AM內封底：能貼在皮膚上的超薄顯示屏

科技 10-31

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在下一代的可穿戴電子設備中，可貼在皮膚上的超薄顯示屏無疑是重要的組件。為了追求超薄顯示屏，科學家設計了很多微型超薄的發光二極體（LED），包括無機微型發光二極體（iLED）、高分子發光二極體（PLED）和有機發光二極體（OLED）。但是，它們工作電壓高，穩定性不能令人滿意，顯示屏的規格比較厚。和它們相比，量子點發光二極體（QLED）的窄帶寬使得發出的光具有諸多優勢，例如顏色純度高、帶隙可調控性大、電致發光亮度高、工作電壓低、穩定性高，這些性質使它特別適用於下一代可穿戴電子設備的超薄顯示屏中。

近日，韓國基礎科學研究所（IBS）的Taeghwan Hyeon教授、Dae-Hyeong Kim教授等人開發了一種超薄的QLED顯示屏。它的厚度只有大約5.5 μm，能和皮膚充分接觸，並且在劇烈變形後不會發生疲勞現象。它能夠顯示各種圖案，包括字母、數字和符號。與柔性驅動電路和可穿戴式感測器完美結合後，這種能貼在皮膚上超薄顯示屏可通過觸摸式用戶界面顯示多種信息，例如外界溫度和佩戴者運動的步數。相關工作發表於Advanced Materials雜誌上，並被選為內封底文章。值得一提的是，作者在致謝中提及相關工作得到了三星集團的大力支持。

Taeghwan Hyeon教授。圖片來源：IBS

當期AM的內封底設計。圖片來源：Adv. Mater.

這種QLED顯示屏的結構（下圖a）包括ITO陽極、摻雜了鋰的鋁（Li:Al）和金（Au）組成的陽極和帶量子點（QD）層的電荷傳輸層（HTL）組成。而帶量子點層的電荷傳輸層包括電子傳輸層（ETL）、核/殼結構量子點、空穴傳輸層（HTL）、空穴注入層（HIL），並設置在陰極和陽極之間。整個顯示屏的頂部和底部都用Parylene C和環氧樹脂封裝。

超薄QLED顯示屏結構及RGB顏色顯示。圖片來源：Adv. Mater.

在QLED顯示屏中，量子點起到了極其重要的作用。QLED顯示屏能分別發出綠色、藍色、紅色的光（上圖b），這是由量子點的發光顏色所決定的。此外，量子點的殼層厚度對QLED的亮度有顯著的影響。從QLED中的量子點的時間分辨光致發光譜可以看到，量子點的殼層越厚，量子點的載流子的平均壽命越長，表明比較厚的殼層有利於抑制非輻射複合。因此，基於較厚殼層的量子點（C/SThickQDs）的QLED的亮度較高，在工作電壓為9 V時達到44,719 cd/m2，這是迄今報道的可穿戴LED中的最高值。同時，它能在大範圍的低工作電壓下保持高亮度，這對於可穿戴的電子設備來說非常重要。基於上述原因，C/SThickQDs更適合用來製作QLED顯示屏。

QLED的電致發光性能。圖片來源：Adv. Mater.

研究團隊使用基於C/SThickQD的QLED陣列製備了QLED超薄顯示屏。其中16×16顯示屏的亮度在峰間電壓為6 V時高達674 cd m?2，讓iPhone 7都自嘆不如（亮度最大值為625 cdm?2）。雖然顯示屏具有很高的亮度，但是它卻沒有過熱的問題。當峰間電壓為6~8 V時，16×16 QLED顯示屏的溫度始終低於28.5 ℃，貼在皮膚上，不會給皮膚帶來不適。此外，它還具有出色的機械性能、防水性能和柔性，在嚴苛的力學條件下（例如壓皺、捲曲等）不會發生疲勞現象，甚至彎曲1000次之後仍能正常工作。