廈門研究團隊實現超高效高亮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光微球，同時具有高顏色轉換效率和優異的PL穩定性，從而實現超高效和明亮的RGB Micro LED。

據介紹Micro LED具有超高分辨率、超高亮度、響應速度快、高對比度、低功耗等特點。

然而，傳統無機III-V半導體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、傳質困難、紅綠藍（RGB）像素驅動電壓失配等技術和性能方面的挑戰，嚴重影響了其商業化進程。

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

然而，由于量子點在藍色區域的消光系數低，量子點的光提取效率（LEE）較差，導致量子點轉換的微型LED藍光泄漏嚴重，發光效率低，因此量子點顏色轉換層（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換性能，增加了非輻射復合。

因此，構建同時具有優異色彩轉換效率和優異PL穩定性的量子點材料是實現高可靠性全彩微型LED的關鍵。

樹突狀介孔硅球（dms）具有直徑可調、介孔豐富、高折射率、優異的光學透過率和較強的化學穩定性等特點。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光和發射光的局部光場。然而，有幾個關鍵問題需要解決，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)封裝結構如何影響顏色轉換性能。

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。

結果表明，該微球具有較高的外光致發光量子效率（EQY）和對藍光、熱和水氧的優異PL穩定性。將時域有限差分（FDTD）與實驗結果相結合，揭示了顏色轉換性能的改善機理。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：未來顯示技術研究院）