【導(dǎo)讀】在未來的電子產(chǎn)品中，所有的設(shè)備組件將被無線連接到作為信息輸入和/或輸出端口的顯示器上。因此，消費(fèi)者對(duì)下一代消費(fèi)電子產(chǎn)品信息輸入/輸出功能的需求，導(dǎo)致了對(duì)柔性和可穿戴顯示器的需求將會(huì)越來越大。在眾多下一代發(fā)光顯示器設(shè)備中，量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLEDs）具有獨(dú)特的優(yōu)勢，如色域?qū)?、純度高、亮度高、電壓低、外觀極薄等。
柔性顯示器由于其在移動(dòng)和可穿戴電子產(chǎn)品（如智能手機(jī)、汽車顯示器和可穿戴智能設(shè)備等）的潛在應(yīng)用前景，而受到了極大的關(guān)注。柔性顯示器具有薄、輕、不易破碎的特點(diǎn)，且形狀可變，能在曲面上使用。2008年，諾基亞宣布了“Morph” 的創(chuàng)新移動(dòng)顯示概念，這是一種具有柔性、可彎曲和交互功能的顯示。這也被開發(fā)成柔性電子紙的早期原型。2013年，三星電子展示了第一個(gè)基于有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的曲面電視，其視野廣闊、色彩純度和對(duì)比度都非常高。兩年后，它們又發(fā)布了一款帶有曲面屏（GalaxyS6）的智能手機(jī)，該智能手機(jī)使用了一個(gè)帶有觸摸傳感器的曲面OLED顯示屏，以改善用戶界面與設(shè)備設(shè)計(jì)。
雖然非平面顯示器已經(jīng)被推廣使用，但目前可用的商業(yè)化顯示器大多是彎曲的顯示器，其形狀是無法改變的。而下一代顯示器應(yīng)該是可以以各種形式展現(xiàn)的，如圖1所示。智能眼鏡和/或智能隱形眼鏡將用于支持增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，在眼鏡或鏡頭后面的自然場景中添加顯示信息；通過智能手表實(shí)時(shí)顯示，可穿戴傳感器可以測量使用者的生命體征（如血壓、脈搏、呼吸頻率和體溫）或其他健康信息；或者以紗線的形式制備的LED織入布料中，用于可穿戴顯示器；也可以電子紋身的形式將超薄顯示器附著在人體皮膚上；還可以將可彎曲顯示器作為能調(diào)節(jié)的可折疊平板電腦等。此外，透明的柔性顯示器可以用于智能窗戶或數(shù)字標(biāo)識(shí)，在背景視圖中顯示數(shù)字信息。
圖1：未來的柔性和可穿戴顯示器
在這種下一代顯示器的研究領(lǐng)域中，主要的技術(shù)目標(biāo)是開發(fā)具有機(jī)械變形能力和優(yōu)異器件性能的LEDs。無機(jī)LEDs的亮度高（106~108cd m-2）和啟亮電壓低（<2V），已被用于開發(fā)柔性LED陣列中。然而，其活性層厚（微米級(jí)）且易碎的缺點(diǎn)限制了它們的柔性，而點(diǎn)陣列設(shè)計(jì)也無法實(shí)現(xiàn)高分辨率顯示（表1）。有機(jī)發(fā)光二極管（OLEDs）和聚合物發(fā)光二極管（PLEDs）已經(jīng)成為一個(gè)熱門的研究課題，因?yàn)椴捎米园l(fā)光的活性層極大地簡化了器件的結(jié)構(gòu)，從而大大降低了整個(gè)顯示器厚度。最近，LG電子在SID 2017推出了一款66英寸的超大電視，將面板的厚度降低到1毫米。然而，當(dāng)前OLED顯示器的柔性仍然受到厚封裝層的限制（例如，它允許彎曲而不是折疊或拉伸）。因此，開發(fā)具有連續(xù)彎曲應(yīng)力的薄膜封裝層，有效防止有機(jī)活性層、有機(jī)電荷輸送層和薄金屬電極氧化是非常重要的。
最近，量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLEDs）因其優(yōu)異的顏色純度（FWHM為30 nm）、高亮度（高達(dá)20萬cd m 2）、低工作電壓（開啟電壓<2V）以及易加工等特點(diǎn)，受到了極大的關(guān)注。無機(jī)量子點(diǎn)（QDs）的熱穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性可以增強(qiáng)顯示器的壽命和耐用性。此外，最近在模式技術(shù)方面的進(jìn)步使得達(dá)到超高分辨率的全色（紅色、綠色和藍(lán)色;RGB）QLED陣列，它不能用傳統(tǒng)的顯示處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)（例如，OLEDs中的陰影掩蔽）。表1總結(jié)了上述發(fā)光二極管的更詳細(xì)的特征。
為了讓大家了解下一代QLED柔性顯示器，這里將分別介紹基于先進(jìn)量子點(diǎn)技術(shù)的各種器件應(yīng)用，包括柔性白光QLED、可穿戴QLED、柔性透明QLED以及柔性QLED與可穿戴傳感器、微控制器和下一代可穿戴電子設(shè)備的無線通信單元的集成。
高效QLED材料的設(shè)計(jì)
值得介紹的是最近的QLED的發(fā)展，因?yàn)樗c柔性/可穿戴的QLED的發(fā)展有很大的關(guān)系。在本節(jié)中，我們將討論QDs的材料化學(xué)，它能有效地操作QLED。QDs在顯示應(yīng)用方面有許多優(yōu)勢，它們來自于量子約束效應(yīng)。舉例來說，CdSe QDs的發(fā)射波長可以通過改變它們的尺寸大小來發(fā)射整個(gè)可見光波段的光（圖2a）。另外，基于各種半導(dǎo)體材料的QDs提供了較寬的光譜窗口和化學(xué)多功能性（圖2b，c）。高純色也是顯示應(yīng)用的一個(gè)重要特征。與商業(yè)化的高清電視的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射光譜（圖2d）相比，CdSe QDs發(fā)射光譜尖銳（FWHM~30nm）且色域?qū)挕?/div>
圖2：高效QLED材料的設(shè)計(jì)
核/殼QDs結(jié)構(gòu)（i，圖2e）常用于在QLED中，因?yàn)樵赒Ds核上包覆帶隙寬的殼材料，會(huì)鈍化表面缺陷，并將激子限制在核上，從而提高器件穩(wěn)定性與熒光量子效率（PLQY）。例如，CdSe/ZnS QDs的熒光量子效率達(dá)70%~95%，這比未包覆的QDs提高了一個(gè)量級(jí)。但是熒光量子效率的提高并不能保證其EL性能也得到提高。帶電QDs間的俄歇復(fù)合和/或不同QDs之間能量傳遞降低了EL效率。這些電荷轉(zhuǎn)移與能量傳輸過程受QDs核/殼界面結(jié)構(gòu)的影響，因此，核/殼QDs的結(jié)構(gòu)修飾語優(yōu)化已成為一個(gè)亟待攻克的問題。
控制核/殼結(jié)構(gòu)的最簡單方法是改變殼厚度，殼層厚度對(duì)QDs的載流子動(dòng)力學(xué)以及穩(wěn)定性都有很大的影響。帶有厚殼的QDs不那么閃爍（或不閃爍），因?yàn)殡姾刹▌?dòng)抑制或增強(qiáng)了帶電QDs（圖2 f）的PLQY。在厚殼QDs中增強(qiáng)的PL動(dòng)力學(xué)可以顯著提高器件性能。如圖2 g所示，器件中的QDs很容易被過度的電荷載體（在本例中為電子）充電。較厚的外殼有助于抑制QDs在光發(fā)射時(shí)的充電，從而提高了EL效率（圖2 h）。核/殼界面的組成對(duì)于載流子的注入和復(fù)合也是十分重要。
最近，有研究報(bào)道了兩種具有相似PLQY和帶隙的CdS/ZnSe量子點(diǎn)，即核/殼界面層分別為富CdS和富ZnSe的量子點(diǎn)（圖2 i,j）。其中富ZnSe QDs具有更好的EL性能，這歸功于ZnSe QDs具有較低的載流子注入能壘。目前，核/殼界面的組成能做到可控，但其對(duì)EL性能的影響機(jī)制尚不明確。最主要的問題在于沒有能夠精確表征核/殼QDs三維組成分布的測試方法。
QDs的結(jié)構(gòu)工程不僅改善了載流子動(dòng)力學(xué)過程，還提高了光輸出耦合等。例如，基于雙異質(zhì)結(jié)納米棒的QLEDs的性能得到極大提升（最大亮度=7600 cd m-2，峰值EQE=12%）（圖2 k，l）。在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)CdSe發(fā)射器直接連接到CdS納米棒，而CdSe的剩余表面被ZnSe鈍化。最終獲得的峰值EQE（12%）高于其預(yù)期的上限（8%）。這表明雙異質(zhì)結(jié)型納米棒的形狀各向異性和方向帶偏移可以改善光外耦合。
如今，人們對(duì)使用含有Cd元素的QDs越來越謹(jǐn)慎，因?yàn)镃d對(duì)人體和環(huán)境是有害的。這個(gè)問題在靈活/可穿戴顯示器上變得更加重要，在這種顯示器中，設(shè)備與人體直接接觸。例如，歐盟對(duì)有害物質(zhì)指標(biāo)的限制規(guī)定了在消費(fèi)電子產(chǎn)品中使用基于Cd的化合物。目前已提出了一些解決辦法，如封裝或降低Cd的濃度等。但開發(fā)高效、無重金屬的QLED是柔性可穿戴的QLED的商業(yè)成功的必要條件。
III-V族磷化銦（InP）QDs是一種很有前景的替代品，因?yàn)樗鼈兊膸墩▇1.34 eV），能覆蓋了整個(gè)可見的范圍，并有優(yōu)異的PLQYs。盡管已經(jīng)有關(guān)于InP QLED的報(bào)道，但其與Cd-S系化合物的QLED在性能上仍然存在差距，這與人們對(duì)InP QDs的EL過程還不夠了解有很大關(guān)系。然而，基于綠色的InP核/殼QDs的QLED的最新進(jìn)展（EQE：3.4%，亮度：10,490cd m-2）還是令人興奮的（圖2 m，n）。
QLED的結(jié)構(gòu)和原理
柔性/可穿戴式QLED的器件結(jié)構(gòu)在很大程度上采用了一般的QLED，只是略作修改，以達(dá)到更高的可變形性。QLEDs的一般結(jié)構(gòu)包括陽極、電子傳輸層（ETLs）、QD層、空穴傳輸層（HTLs）和陰極（圖3a）。QLED的工作原理如下：（i）電子和空穴從電極中注入電荷傳輸層（CTLs）；（ii）將載流子從CTLs中注入QDs；（iii）注入載流子在QDs層進(jìn)行輻射復(fù)合（圖3b）。QLEDs的性能和穩(wěn)定性在很大程度上取決于對(duì)CTL材料的選擇。好的CTLs應(yīng)該具有較高的載流子遷移率，并能很好地平衡電子/空穴注入。根據(jù)所使用的CTLs類型，QLEDs的結(jié)構(gòu)可以分為四種不同類型（圖3 c）：（i）有機(jī)/QD雙層；( ii)全有機(jī)型；(iii)全無機(jī)型（iv）有機(jī)-無機(jī)雜化型。不同器件構(gòu)型的峰值EQE與亮度總結(jié)，如圖3d，e所示。由于結(jié)構(gòu)i非常簡單，最早被用于QLEDs器件中。但由于沒有ETLs，且QDs和CTLs的物理分離差，導(dǎo)致電子注入很難控制，漏電流大，使得器件的最大亮度只有100 cd m-2，EQE<0.01%。為了解決這些問題，提出了結(jié)構(gòu)ii，即將QD層夾在有機(jī)HTLs和ETLs之間，形成三明治結(jié)構(gòu)。最早的結(jié)構(gòu)ii型器件的峰值EQE為0.5%，并已提高到6%（圖3d，e）
圖3 QLED的器件結(jié)構(gòu)和操作原理
無機(jī)CTLs（結(jié)構(gòu)iii）有很高的導(dǎo)電性和環(huán)境穩(wěn)定性（如耐氧抗?jié)瘢?。早期是將QD層夾在p型和n型GaN之間（EQE<0.01%）。后來，出現(xiàn)了由金屬氧化物（如ZnO、SnO2、ZnS、NiO和WO3）組成的全無機(jī)CTLs的QLEDs。這些器件在長期使用和高電流密度條件下表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性，對(duì)未來的柔性顯示應(yīng)用極為有利。然而，由于在無機(jī)層的嚴(yán)酷沉積過程中QDs的降解，整體設(shè)備性能較差。這種類型（iv）結(jié)構(gòu)（通常是有機(jī)的HTLs和無機(jī)ETLs）是為了同時(shí)利用無機(jī)和有機(jī)CTL的優(yōu)勢而開發(fā)的。盡管在最初的工作中，它們的性能并沒有顯著提高（EQE的0.2%），但是將ZnO納米顆粒引入ETLs是一個(gè)重要的突破。即使以納米粒子的形式存在，ZnO也表現(xiàn)出了良好的電子遷移能力，在器件中引入這些納米顆粒時(shí)，底層的QD層不會(huì)發(fā)生顯著的破壞。目前，由于ZnO納米顆粒優(yōu)異的性能（見圖3d，e），使用其作為ETLs的器件已經(jīng)成為QLED研究的標(biāo)準(zhǔn)，包括柔性設(shè)備。這些器件的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是超薄的整體層（數(shù)百納米），這使得它們適合于柔性顯示器。例如，最近的一項(xiàng)研究表明，這種高度可變形的可穿戴式發(fā)光二極管的總厚度小于3 μm，包括設(shè)備部件和雙層封裝層。
全彩色顯示器的QDs圖形技術(shù)
為實(shí)現(xiàn)高分辨率的全彩色顯示器（包括柔性顯示器），人們做出了巨大的努力。最大的難點(diǎn)在于可穿戴式和/或便攜式電子設(shè)備，與柔性顯示器相結(jié)合，需要高分辨率和全色形式，在有限的空間內(nèi)呈現(xiàn)生動(dòng)的視覺信息。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，電視的分辨率達(dá)到了超高的清晰度(UHD，3840×2160)，智能手機(jī)的高度為每英寸800像素（ppi）。例如，XperiaXZ Premium（Sony）的像素分辨率為807 ppi。為了顯示自然、清晰的圖像，就需要更高分辨率顯示器，因?yàn)槭褂酶?xì)的像素分辨率的顯示器可以表達(dá)更生動(dòng)的圖像。如果出現(xiàn)頭掛式顯示器或虛擬現(xiàn)實(shí)顯示器，可以應(yīng)用柔性顯示器，則需要實(shí)現(xiàn)更高分辨率的顯示器，通過放大原始的二維圖像來投射三維的突觸圖像。目前，有兩種主要的方法可以將不同顏色的QDs和高分辨率的彩色QDs通過轉(zhuǎn)印或噴墨打印集成到顯示面板上。
由于合成的膠體QDs分散在溶液中，所以在早期的QLED研究中，通常使用旋涂方式制備薄膜，形成單色發(fā)光器件。后來，人們使用彈性體會(huì)結(jié)構(gòu)（如聚二甲基硅氧烷，PDMS）印章來制備像素化的QD圖案。2008年，有學(xué)者報(bào)道了帶有線條和空間的QLED，是通過直接旋涂QDs溶液到一個(gè)有結(jié)構(gòu)的印章上。隨后SAIT的研究人員開發(fā)了一種動(dòng)態(tài)控制的轉(zhuǎn)印技術(shù)，過程如下：將旋涂得到的QD薄膜快速從自組裝的單層處理過的基板上取出，放到所需的基底上（圖4a）。由于在印章上施加壓力（圖4b），相比之下，轉(zhuǎn)印后的QD層空缺和裂縫都減少。此堆積良好的QD層可以使器件的漏電流降低、電荷輸運(yùn)提高（圖4 c）。使用這種轉(zhuǎn)印方法，成功制得像素為320×240的4英寸大的全彩色柔性顯示屏。
圖4 多色QLEDs的圖案技術(shù)
除了轉(zhuǎn)印技術(shù)外，噴墨打印技術(shù)也引起了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗梢源蛴∷璧膱D案，不需要光護(hù)金屬掩膜板。然而，傳統(tǒng)的噴墨打印方法不適合制備精細(xì)圖案的QD薄膜。因?yàn)樘岣邍娔€(wěn)定性，往往需要加入添加劑來提高QDs的分散性。而加入的添加劑會(huì)影響QDs薄膜中的電荷有效傳輸，從而降低OLED的電學(xué)性能。為了解決這一問題，研究人員使用電動(dòng)力噴墨打印技術(shù)（圖4 g，h），可以制備~5μm精細(xì)的QD圖案。該技術(shù)使用電場將QD墨水以窄幅的寬度噴出，由此產(chǎn)生的QD圖案顯示出均勻的線厚度。使用這個(gè)印刷方法，紅色和綠色的QD像素分辨率可達(dá)到商業(yè)顯示要求。
柔性白光QLEDs
白色發(fā)光二極管（WLED）被廣泛應(yīng)用于大面積照明設(shè)備和/或顯示面板的背光光源。正在使用的無機(jī)WLED陣列是點(diǎn)發(fā)射，而不是面發(fā)射，導(dǎo)致區(qū)域的不均勻性。有機(jī)WLED被認(rèn)為是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，但存在壽命和成本的問題。因此，膠體QDs因其量子效量高、發(fā)射光譜大小可調(diào)、發(fā)射帶寬窄和光/熱穩(wěn)定等特性，被用作WLED的發(fā)光組件。目前，人們在基于QDs的高效WLED進(jìn)行了大量研究。
有報(bào)道采用紅色CdSe/CdS/ZnS/CdSZnS)、綠色(CdSe/ZnS/CdSZnS)與藍(lán)色無機(jī)LED結(jié)合形成的WLED背光源，和液晶顯示器組成的46英寸的電視面板。然而，這種顏色轉(zhuǎn)換的WLED量子效率低，因?yàn)樾兜腝Ds、內(nèi)部光散射、光漂白和不平電荷載流子重新吸收了高能光子。另外，傳統(tǒng)光源的發(fā)射光譜寬，導(dǎo)致發(fā)光效率和顏色呈現(xiàn)指數(shù)（CRI）低。
為了提高WLED的CRI和發(fā)光效率，場致發(fā)光的白色QLED使用不同顏色的QDs混合而成的（圖5a）。2007年，報(bào)告了一種使用單層隨機(jī)混合QDs的白色EL器件。通過控制RGB QDs的混合比，可以很容易地調(diào)節(jié)EL頻譜，而白色QLED顯示改進(jìn)的EQE和CRI分別為0.36%和81%。人類的眼睛可以很容易地感知到波長在440~ 650nm之間的光，因此，在這個(gè)范圍內(nèi)調(diào)優(yōu)發(fā)射光譜可以提高CRI值。Bae等人控制白色QLEDs的發(fā)射光譜,通過精確調(diào)整不同顏色的量子點(diǎn)的混合比(圖5 b,c)。因此，窄帶寬的QD發(fā)射器(< 30 nm)單色QD的顏色純度排放增加,但也會(huì)使寬光譜發(fā)射光譜的不同顏色之間的差距,降低國際wLED的價(jià)值。為了解決這個(gè)問題，排放峰值的數(shù)量可以增加。這就導(dǎo)致了更完全的可見光譜和更高的CRI值。CRI的價(jià)值從14個(gè)增加到93個(gè)，因?yàn)榛旌螿Ds的類型從兩個(gè)（藍(lán)色和黃色的QD）增加到4個(gè)（藍(lán)色，青色，黃色和紅色）。白色QLEDs基于量子點(diǎn)隨機(jī)混合有優(yōu)勢，比如容易處理和降低成本,但inter-particle不同顏色的量子點(diǎn)之間的能量傳遞誘發(fā)電流效率低，可憐的EQE，和紅移EL。因此,混合比和混合結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的不同應(yīng)該精確優(yōu)化獲得平衡的白色EL。
圖5 柔性白光QLEDs
為了提高EL效率，SAIT采用了“選擇-放置-轉(zhuǎn)印技術(shù)”（圖5d），層層堆積QD層。通過調(diào)整RGB QD層的堆積序列，能有效抑制非輻射能量轉(zhuǎn)移（如G→B），從而實(shí)現(xiàn)真正的白色EL(圖5 e,f)。但是，垂直方向上堆積的QD不可避免地存在粒子間的能量轉(zhuǎn)移（如G→R或B→R）。這是因?yàn)橐驗(yàn)椴煌伾腝D在電荷注入方向堆疊。而且隨著外加電壓的增加，QD的帶隙會(huì)增大，使得EL譜會(huì)發(fā)生藍(lán)移。
基于像素化RGB QD陣列的白光QLED可以解決這些問題(圖5 g j)。最近，科研人員使用凹版轉(zhuǎn)移印花方法，獲得了高分辨率的RGB像素陣列(> 2400 ppi)(圖5h,i)。如圖5所示，在相同波長（440納米）激發(fā)下，像素化QD層和藍(lán)色QD層的載流子壽命是相似的。但是，由于混合QD層中QDs之間會(huì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換，使得RGB混合層的載流子壽命要短得多。這個(gè)結(jié)果表明，像素化的RGB WQLED比使用混合QDs的WQLED更有效。如果晶體管能夠單獨(dú)控制RGB QD像素的EL，那么像素化的QLED在不同亮度下會(huì)表現(xiàn)出更高的性能。
柔性透明QLEDs
制造適合于窗戶、眼鏡和透明家居用品的透明顯示器，可以顯著增加顯示應(yīng)用的范圍，允許將視覺信息投射到背景上，而不會(huì)影響其原有的外觀和背景視圖。柔性透明顯示器可以支持新穎的曲面顯示應(yīng)用，如智能汽車窗口、可穿戴智能手表和公共標(biāo)牌顯示。然而，到目前為止，柔性透明顯示器的性能明顯低于不透明的顯示器，這主要是受透明電極的限制。電極需要高導(dǎo)電性，高透明度，以及適當(dāng)?shù)哪芰克剑员阃瑫r(shí)進(jìn)行有效的充電。表2總結(jié)了之前報(bào)告的透明QLED的光學(xué)和電氣性能，包括透明度、電流效率和設(shè)備壽命。為了在透明發(fā)光二極管中獲得柔性，薄金屬薄膜（例如，Au、Ag、Ca/Ag和Al）被用作半透明的電極（圖6a）。降低金屬薄膜的厚度，從100nm到小于10納米，保持了最初的光發(fā)射波長。
圖6 柔性、半透明QLEDs
然而，不幸的是，這種金屬薄膜犧牲了器件的透明度，尤其是在低電阻電極上。事實(shí)上，半透明的QLED的透明度小于60%，而且隨著視角的增加，它會(huì)變得更低（圖6b）。目前，石墨烯對(duì)于下一代透明電極來說是一種很有吸引力的材料，因?yàn)樗暮穸确浅１。该鞫雀?，而且電阻率低。Seo等人報(bào)告了完全透明的QLED，使用非納米粒子（NP）-摻雜石墨烯和Ag納米線（NWs）-裝飾石墨烯作為陽極和陰極（圖6 c）。在保持高透明度和低面電阻（圖6d）的同時(shí)，將Au NPs和AgNWs的連接轉(zhuǎn)化為石墨烯層，有效地調(diào)節(jié)電極的能量水平。為了防止底層排放層的污染，科研人員用干式印刷法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鏟挖工藝，形成了工程石墨烯電極。然而，由于高接觸電阻，被轉(zhuǎn)移的石墨烯層表現(xiàn)出較高的面電阻，從而降低了QLEDs的EL性能，包括高電壓和低亮度（圖6e）。
AgNWs也被用于透明電極。在保持高透明度的同時(shí)，由于其高度的多孔結(jié)構(gòu)，超細(xì)AgNWs的滲透式裝配提供了低電阻（<10 Ωsq−1）。由于Ag NWs很容易通過旋涂或刀涂的方式沉積在目標(biāo)表面，基于Ag NWs的QLED可以同時(shí)兼具低成本和柔性的優(yōu)勢。如有人使用AgNWs作為QLED的透明電極，獲得器件亮度高（~25000 cd m2）、透明度高（70%）（圖6 f，g）。盡管石墨烯和Ag NWs已經(jīng)有很大的進(jìn)展，但它們的器件性能還需要進(jìn)一步改進(jìn)。
透明導(dǎo)電氧化物（TCOs）在過去的幾十年里一直是使用最廣泛的透明電極。然而，由于在嚴(yán)酷的沉積過程中（如濺射）對(duì)底層發(fā)射物質(zhì)的機(jī)械和/或化學(xué)損害，制造基于TCOs的透明頂電極仍然具有挑戰(zhàn)性。通過預(yù)沉淀厚無機(jī)緩沖層和頂部TCO電極連續(xù)濺射過程，以防止對(duì)QD層的損害，并形成CTLs之間不需要的傳導(dǎo)路徑（圖6 h）。然而，與不透明的發(fā)光裝置相比，透明的發(fā)光裝置仍然顯示出較低的EL特性，原因是設(shè)備內(nèi)的電荷載體不平衡。此外，厚厚的ETL和/或無機(jī)緩沖層增加了硬度，從而降低了QLEDs的柔性。2017年，Kim組報(bào)道了由ZnO NPs和超薄氧化鋁覆蓋層組成的ETL結(jié)構(gòu)（圖6i）。采用2納米厚氧化鋁超層對(duì)無機(jī)ETL結(jié)構(gòu)進(jìn)行了50次改造，有效地保護(hù)了發(fā)射層和平衡電子/空穴注入到QDs中，從而導(dǎo)致了高度透明（可見光范圍達(dá)84%）和明亮（~43000cd m-2）QLED。他們還報(bào)告了可折疊和可伸縮的透明QLED，使用聚對(duì)二甲苯-環(huán)氧雙層膜作為封裝和扣緊裝置結(jié)構(gòu)（圖6j，k）。超薄柔性透明QLED，在千次彎曲試驗(yàn)后仍顯示出高度穩(wěn)定的EL，原因是設(shè)計(jì)的ETL層并沒有增加QLEDs的整體厚度，而易脆的ITO電極則位于偽中性機(jī)械平面上。這些超薄的透明透明發(fā)光二極管可以被集成到各種彎曲物體的表面，被認(rèn)為是向智能的物聯(lián)網(wǎng)（IoTs）邁出的重要一步。
可穿戴的量子點(diǎn)顯示
柔性QLED最具前景的應(yīng)用之一是可穿戴顯示器。皮膚安裝的電子產(chǎn)品為先進(jìn)的可穿戴診斷/治療解決方案提供了新的途徑。這些顯示器可以實(shí)時(shí)顯示可穿戴傳感器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)然而，可穿戴顯示器仍然面臨著重大挑戰(zhàn)，如傳統(tǒng)柔性顯示器的厚度和剛度。與有機(jī)發(fā)光二極管相比，QLEDs的高水/空氣穩(wěn)定性可以使封裝層更薄，從而大大提高了設(shè)備的靈活性。
柔性的QLED通常是基于在柔性寵物襯底上的ITO電極制造的，其厚度在幾百微米的范圍內(nèi)。由于厚底物和易碎的ITO電極，顯示器的最小彎曲半徑限制在幾十毫米以內(nèi)。Demir組報(bào)道了像貼紙一樣的頂部發(fā)光的QLED，它是以熱/溶劑穩(wěn)定性的聚酰亞胺（PI）薄膜為基底，Ag薄膜（18nm）作為半透明電極(圖7 a,b)。薄膜型QLED可在各種物體的曲面上很容易變形和疊層，包括一個(gè)薄板的邊緣和一個(gè)吉祥物娃娃的胸部（圖7 c）。
圖7 可穿戴的量子點(diǎn)顯示
對(duì)于可穿戴顯示器來說，建立一個(gè)生物兼容的超薄封裝層是至關(guān)重要的。Choi等人報(bào)告說，在電子紋身的顯示器（圖7d）中使用了環(huán)氧樹脂雙層超薄發(fā)光二極管。美國食品及藥物管理局（食品和藥物管理局）批準(zhǔn)了生物相容性的parylene-C薄膜，它與皮膚有良好的界面，可以防止它出現(xiàn)皮疹或瘙癢。超薄環(huán)氧樹脂層還能防止在底層ITO電極濺射過程中對(duì)二烯薄膜造成任何損壞。雙層封裝的厚度是1.2μm，而QLED的總厚度為2.6μm（圖7e）。當(dāng)脆弱的ITO電極位于中性機(jī)械平面附近時(shí)，拉伸和壓縮應(yīng)可以得到補(bǔ)償，超薄的QLED則可以在沒有機(jī)械損傷的情況下自由變形，即使是在柔軟的人皮上也能達(dá)到相同效果（圖7 f）。在具有曲率半徑的波狀變形狀態(tài)下，適用于柔性QLED的峰值應(yīng)變小于ITO電極的斷裂應(yīng)變（2.2%），這使得高度可變形的柔性QLED。此外，超薄封裝層使設(shè)備防水，有效地保護(hù)了高濕度條件下的可穿戴設(shè)備（圖7 g）。通過應(yīng)用一個(gè)被動(dòng)矩陣陣列設(shè)計(jì)，可穿戴的QLED可以在滾動(dòng)和揉皺的物體上顯示不同信息（圖7 h）。圖7i顯示了在表皮QLED上顯示的連續(xù)圖像。可穿戴式發(fā)光二極管能最大限度地降低功耗，抑制過熱，這是由于逐行被動(dòng)矩陣操作過程，確保了可穿戴顯示器在人皮膚上的安全運(yùn)行。
與其他電子設(shè)備集成的QLED
在本節(jié)中，我們將討論與其他電子元件集成的柔性QLED，如傳感器、記憶、控制器和藍(lán)牙設(shè)備，如何用于下一代便攜式和/或可穿戴式電子/光電系統(tǒng)。集成電子系統(tǒng)的柔性形式因素將為可穿戴顯示器提供新的設(shè)計(jì)平臺(tái)。
一個(gè)基于柔性QLED的有趣應(yīng)用是一種智能的壓力敏感顯示器，它可以實(shí)時(shí)測量、存儲(chǔ)和顯示外部的機(jī)械變形。Son等人集成了基于MoS2的電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ReRAM）設(shè)備和帶QLED陣列的壓力傳感器。壓力傳感器的測量數(shù)據(jù)首先存儲(chǔ)在二硫化鉬ReRAM數(shù)組，之后書面數(shù)據(jù)可以直觀地通過QLED陣列顯示(圖8 a、b)?？纱┐鱍LEDs可以集成到一個(gè)多路復(fù)用透明觸摸傳感器陣列作為輸入端口的用戶意圖(圖8 c)。超薄QLED也可以與透明的力觸覺傳感器集成（即：壓力傳感器和觸控傳感器）（圖8d）。軟集成的電子系統(tǒng)可以通過范德華力單獨(dú)壓在人的皮膚上，即使在畸形狀態(tài)下也能穩(wěn)定運(yùn)行（圖8e）。這些系統(tǒng)級(jí)集成的例子證實(shí)了可穿戴式顯示器集成的新型可穿戴電子系統(tǒng)的可行性。
圖8 可穿戴QLEDs與其他電子器件/設(shè)備的集成
可穿戴QLED是另一個(gè)靈活的QLED的應(yīng)用例子，可以作為可穿戴基于光的生物傳感器的光源。在2017年，Kim等人報(bào)告了可穿戴光體（PPG）傳感器，這些傳感器結(jié)合了可伸縮的QLED和QD光電探測器?；谑┑耐该麟姌O，為基于QDa的發(fā)光二極管和PDs提供了極端的可彎曲性。QLED被轉(zhuǎn)移到一個(gè)預(yù)先拉伸的彈性體上，形成一個(gè)彎曲的結(jié)構(gòu)，并顯示出70%的可拉伸性。對(duì)于PPG傳感器，可伸縮的QLED和PDs分別安裝在指尖和側(cè)面，分別作為光源和檢測器進(jìn)行（圖8 f）。吸收光譜的變化與脈沖的相關(guān)性很好?？纱┐鞯腜PG傳感器還能準(zhǔn)確測量壓力的細(xì)微變化（圖8 g）。這種由基于QLED和PDs組成的光電設(shè)備可以用于各種可穿戴傳感器應(yīng)用，如人類運(yùn)動(dòng)檢測和/或心率測量。在完全集成的可穿戴電子設(shè)備中，QLEDs的另一個(gè)應(yīng)用例子是一個(gè)靈活的印刷電路板（FPCB），它集成了QLED顯示屏、觸摸傳感器、微控制器模塊、無線單元、其他物理傳感器和電源（圖8 h-j）。觸摸傳感器與一個(gè)QLED顯示屏共同嵌入，同時(shí)保持超薄的外形（5.5μm）。觸摸界面通過改變QLED顯示（圖8i）中的傳感模式，提供了一個(gè)交互式用戶界面。8×8大小的超薄QLED被動(dòng)矩陣陣列貼在人的手臂上，可以實(shí)時(shí)顯示由可穿戴傳感器（圖8i，右）測量出的溫度和步數(shù)信息（圖8j）。這種完全集成的可穿戴QLED顯示屏可以為先進(jìn)的可穿戴醫(yī)療電子系統(tǒng)提供新的可能。
總的來說，人們在QD合成方法以及器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面做出了巨大的努力，來提高QLED的性能。盡管目前還面臨著器件壽命、藍(lán)光效率低、Cd基量子點(diǎn)毒性等挑戰(zhàn)，QLED還是表現(xiàn)出超越其他LED的優(yōu)異特性，如高純度、高亮度和低電壓、高分辨率RGB陣列模式和超薄外形等。這些優(yōu)點(diǎn)使得QLED成為下一代顯示應(yīng)用的前景，特別是在柔性/可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域。隨著QD加工技術(shù)、封裝技術(shù)、新型器件/系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)與提高，QLED可以被用于更先進(jìn)的器件/設(shè)備上，如柔性白光QLED和高度透明的柔性QLEDs。新興QLED的每一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)都為新電子和光電技術(shù)提供了許多機(jī)會(huì)。這些QLED可以與各種可穿戴電子設(shè)備成功集成，包括可穿戴傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、觸控界面和靈活的無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。未來，其他家庭應(yīng)用和移動(dòng)電子設(shè)備將通過無線連接，可穿戴顯示器將為用戶提供信息。這些技術(shù)進(jìn)步為柔性QLED和相關(guān)下一代顯示器的前景提供了光明的前景。
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