廈門研究團隊實現(xiàn)超高效高亮MicroLED

6月3日消息，廈門大學解榮軍、黃凱、宣曈曈等人展示了綠色和紅色量子點發(fā)光微球，同時具有高顏色轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異的PL穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)超高效和明亮的RGB Micro LED。

據(jù)介紹Micro LED具有超高分辨率、超高亮度、響應(yīng)速度快、高對比度、低功耗等特點。

然而，傳統(tǒng)無機III-V半導(dǎo)體LED小型化到微尺度（≤50μm）的過程中，面臨著綠色和紅色LED輻射效率急劇下降、傳質(zhì)困難、紅綠藍（RGB）像素驅(qū)動電壓失配等技術(shù)和性能方面的挑戰(zhàn)，嚴重影響了其商業(yè)化進程。

為了解決這些問題，采用納米級尺寸、高效率、窄帶發(fā)射、高色純度的紅、綠量子點（QDs）作為顏色轉(zhuǎn)換材料，與藍色微型LED結(jié)合，可實現(xiàn)全彩微型LED顯示。該方法有望簡化傳質(zhì)，易于驅(qū)動電路，成本低。

然而，由于量子點在藍色區(qū)域的消光系數(shù)低，量子點的光提取效率（LEE）較差，導(dǎo)致量子點轉(zhuǎn)換的微型LED藍光泄漏嚴重，發(fā)光效率低，因此量子點顏色轉(zhuǎn)換層（CCL）的性能仍然較低。

最近，通過將量子點嵌入到納米多孔GaN中，并在器件中添加濾色器（CF）或分布式布拉格反射器（DBR）來吸收或反射量子點無法吸收的殘留藍光，可以有效地抑制藍光泄漏。

然而，這些方法不可避免地會增加功耗，降低視角，并增加微型LED顯示屏的表面溫度。此外，對于傳統(tǒng)的QD顯示器，QD CCL被夾在兩個厚度高達260微米的水氧阻隔層之間，以提高顯示器的可靠性這種策略不適合微型LED，因為長寬比會顯著增加，這使得小像素（<50μm）的圖案難以形成。

雖然可以通過涂覆二氧化硅殼、氧化鋁殼或硅氧烷配體來制備更薄、更穩(wěn)定的量子點像素，而無需使用水-氧屏障層，從而提高量子點的PL穩(wěn)定性，但由于硅烷水解、表面配體修飾或原子層沉積（ALD）對量子點表面的破壞和較低的藍色吸收率，從而大大降低了量子點的顏色轉(zhuǎn)換性能，增加了非輻射復(fù)合。

因此，構(gòu)建同時具有優(yōu)異色彩轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異PL穩(wěn)定性的量子點材料是實現(xiàn)高可靠性全彩微型LED的關(guān)鍵。

樹突狀介孔硅球（dms）具有直徑可調(diào)、介孔豐富、高折射率、優(yōu)異的光學透過率和較強的化學穩(wěn)定性等特點。因此，將量子點封裝在dms的介孔中，可以提高量子點的顏色轉(zhuǎn)換性能和可靠性。

介孔的空間限制作用降低了量子點的重吸收，使量子點與水和氧分離。此外，在介孔和填料之間形成的光學微腔改善了激發(fā)光和發(fā)射光的局部光場。然而，有幾個關(guān)鍵問題需要解決，如i)如何在密封過程中抑制有機配體脫落并減少對量子點表面的損傷；ii)封裝結(jié)構(gòu)如何影響顏色轉(zhuǎn)換性能。

研究團隊采用濕法合成了平均直徑為220 nm的鎘基QD@dMS@聚馬來酸酐十八烯(PMAO)@SiO2 （QD@dMS@PMAO@SiO2）發(fā)光微球，其中PMAO作為量子點與SiO2殼層之間的橋梁。PMAO不僅可以抑制配體脫落，還可以抑制3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）的水解，從而破壞量子點的表面。

結(jié)果表明，該微球具有較高的外光致發(fā)光量子效率（EQY）和對藍光、熱和水氧的優(yōu)異PL穩(wěn)定性。將時域有限差分（FDTD）與實驗結(jié)果相結(jié)合，揭示了顏色轉(zhuǎn)換性能的改善機理。最后，綠色和紅色微型LED的最大外部量子效率（EQEs）分別達到40.8%和22.0%。它們進一步與薄膜晶體管（TFT）背板集成，實現(xiàn)高像素分辨率和高亮度的微型LED顯示屏。

（來源：未來顯示技術(shù)研究院）