日本早稻田大學理工學術院的莊子習一教授帶領其研究團隊，透過組合在常溫下爲液態的液體有機半導體和量子點水溶液，成功開發出了以液體材料爲基礎、發光色彩極爲鮮豔的器件。利用該方法，不僅保持了可自由改變形狀的液體的優點，而且在採用液體有機半導體的常規有機EL器件中，其發光顏色是最鮮豔的。該技術有助於實施需要高耐彎曲性和高色純度發光的柔性顯示裝置。
該研究的目的是，以採用藍色液體發光材料的有機EL爲背照燈，在上面整合綠色和紅色量子點水溶液，並激發和發光，實施基於液體材料的色彩鮮豔的發光（圖1）。
圖1：組合液體有機半導體和量子點水溶液的發光器件的概念圖
量子點是微細的半導體顆粒，由於其獨特性，不僅光譜的半值寬度較窄，能顯示出色彩鮮豔的發光，還可以調節發光顏色，而且量子效率比較高，因此作爲新一代顯示裝置材料備受關注。器件是在由玻璃基底層和ITO透明電極構成的背照燈上，層積了用矽橡膠製作的流路結構。
另外，藍色液體發光材料透過以液體有機半導體NLQ（日產化學公司製造）爲液體主體材料，並在其中添加藍色發光材料固體有機半導體DPA作爲客體分子的方法進行了調節。然後，以調節後的藍色液體發光材料爲背照燈部，將綠色和紅色的量子點水溶液分別注入矽橡膠流路中。研究表明，透過控制流路的深度，並使量子點水溶液具備將背照燈的藍色光轉換爲綠色和紅色的功能，以及阻擋背照燈光源的功能，可以實施色彩鮮豔的發光。
透過向製作的器件裝載電壓，獲得了來自背照燈的藍色發光以及由量子點水溶液轉換的綠色和紅色發光（圖2（a））。在光譜中應答，背照燈的藍色成分被阻擋，發出了光譜寬度較窄的綠色和紅色光（圖2（b））。另外，還利用數值化表示光的混合比的CIE顏色系統進行了評估，應答綠色和紅色部分位於CIE色度圖的外周附近，發光顏色極爲鮮豔（圖3）。這是採用液體有機半導體的常規發光器件中顏色最鮮豔的，向應用於柔性顯示裝置邁出了第一步。
圖2：器件（a）的發光影像及（b）光譜
圖3：器件發光的CIE值
此外，研究團隊透過增加流路深度並增加量子點發光層的厚度應答，在綠色和紅色發光中，光譜的峰值位置行程到長波長側，同時光譜的半值寬度變窄（圖4）。量子點具有光學特性隨着顆粒尺寸而變化的特徵，能量會從顆粒尺寸較小的量子點向較大的量子點轉移。流路深度增加後，能量轉移的影響會強化，導致小顆粒尺寸的量子點的發光被抑制，變成以大顆粒尺寸量子點的發光爲主，因此就會出現上述現象。這個結果將爲採用量子點的發光器件的製造做出巨大貢獻。
圖4：流路深度與發光特性的關係
論文資訊
題目: Liquid/solution-based microfluidic quantum dots light-emitting diodes for high-colour-purity light emission
期刊: Scientific Reports
DOI：10.1038/s41598-020-70838-w
文：JST客觀日本編輯部
