. 喷墨印刷制程具有材料利用率高、制备工艺简单,可大面积规模化低成本生产等优势而备受显示面板行业关注,目前印刷显示已进入产业化研发阶段。其中以量子点纳米晶为发光中心的 QLED 不仅有 非常高的发光效率,且具有非常窄的电致发光 (EL) 光谱,因而有比 OLED 更好的色纯度及广色域;同时其对环境水氧敏感度也相对较低,用于柔性显示对薄膜封装的要求更低,是一种非常有竞争力的新型前沿显示技术。 技术的迭代需要新生技术有足够的竞争力,印刷 QLED 显示 走向产业,首先其 印刷器件的 发光效率与寿命得能与 OLED 技术媲美。尽管量子点材料及旋涂器件 技术 已日 趋 成熟,性能指标已可满足实用需求,但印刷制程的器件性能目前离旋涂器件还有 较 大差距。当前高性能的 镉基 QLED 器件 HTL 通常是 TFB ,这是由于它有非常高的空穴迁移率,使得器件中的电子空穴更加平衡从而保障了高的电流效率,驱动电压较低保障了较长的器件寿命,但 TFB 用于印刷显示也存在系列问题:一、 作为聚合 物 存在批次间分子量不同, 易 引起材料的迁移率或成膜状态变化,器件电流效率波动高达 50% 以上 ,严重影响产品配色 ;二、 TFB 是非交连材料,量子点墨水只能选用正交溶剂,加大了 量子点 墨水配方开发难度,打印成膜质量 易 受影响;三、 3 TFB 膜层的表面能低至 34mN/m ,不利于量子点墨水铺展, 不易 打印 出 高质量 的发光层 ,显示屏易出现 mura 现象 ;四、 TFB 与 QD 界面势垒 较大, TFB 的热稳定性较差可能 影响 器件 寿命。 在前期研究工作中, 中国科学院苏州纳米所印刷电子技术研究中心苏文明研究团队 针对 印刷 QLED 层间侵蚀问题、特别是 HTL/QD 界面问题开发了 深 HOMO 能级的交连型空穴传输材料,设计合成了具有平面型分子结构、 HOMO 能级高达 6.2 eV 、迁移率 远 优于 PVK 的 CBP-V 分子 ,交连后具有高的抗溶剂侵蚀能力,同时薄膜厚度相比于交连前收缩了 22% ,大幅提高了薄膜致密性,进一步提高了薄膜迁移率和降低器件漏电流,并最终实现了双层喷墨打印的红光 QLED 器件,最大 EQE 达 11.6% , 为 对比旋涂器件性能( 12.6% )的 92% ( Small , 2019, 15,1900111 )。但由于 CBP-V 深的 HOMO 能级,虽解决了 HTL/QD 界面势垒,但带来了 ITO /HTL 界面空穴注入问题,另一方面, CBP-V 的迁移率还是远低于 TFB 的,导致器件驱动电压过高,器件的寿命改善有限。
最近,该团队的博士生唐鹏宇和研究实习员谢黎明将 CBP-V 与 TFB 进行混合,用于 QLED 器件研究。结果表明,一定比例混合的膜层展示了接近于 TFB 的高迁移率,且具有交连材料的抗溶剂性,同时大幅降低了 ITO /HTL 及 HTL/QD 的空穴注入势垒和界面氧化电位,使得空穴能够更高效地注入到量子点层中,器件中的电子与空穴更加平衡,大幅提高了器件的效率和寿命。
以上研究成果以 Realizing 22.3% EQE and 7-Fold Lifetime Enhancement in QLEDs via Blending Polymer TFB and Cross-Linkable Small Molecules for a Solvent-Resistant Hole Transport Layer 为题发表在 ACS Applied Materials & Interfaces ( 2020,DOI: 10.1021/acsami.0c01001) 上。唐鹏宇与谢黎明为本论文的共同第一作者,中国科学院苏州纳米所的苏文明研究员及广东聚华印刷显示技术有限公司的庄锦勇博士为本论文的共同通讯作者。该研究得到了 国家自然科学基金重点项目( U1605244),国家重点研 发 计划( 2016YFB0401600)等项目的资助。 还得到了国家印刷及柔性显示创新中心 --- 广东聚华印刷显示技术有限公司技术支持与经费资助。