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高效率高亮度顶发射InP QLED

2023-08-31

        摘要：印刷QLED相比印刷OLED具有高效率低电压广色域等优势，是印刷显示的重要发展方向之一。来自韩国首尔大学的研究者展示了他们在印刷QLED器件方面的最新进展。通过材料选择、器件结构优化等，成功的制备了具有极高亮度的新型QLED器件。器件最高亮度达到3,170,000 cd/m2。电流效率CE达到71.6Cd/A。该成果证明了印刷QLED具有极大的应用前景。

        关键词：印刷显示、OLED、QLED

 

        正文部分

        打印QLED器件具有高效率低电压等优势，已经展示出巨大的应用前景。而为了适应未来更多种场合应用的需求，尤其针对户外应用以及AR/VR等场景，研究者们正努力提高QLED显示的亮度的同时降低器件电压。


        但是在高亮度显示情况下，有一些不利因素必须克服。例如高亮度下较高的激子浓度会带来更为严重的三线态淬灭（TTA）问题。还有高电流下带来的焦耳热问题、俄歇复合等问题，都必须尽量抑制。


        研究者们首先制作了一个倒置结构顶发射QLED器件。


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图8，倒置顶发射QLED器件的结构(a)，以及器件性能(b-c)


        如图8(a)所示，研究者们选择了cg-QD（continuous graded QD）作为发光层材料。这是因为相比其他QD，它具有更好的抑制非辐射俄歇复合的能力。研究者们还对发光层中QD的数量进行了严格控制，降低了高电流下的激子浓度，从而抑制了多激子淬灭。基板则是选择了Si/SiO2衬底。相比于传统玻璃衬底，它具有更好的导热性能，从而可以抑制高电流密度下的焦耳热问题。经过光学腔长的调整，研究者们成功的制作了顶发射QLED器件。器件性能如图8(c)、(d)所示，最高亮度达到3,170,000 cd/m2。电流效率CE达到71.6Cd/A。300,000 cd/m2下LT50寿命则达到61小时。


        研究者们还制作了InP量子点的顶发射QLED器件。相比于底发射结构，顶发射器件结构有效的利用光学微腔效应增强了正向出光，同时收窄了光谱，如图9所示。


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图9，InP顶发射QLED器件的出光视角分布(a)以及光谱(b)与底发射的对比


        在此基础上，研究者们在空穴传输层和发光层之间插入一层激子利用层(EHL)。在这EHL中，产生的蓝色激子能量转移给绿色QD发光层，从而提高了整体器件的发光效率。为了更好地利用所有激子能量，EHL的发光材料优先选择磷光材料或者TADF材料。其能量转移机制如图10所示。


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图10，含EHL的InP QLED发光机理示意图


        进一步的，当选择EHL中发光材料时，研究者们发现TADF材料具有相比磷光材料更为优越的性能。这是因为磷光材料中三线态T1能量的转移通常是通过Dexter能量转移的方式。而这类能量转移的距离通常很短，只在相邻分子间进行。而此处发光层的材料是量子点，具有核壳结构。其壳层的厚度已经达到2.3nm，阻碍了Dexter能量转移。相比之下TADF材料通过Foster能量转移具有作用距离长的优势。因此，研究者们最终选定TADF材料DDCzTRz作为发光客体，掺杂在PPO21主体中形成5nm厚的EHL。


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图11，带有EHL的绿光InP QLED器件性能


        如图11所示，作者比较了没有EHL的参比（ref）器件、仅插入一层PPO21的Host only器件、以及带完整EHL的TADF器件的性能。三者的J-V特性相似。但最高亮度从ref器件的12,500 cd/m2到host-only器件的25,000 cd/m2，再到TADF器件的41,000 cd/m2，逐级提高。而光谱中基本没有蓝色成分证明了能量转移的有效性。效率方面，TADF器件达到了66.3Cd/A，大大高于ref器件的24.0Cd/A。这是迄今为止InP QLED报道过的最高效率。寿命方面，TADF器件也展示出了优势，达到ref器件寿命的4倍。这可能是由于EHL的引入消除了原本HTL/QD-EML界面处的电荷聚集问题。


        插入EHL的方案对红色QLED器件同样有效。具体可参见图12。


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图12，带有EHL的红光InP QLED器件性能

 

        文献参考

        1、 T. Lee, et al. “Highly Efficient and Bright Inverted Top-Emitting InP Quantum Dot Light-Emitting Diodes Introducing a Hole-Suppressing Interlayer”. Small, 2019, 15(50): 1905162 

        2、 T. Lee, et al. "Improving Efficiency and Brightness in Colloidal Quantum Dot LightEmitting Diodes " SID Digest (2023). p974.






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