材料，其色坐標(biāo)接近國(guó)際電信聯(lián)盟Rec. 2020綠光標(biāo)準(zhǔn)（0.170，0.797），相比于傳統(tǒng)的OLED技術(shù)可以顯著提升色域范圍，從而提升顯示面板的色彩質(zhì)量。此外，PeLED的外量子效率（EQE）已接近30%，與商用OLED顯示技術(shù)相媲美，這極大激發(fā)了人們將其推向顯示產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的興趣。

       但是目前高效PeLED主要依賴于溶液法制備，難以實(shí)現(xiàn)大面積像素化，不易進(jìn)一步與薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFT）驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合以實(shí)現(xiàn)顯示面板的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，PeLED的制備技術(shù)需要新的突破，以滿足其在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上的迫切需求。

       唐江教授團(tuán)隊(duì)采用熱蒸發(fā)技術(shù)（半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中廣泛運(yùn)用）制備PeLEDs器件，可借鑒OLED顯示產(chǎn)業(yè)中的成熟技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。針對(duì)熱蒸發(fā)PeLEDs面臨的長(zhǎng)期問(wèn)題——發(fā)光效率低，通過(guò)三源熱蒸發(fā)技術(shù)將TPPO配體材料引入CsPbBr₃的原位結(jié)晶過(guò)程中，TPPO配體在對(duì)載流子限域和晶體缺陷鈍化的同時(shí)，減緩了晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，促使原位生成高質(zhì)量結(jié)晶的CsPbBr₃-TPPO納米晶薄膜，PLQY接近80%（圖1）。基于CsPbBr₃-TPPO納米晶薄膜，團(tuán)隊(duì)構(gòu)筑了首個(gè)全熱蒸發(fā)器件結(jié)構(gòu)的PeLEDs，與現(xiàn)有OLED生產(chǎn)線兼容，制備的器件峰值EQE達(dá)到16.4%，較之前熱蒸發(fā)PeLEDs所報(bào)道的最高效率提升近一倍。

       通過(guò)將頂發(fā)射PeLEDs集成到6.67英寸的TFT背板上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了全球首款有源驅(qū)動(dòng)的鈣鈦礦單色顯示面板，圖2展示了顯示分辨率為1080×2400的高清圖像和視頻以及連續(xù)的灰度信息。以上充分證明了熱蒸發(fā)PeLED技術(shù)是一條滿足鈣鈦礦顯示面板批量化、大面積、像素化生產(chǎn)的可行路徑，并兼容現(xiàn)有的OLED產(chǎn)線和設(shè)備，有望直接推進(jìn)鈣鈦礦在顯示領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

圖1.熱蒸發(fā)CsPbBr₃的配體鈍化策略。(a)三源熱蒸發(fā)示意圖。

(b-c)熱蒸發(fā)CsPbBr₃和CsPbBr₃-TPPO的結(jié)晶過(guò)程對(duì)比示意圖。

(d-e)熱蒸發(fā)CsPbBr₃和CsPbBr₃-TPPO薄膜的SEM表面形貌以及晶體尺寸分布，

其中CsPbBr₃-TPPO薄膜晶粒尺寸更小且分布均勻。

(f)熱蒸發(fā)CsPbBr₃和CsPbBr₃-TPPO薄膜的熒光光譜圖。

圖2. 熱蒸發(fā)PeLED單色顯示面板應(yīng)用。(a) 顯示面板結(jié)構(gòu)的示意圖。

(b) 顯示面板截面的示意圖。(c) 顯示面板像素坑的截面SEM圖。

(d) AMPeLED顯示面板及其工作圖像。(e) 顯示面板靜態(tài)顯示圖像。

(f) 顯示面板視頻截圖，展示出豐富的灰階信息。

(g) 顯示面板的微觀像素圖像，相鄰之間的像素發(fā)光均勻。

       該研究工作得到了武漢華星光電技術(shù)有限公司在驅(qū)動(dòng)電路方面的大力支持，以及華中科技大學(xué)分析測(cè)試中心和武漢精測(cè)電子有限公司的設(shè)施支持。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北光谷實(shí)驗(yàn)室、湖北省創(chuàng)新研究群體基金、華星光電產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目和博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃的資助。

       論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01177-1

新聞鏈接：http://news.hust.edu.cn/info/1002/48241.htm

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