2023年10月14日， Small methods線上刊發了華中科技大學唐江教授主題組題為《All-thermally evaporated blue perovskite light-emitting diodes for active matrix displays》的研究論文。論文第一作者為朱佳興博士生，通訊作者為羅家俊副教授、李京徽博士、宋博翔副教授。論文第一單位為華中科技大學。

研究背景

顯示在我們的日常生活中無處不在，其具有萬億市場規模。鹵素鈣鈦礦發光二極體因其螢光量子產率高、半峰寬窄、原料便宜、加工容易受到了科研界和產業界的廣泛關注。尤其是鈣鈦礦色域可達140%的NTSC,優於目前主流的有機發光二極體（OLED）顯示技術。隨著鈣鈦礦發光二極體（PeLED）的快速發展，大規模製造主動矩陣PeLED顯示器（AM PeLED）越來越受到重視。

然而，高解析度PeLED陣列與薄膜電晶體背板的整合仍然是傳統旋塗技術面臨的重大挑戰，與之相對的熱蒸發製程是一種用於有機發光二極體（OLED）的技術，透過使用成熟的精細金屬掩模，可實現畫素化和大面積均勻製造。此外，它還提供精確的薄膜厚度調節、無溶劑製程和高真空的清潔環境。更重要的是，透過熱蒸產生的PeLED與現有的OLED製造流程完全相容，透過繼承現有的OLEDs生產線，將顯著降低製造成本。

研究內容及成果

唐江教授團隊針對熱蒸發CsPbBrxCl3-x外量子效率低的核心問題，引入原位鈍化策略，大大抑制了與缺陷相關的非輻射複合。團隊透過超快瞬態吸收光譜、瞬態螢光光譜研究了薄膜的質量，經過原位鈍化的CsPbBrxCl3-x&TPPO薄膜螢光壽命更高，在帶隙內顯示出較少的帶尾態，光致發光量子產率最終提升至30%，為優異的裝置性能奠定了基礎。

基於優化後的發光層薄膜，團隊進一步建構了全真空結構的鈣鈦礦發光二極體裝置。透過選用對鈣鈦礦薄膜有鈍化作用的電子傳輸層進一步修飾界面，製備工藝可相容於現有OLED產線技術，所製備的藍色PeLED在475nm處表現出2.47%的峰值外量子效率和純藍光發射，這代表了氣相沉積純藍色PeLED的最先進性能。。

為了驗證熱蒸發工藝的應用價值，我們報導了使用熱蒸發工藝的大面積藍色AM-PeLED的顯示屏，得益於熱蒸發的優異均勻性和兼容性，這塊6.67吋藍光AM-PeLED顯示螢幕成功顯示，解析度為394 ppi，代表著向全彩鈣鈦礦顯示器技術邁出了關鍵一步。

▲ 圖1. 全熱蒸發藍色PeLED的電致發光性能。(a) 裝置結構。(b) PeLED的能帶結構。以TSPO1或TPBi為電子傳輸層的裝置的(c) 電流密度-電壓、亮度-電壓曲線及(d) EQE-電流密度曲線。(e) TSPO1或TPBi元件在7.2 V電壓下的電致發光光譜，較窄的光譜表示較少的缺陷。(f) TSPO1或TPBi元件在電壓從5 V上升到7 V時的歸一化光譜。

▲ 圖2. 主動矩陣藍色PeLED顯示器的示範。(a) 藍色PeLED顯示面板的結構示意圖。(b) 顯示面板的截面SEM圖像，其中PDL層是用於分離PeLED的每個顯示單元的畫素定義層。(c) 國際照明委員會顯示器和REC 2020的藍色發射器座標。(de) 透過藍色AM PeLED顯示面板顯示的地球影像和字母。(f) 從(e) 字母影像放大的畫素到畫素圖案的顯微影像。
 

這項工作得到了中國國家自然科學基金、湖北省自然科學創新研究基金，博士後創新人才支持計劃、湖北省R&D項目、小米青年英才計劃與華中科技大學分析測試中心的支持與幫助。

（資料來源：華中科技大學電子裝置與三維整合ODTI官方公眾號－喻材光電）