引言

柔性屏具有超薄輕巧、可彎折、低功耗以及高色純度等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，產(chǎn)業(yè)界對(duì)柔性屏的需求不斷增長(zhǎng)，這不僅是因?yàn)槠涑晒?shí)現(xiàn)商業(yè)化，更在于柔性屏深深影響了可穿戴設(shè)備的形態(tài)，大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。柔性有機(jī)發(fā)光二極管（flex-OLEDs）、柔性量子點(diǎn)發(fā)光二極管（flex-QLEDs）和柔性鈣鈦礦發(fā)光二極管（flex-PeLEDs）等顯示技術(shù)已被廣泛報(bào)道，其中柔性O(shè)LED已經(jīng)商業(yè)化，而后兩者要真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用、走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)仍然面臨很多挑戰(zhàn)。近年來(lái)，新型柔性顯示技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，有必要對(duì)其發(fā)展進(jìn)行總結(jié)回顧。

成果簡(jiǎn)介

近日，清華大學(xué)段煉教授對(duì)柔性顯示中備受關(guān)注的三種顯示技術(shù)的進(jìn)展進(jìn)行了回顧，詳細(xì)闡述了有機(jī)分子、量子點(diǎn)、鈣鈦礦材料的發(fā)光原理和性質(zhì)和發(fā)光二極管器件制備的基本方法，介紹了柔性基板、電極以及封裝等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，并總結(jié)了近年來(lái)報(bào)道的高效率柔性發(fā)光器件。最后，這篇綜述全面展望了這一領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展，以期幫助研究人員對(duì)柔性顯示的新興技術(shù)有一個(gè)全面的了解。該成果以題為“Emerging Self-Emissive Technologies for Flexible Displays”發(fā)表在Adv. Mater.上。

圖文導(dǎo)讀

Figure 1.理想柔性顯示技術(shù)的主要特征

Figure 2.發(fā)光材料和柔性發(fā)光器件的發(fā)展歷程

Figure 3.OLED的器件結(jié)構(gòu)和發(fā)光材料

Figure 4.柔性O(shè)LED和剛性O(shè)LED的效率發(fā)展比較

Figure 5.柔性O(shè)LED器件的制備技術(shù)

Figure 6.量子點(diǎn)發(fā)光材料和器件

a）量子點(diǎn)的量子尺寸效應(yīng)

b）常用量子點(diǎn)的發(fā)射范圍

c）量子點(diǎn)核殼結(jié)構(gòu)和典型光譜

d）不同尺寸和組成的量子點(diǎn)的發(fā)光情況

e）QLED的器件結(jié)構(gòu)、能級(jí)以及基于不同電荷傳輸層（CTL）的四種類(lèi)型的器件

Figure 7.干法取放轉(zhuǎn)印技術(shù)和凹版轉(zhuǎn)印技術(shù)的器件制備過(guò)程

Figure 8.鈣鈦礦發(fā)光材料和器件

a）鈣鈦礦的典型結(jié)構(gòu)

b）CH3NH3PbXnY3-n的發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)性（390-790 nm）

c）鈣鈦礦的CIE色度圖

d）不同維度鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)

e）可見(jiàn)光范圍（RGB）鈣鈦礦LED的發(fā)展

f）PeLED的典型結(jié)構(gòu)

Figure 9.柔性玻璃與聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯基板的透光率比較

Figure 10.柔性顯示技術(shù)中使用的基板材料性能比較

Figure 11.玻璃纖維-硅氧烷復(fù)合基底（GFRH）的表征

a）GFRH的制備過(guò)程

b）折射率不同導(dǎo)致的光散射示意圖

c）H-GFRH的橫截面SEM圖像

d）H-GFRH的AFM圖像

Figure 12.硅片和PET基板界面彎曲性能測(cè)試示意圖

Figure 13.透明電極的發(fā)展歷程和應(yīng)用要求

Figure 14.以ITO為陽(yáng)極的柔性器件表征

a）高彎曲度、透明網(wǎng)狀I(lǐng)TO電極示意圖

b）在彎曲100次前后，具有平面或網(wǎng)狀I(lǐng)TO電極器件的JVL特性

c）具有島狀I(lǐng)TO陽(yáng)極的柔性QLED

Figure 15.以聚合物或金屬網(wǎng)格為陽(yáng)極的OLED器件制備與表征

a）絲網(wǎng)印刷的制造過(guò)程

b）不銹鋼絲網(wǎng)織物的光學(xué)顯微鏡圖像

c）具有絲網(wǎng)印刷的PEDOT：PSS陽(yáng)極的OLED器件結(jié)構(gòu)

d）制作過(guò)程的示意圖

e）Ag PVD之后的單個(gè)納米孔

f）在均勻的PSP單層上沉積的Ti+Ag薄膜的低倍顯微鏡圖像

g）旋涂和較短的ICP-RIE序列后，在SiO2襯底上的PSP單層

h）旋涂后的PSP單層

Figure 16.AgNWs柔性透明電極

a）AgNW柔性透明電極的制備過(guò)程示意圖

bc）PVB和AgNW/PVB薄膜的親水性

d）雙尺度AgNW網(wǎng)絡(luò)透明電極制備工藝及其在柔性O(shè)LED中的應(yīng)用示意圖

Figure 17.AgNWs、石墨烯電極的制備和表征

a）噴涂電極制備的示意圖

b）AgNWs的AFM圖像

c）涂上EG層后的AgNWs膜的AFM圖像

d）在不同的AgNWs負(fù)載下，AgNWs和AgNWs-EG薄膜之間的反射率和透射率比較

e）使用轉(zhuǎn)移石墨烯以及基于Au-NP的石墨烯缺陷修復(fù)的電極結(jié)構(gòu)制備過(guò)程的流程圖

Figure 18.單壁碳納米管電極的表征

a）SiO2/Si晶片上SWCNT網(wǎng)絡(luò)的SEM圖像

b）暴露于環(huán)境空氣超過(guò)20個(gè)月的原始和摻雜HNO3的SWCNT TCF的方阻變化

c）在5mm彎曲半徑下，SWCNT和市售ITO-PET TCF的方阻隨彎曲次數(shù)的變化

d）SWCNT和商用ITO-PET TCF的方阻與彎曲角度的變化

Figure 19.多層封裝中的缺陷抑制機(jī)制

a）每個(gè)封裝層中的裂紋產(chǎn)生示意圖

b-d）TEM分析顯示了多封裝層的橫截面圖像

e-g）彎曲前后的納米分層

h）由于鋅蝕刻，在納米分層結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程中自然裂縫的產(chǎn)生

i）通過(guò)微裂紋阻止裂紋

Figure 20.具有GraHIL的器件結(jié)構(gòu)以及器件性能

a）GraHIL的能級(jí)圖，具有GraHIL的器件結(jié)構(gòu)以及器件性能

b）帶有TiO2層的器件結(jié)構(gòu)，器件性能和彎曲試驗(yàn)

c）GO / G異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極的結(jié)構(gòu)模型

d）石墨烯與OA之間電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物的形成過(guò)程

e）以松香為載體的單層石墨烯

Figure 21.具有Ag網(wǎng)絡(luò)的flex-OLED器件

a）具有Ag網(wǎng)絡(luò)的flex-OLED的器件結(jié)構(gòu)和器件照片

b）Ag網(wǎng)絡(luò)器件的電流密度-電壓曲線(xiàn)和電流效率亮度曲線(xiàn)

c）cPI單體的分子結(jié)構(gòu)和基于cPI/AgNW和二氧化鈦的TCE

d）具有cPI的器件結(jié)構(gòu)和器件效率

e）嵌入AgNW的cPI的SEM和不同TCE的粗糙度

f）原始AgNW和ZnO-AgNW的SEM以及滲透性能因數(shù)和滲透指數(shù)隨ZnO-AgNW膜和AgNW膜退火溫度的變化

Figure 22.利用高折射率透明電極提升光取出效率的技術(shù)

Figure 23.flex-QLED的器件結(jié)構(gòu)以及器件性能

a）在玻璃/ ITO和PI/AgNW基板上的光取出示意圖

b）flex-QLED的器件結(jié)構(gòu)、能級(jí)以及器件性能

Figure 24. 柔性QLED的器件表征

a）整齊和隨機(jī)排布AgNW網(wǎng)絡(luò)的SEM圖像

b）在不同的電流密度下，整齊和隨機(jī)排布網(wǎng)絡(luò)的光電性能以及器件的EQE

c）頂發(fā)光器件的制備過(guò)程

d）器件的電流效率-EQE-亮度特性

Figure 25.flex-PeLED的器件表征

a）帶Buf-HIL的flex-PeLED的器件結(jié)構(gòu)，能級(jí)，照片以及電流效率-電壓曲線(xiàn)

b）不同彎曲半徑的flex-PeLED性能研究

cd）鈣鈦礦薄膜的斷裂能和光致發(fā)光量子效率，以及不同添加劑flex-PeLED的EQE變化

Figure 26. 柔性PeLED器件性能表征

a）基于鈣鈦礦量子點(diǎn)柔性器件的結(jié)構(gòu)、亮度-效率、EQE-亮度曲線(xiàn)以及在不同彎曲測(cè)試下的器件性能

b）可拉伸PeLED的結(jié)構(gòu)以及應(yīng)變?yōu)?％和50％時(shí)點(diǎn)亮的器件照片

c）器件在不同應(yīng)變下的性能以及亮度隨拉伸釋放循環(huán)次數(shù)的變化圖

Figure 27.近年來(lái)柔性發(fā)光器件效率的提升進(jìn)展

Figure 28.器件封裝

a）剛性和柔性器件的封裝技術(shù)示意圖

b）針對(duì)不同應(yīng)用的WVTR和OTR要求

Figure 29.Y-OCTA結(jié)構(gòu)的制備過(guò)程

總結(jié)

在過(guò)去的十年中，柔性顯示技術(shù)得到了飛速發(fā)展。2015年三星公司發(fā)布了一款基于柔性O(shè)LED曲面顯示屏的智能手機(jī)。2019年三星（Samsung Corp.）和華為（Huawei Corp.）相繼推出了他們可折疊智能手機(jī)Galaxy Fold和Mate X，它們都采用了柔性O(shè)LED顯示屏。同年，努比亞公司（Nubia Corp.）推出了首款可穿戴智能手表/電話(huà)-努比亞阿爾法（Nubia Alpha），其屏幕由維信諾（Visionox Corp.）提供。盡管柔性O(shè)LED已經(jīng)商業(yè)化，但是在大規(guī)模應(yīng)用之前必須解決其可靠性和成本問(wèn)題。對(duì)于柔性QLED和柔性PeLED，由于二者獨(dú)特的性能而有可能在未來(lái)挑戰(zhàn)flex-OLED，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，柔性QLED和柔性PeLED有望取得更大的進(jìn)展，向?qū)嵱没?、商業(yè)化邁出堅(jiān)實(shí)步伐。

相關(guān)文章近期發(fā)表在Advanced Materials 上，文章的共同第一作者是清華大學(xué)張東東助理研究員和博士研究生黃天宇，通訊作者為段煉教授。

文獻(xiàn)鏈接：Emerging Self-Emissive Technologies for Flexible Displays. Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201902391.

團(tuán)隊(duì)介紹

段煉教授簡(jiǎn)介

段煉，清華大學(xué)化學(xué)系教授。1998年本科畢業(yè)于清華大學(xué)，2003年獲得清華大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位。長(zhǎng)期從事有機(jī)光電材料相關(guān)領(lǐng)域研究，提出了熱活化敏化發(fā)光的新型發(fā)光機(jī)制，發(fā)展了高遷移率的雙極性傳輸材料和基于穩(wěn)定前驅(qū)體的電子注入材料，為高效穩(wěn)定的OLED技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。在Nat. Commun., Adv. Mater., Light. Sci. Appl., Energ. Environ. Sci.等刊物上發(fā)表了SCI論文200余篇，引用7000余次，獲授權(quán)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利100余項(xiàng)，在國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議上作大會(huì)報(bào)告和邀請(qǐng)報(bào)告50余次。2011年獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)（排名第二）；2015年獲國(guó)家自然科學(xué)基金委杰出青年基金資助。2015年至今擔(dān)任科技部十三五“戰(zhàn)略先進(jìn)電子材料”重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)專(zhuān)家。

張東東博士簡(jiǎn)介

張東東，清華大學(xué)化學(xué)系助理研究員。2011年本科畢業(yè)于吉林大學(xué)，2016年獲得清華大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位，2017年9月-2018年9月于日本京都大學(xué)做博士后研究。長(zhǎng)期從事有機(jī)光電材料與器件相關(guān)研究。率先系統(tǒng)研究了熱活化敏化發(fā)光的新型發(fā)光機(jī)制，并進(jìn)一步提出了多通道敏化的策略提升了器件效率；利用大位阻基團(tuán)包覆的策略，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了高效穩(wěn)定的藍(lán)光熱活化延遲熒光材料，并將該類(lèi)材料引入到白光器件中，為高效穩(wěn)定的白光OLED技術(shù)提供了相關(guān)的理論指導(dǎo)。近五年在Adv. Mater.; Light. Sci. Appl.; Mater. Horizon.; Adv. Funct. Mater.等刊物上發(fā)表SCI論文40余篇，引用1000余次；獲授權(quán)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利20余件。

目前段煉教授課題組研究方向集中于：

（1）有機(jī)發(fā)光材料及器件

（2）高性能載流子注入及傳輸材料及其傳輸理論研究

本文由tt供稿。