隨著人們對(duì)多功能、智能電子設(shè)備的需求日益增加，交互式顯示在現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用前景也更加廣闊。目前，集成多種功能于一體的交互式顯示設(shè)備已成為顯示技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。鈣鈦礦量子點(diǎn)（PQD）出色的發(fā)光性能使其成為下一代廣色域顯示器的理想發(fā)光材料。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，福州大學(xué)光電顯示技術(shù)研究所、中國福建光電信息科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、溫州理工學(xué)院以及福建師范大學(xué)海峽柔性電子（未來科技）學(xué)院（研究所）的研究人員設(shè)計(jì)并制作了一款基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的光傳感和顯示雙功能LED器件：SD-PQLED。該器件可作為輸出端口顯示信息，同時(shí)作為輸入端口感知外部光信號(hào)，并以非接觸方式調(diào)制顯示信息。雙重功能得益于該器件的設(shè)計(jì)：（1）器件中的空穴傳輸層作為光傳感層吸收外部光信號(hào)；（2）引入的空穴捕獲層界面，可捕獲來自光傳感層的空穴，從而調(diào)節(jié)電荷傳輸特性和發(fā)光強(qiáng)度。具有不同時(shí)空信息的光信號(hào)可進(jìn)一步調(diào)制器件的傳感和顯示能力。這種傳感和顯示功能的融合在非接觸式交互屏幕和通信端口中具有廣闊的前景。

圖1 （a）光交互顯示器的概念圖，光筆沿著紅色箭頭所示路徑照亮顯示器像素，實(shí)現(xiàn)顯示器上的“光寫入”；（b）i. 基于光交互層和發(fā)光層的SD-PQLED原理圖；ii. 光交互層和器件光電流的機(jī)理圖；（c）四像素SD-PQLED的光交互顯示概念圖。

圖2 （a）CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)的晶格結(jié)構(gòu)示意圖；（b）鈣鈦礦量子點(diǎn)的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像；（c）鈣鈦礦量子點(diǎn)的光致發(fā)光（綠線）和吸收（黑線）光譜，插圖為鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨的光致發(fā)光照片；（d）鈣鈦礦量子點(diǎn)的X射線衍射（XRD）光譜；（e）鈣鈦礦量子點(diǎn)油墨的光致發(fā)光衰減曲線；（f）SD-PQLED原理圖；（g，h）橫截面透射電鏡（TEM）圖像，顯示了多層器件之間的清晰度對(duì)比。

研究人員制備了由氧化銦錫（ITO）/聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）/聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]（PTAA）/鈣鈦礦量子點(diǎn)/1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（TPBi）/氟化鋰（LiF）/鋁（Al）組成的器件，其中1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯、氟化鋰和鋁層通過熱真空沉積制備，其余層依次旋涂在預(yù)制的氧化銦錫上。綠色CsPbBr3鈣鈦礦量子點(diǎn)作為發(fā)光層，聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]和1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯作為空穴和電子傳輸層，氧化銦錫和鋁分別作為器件的陽極和陰極。然后，他們?cè)诰郏?,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）和聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]之間引入了硫氰化銅（CuSCN）層作為空穴提取層（圖2f）。該器件的橫截面透射電鏡圖像顯示出清晰的功能層邊界，如圖2（g~h）所示。

圖3 （a）SD-PQLED的能帶圖；（b）器件的電致發(fā)光譜，插圖是該器件的電致發(fā)光照片；（c）器件對(duì)應(yīng)的國際照明委員會(huì)（CIE）色度坐標(biāo)；（d）器件的J-V-L特性；（e）器件的外量子效率（EQE）作為電流密度的函數(shù)；（f）器件的發(fā)光效率（LE）和功率效率（PE）作為電流密度的函數(shù)；沉積在氧化銦錫基底上的硫氰化銅（g）、PTAA（h）和CuSCN/PTAA薄膜（i）的原子力顯微鏡（AFM）形貌圖。

SD-PQLED的光交互特性可以通過紫外光（UV）不同的照射時(shí)長(zhǎng)及照射強(qiáng)度進(jìn)一步調(diào)制，這對(duì)于傳感器顯示非常重要。不同照明時(shí)長(zhǎng)調(diào)制下器件的電流變化如圖4c所示。當(dāng)將光信號(hào)強(qiáng)度固定在每平方厘米79毫瓦，并將照明時(shí)長(zhǎng)依次調(diào)整為10秒、12秒、15秒和17?秒時(shí)，器件的電流隨著照明時(shí)長(zhǎng)的增加不斷增大。當(dāng)照射17秒時(shí)，器件電流比初始值增加了95%（圖4e）。研究人員還研究了光照強(qiáng)度對(duì)器件電流的影響（圖4d）。在相同的光照時(shí)長(zhǎng)下，隨著光信號(hào)強(qiáng)度從每平方厘米63毫瓦增加到129?毫瓦，器件的電流增加率從60%增長(zhǎng)到100%（圖4e）。這是因?yàn)檎彰鲝?qiáng)度反映了光信號(hào)的空間信息，確定了單位時(shí)間內(nèi)光生載流子的量，并引發(fā)器件中的電流變化。當(dāng)光信號(hào)被移除時(shí)，所有電流都顯示出輕微的衰減，并未恢復(fù)到原來的水平，這意味著該器件可以記憶之前的光交互狀態(tài)，并將其顯示出來。

圖4 （a）PTAA（頂部）和CuSCN/PTAA（底部）膜的電容隨時(shí)間變化（燈打開和關(guān)閉）的曲線，插圖顯示了不同功能層的工作機(jī)制；（b）SD-PQLED在紫外光刺激下的工作機(jī)理圖；（c）不同照明時(shí)長(zhǎng)下的器件電流；（d）不同光強(qiáng)度照射下SD-PQLED的電流曲線；（e）不同照明強(qiáng)度（底部）和不同照明時(shí)長(zhǎng)（頂部）電流的變化率；（f）器件在周期性紫外光（UV）刺激下的典型光學(xué)開關(guān)特性。

綜上所述，研究人員制備了基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的LED器件，該器件可以在非接觸模式下實(shí)現(xiàn)傳感和顯示的雙重功能應(yīng)用。在該論文中，研究人員引入了空穴提取層（CuSCN）來捕獲源自聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]層的光生空穴，并調(diào)整電荷傳輸特性。該器件的傳感和顯示行為可通過不同時(shí)空信息的光信號(hào)進(jìn)一步調(diào)制。結(jié)果表明，單次光刺激后，該器件實(shí)現(xiàn)了9.7%的外量子效率最大峰值，電流和亮度分別提高了118%和108%（4伏電壓），具有出色的光交互和顯示能力。該傳感和顯示雙功能器件不僅可以增強(qiáng)已有的顯示能力，還能將多功能集于一體。得益于溶液處理能力和超高色純度多色鈣鈦礦量子點(diǎn)的最新發(fā)展，這類由大量SD-PQLED組成的顯示器在非接觸交互式屏中具有廣闊的發(fā)展前景。

審核編輯：郭婷