隨著人們對多功能、智能電子設備的需求日益增加，交互式顯示在現實生活的應用前景也更加廣闊。目前，集成多種功能于一體的交互式顯示設備已成為顯示技術的發展趨勢。鈣鈦礦量子點（PQD）出色的發光性能使其成為下一代廣色域顯示器的理想發光材料。

據麥姆斯咨詢報道，近日，福州大學光電顯示技術研究所、中國福建光電信息科學與技術創新實驗室、溫州理工學院以及福建師范大學海峽柔性電子（未來科技）學院（研究所）的研究人員設計并制作了一款基于鈣鈦礦量子點的光傳感和顯示雙功能LED器件：SD-PQLED。該器件可作為輸出端口顯示信息，同時作為輸入端口感知外部光信號，并以非接觸方式調制顯示信息。雙重功能得益于該器件的設計：（1）器件中的空穴傳輸層作為光傳感層吸收外部光信號；（2）引入的空穴捕獲層界面，可捕獲來自光傳感層的空穴，從而調節電荷傳輸特性和發光強度。具有不同時空信息的光信號可進一步調制器件的傳感和顯示能力。這種傳感和顯示功能的融合在非接觸式交互屏幕和通信端口中具有廣闊的前景。

圖1 （a）光交互顯示器的概念圖，光筆沿著紅色箭頭所示路徑照亮顯示器像素，實現顯示器上的“光寫入”；（b）i. 基于光交互層和發光層的SD-PQLED原理圖；ii. 光交互層和器件光電流的機理圖；（c）四像素SD-PQLED的光交互顯示概念圖。

圖2 （a）CsPbBr3鈣鈦礦量子點的晶格結構示意圖；（b）鈣鈦礦量子點的高分辨透射電鏡（HRTEM）圖像；（c）鈣鈦礦量子點的光致發光（綠線）和吸收（黑線）光譜，插圖為鈣鈦礦量子點油墨的光致發光照片；（d）鈣鈦礦量子點的X射線衍射（XRD）光譜；（e）鈣鈦礦量子點油墨的光致發光衰減曲線；（f）SD-PQLED原理圖；（g，h）橫截面透射電鏡（TEM）圖像，顯示了多層器件之間的清晰度對比。

研究人員制備了由氧化銦錫（ITO）/聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）/聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]（PTAA）/鈣鈦礦量子點/1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（TPBi）/氟化鋰（LiF）/鋁（Al）組成的器件，其中1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯、氟化鋰和鋁層通過熱真空沉積制備，其余層依次旋涂在預制的氧化銦錫上。綠色CsPbBr3鈣鈦礦量子點作為發光層，聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]和1,3,5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯作為空穴和電子傳輸層，氧化銦錫和鋁分別作為器件的陽極和陰極。然后，他們在聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）和聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]之間引入了硫氰化銅（CuSCN）層作為空穴提取層（圖2f）。該器件的橫截面透射電鏡圖像顯示出清晰的功能層邊界，如圖2（g~h）所示。

圖3 （a）SD-PQLED的能帶圖；（b）器件的電致發光譜，插圖是該器件的電致發光照片；（c）器件對應的國際照明委員會（CIE）色度坐標；（d）器件的J-V-L特性；（e）器件的外量子效率（EQE）作為電流密度的函數；（f）器件的發光效率（LE）和功率效率（PE）作為電流密度的函數；沉積在氧化銦錫基底上的硫氰化銅（g）、PTAA（h）和CuSCN/PTAA薄膜（i）的原子力顯微鏡（AFM）形貌圖。

SD-PQLED的光交互特性可以通過紫外光（UV）不同的照射時長及照射強度進一步調制，這對于傳感器顯示非常重要。不同照明時長調制下器件的電流變化如圖4c所示。當將光信號強度固定在每平方厘米79毫瓦，并將照明時長依次調整為10秒、12秒、15秒和17?秒時，器件的電流隨著照明時長的增加不斷增大。當照射17秒時，器件電流比初始值增加了95%（圖4e）。研究人員還研究了光照強度對器件電流的影響（圖4d）。在相同的光照時長下，隨著光信號強度從每平方厘米63毫瓦增加到129?毫瓦，器件的電流增加率從60%增長到100%（圖4e）。這是因為照明強度反映了光信號的空間信息，確定了單位時間內光生載流子的量，并引發器件中的電流變化。當光信號被移除時，所有電流都顯示出輕微的衰減，并未恢復到原來的水平，這意味著該器件可以記憶之前的光交互狀態，并將其顯示出來。

圖4 （a）PTAA（頂部）和CuSCN/PTAA（底部）膜的電容隨時間變化（燈打開和關閉）的曲線，插圖顯示了不同功能層的工作機制；（b）SD-PQLED在紫外光刺激下的工作機理圖；（c）不同照明時長下的器件電流；（d）不同光強度照射下SD-PQLED的電流曲線；（e）不同照明強度（底部）和不同照明時長（頂部）電流的變化率；（f）器件在周期性紫外光（UV）刺激下的典型光學開關特性。

綜上所述，研究人員制備了基于鈣鈦礦量子點的LED器件，該器件可以在非接觸模式下實現傳感和顯示的雙重功能應用。在該論文中，研究人員引入了空穴提取層（CuSCN）來捕獲源自聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]層的光生空穴，并調整電荷傳輸特性。該器件的傳感和顯示行為可通過不同時空信息的光信號進一步調制。結果表明，單次光刺激后，該器件實現了9.7%的外量子效率最大峰值，電流和亮度分別提高了118%和108%（4伏電壓），具有出色的光交互和顯示能力。該傳感和顯示雙功能器件不僅可以增強已有的顯示能力，還能將多功能集于一體。得益于溶液處理能力和超高色純度多色鈣鈦礦量子點的最新發展，這類由大量SD-PQLED組成的顯示器在非接觸交互式屏中具有廣闊的發展前景。

審核編輯：郭婷