日本早稻田大学理工学术院的庄子习一教授带领其研究团队，通过组合在常温下为液态的液体有机半导体和量子点水溶液，成功开发出了以液体材料为基础、发光色彩极为鲜艳的器件。利用该方法，不仅保持了可自由改变形状的液体的优点，而且在采用液体有机半导体的常规有机EL器件中，其发光颜色是最鲜艳的。该技术有助于实现需要高耐弯曲性和高色纯度发光的柔性显示器。
该研究的目的是，以采用蓝色液体发光材料的有机EL为背照灯，在上面集成绿色和红色量子点水溶液，并激发和发光，实现基于液体材料的色彩鲜艳的发光（图1）。
图1：组合液体有机半导体和量子点水溶液的发光器件的概念图
量子点是微细的半导体颗粒，由于其特异性，不仅光谱的半值宽度较窄，能显示出色彩鲜艳的发光，还可以调节发光颜色，而且量子效率比较高，因此作为新一代显示器材料备受关注。器件是在由玻璃基板和ITO透明电极构成的背照灯上，层积了用硅橡胶制作的流路结构。
另外，蓝色液体发光材料通过以液体有机半导体NLQ（日产化学公司制造）为液体主体材料，并在其中添加蓝色发光材料固体有机半导体DPA作为客体分子的方法进行了调节。然后，以调节后的蓝色液体发光材料为背照灯部，将绿色和红色的量子点水溶液分别注入硅橡胶流路中。研究表明，通过控制流路的深度，并使量子点水溶液具备将背照灯的蓝色光转换为绿色和红色的功能，以及阻挡背照灯光源的功能，可以实现色彩鲜艳的发光。
通过向制作的器件加载电压，获得了来自背照灯的蓝色发光以及由量子点水溶液转换的绿色和红色发光（图2（a））。在光谱中确认，背照灯的蓝色成分被阻挡，发出了光谱宽度较窄的绿色和红色光（图2（b））。另外，还利用数值化表示光的混合比的CIE颜色系统进行了评估，确认绿色和红色部分位于CIE色度图的外周附近，发光颜色极为鲜艳（图3）。这是采用液体有机半导体的常规发光器件中颜色最鲜艳的，向应用于柔性显示器迈出了第一步。
图2：器件（a）的发光图像及（b）光谱
图3：器件发光的CIE值
此外，研究团队通过增加流路深度并增加量子点发光层的厚度确认，在绿色和红色发光中，光谱的峰值位置移动到长波长侧，同时光谱的半值宽度变窄（图4）。量子点具有光学特性随着颗粒尺寸而变化的特征，能量会从颗粒尺寸较小的量子点向较大的量子点转移。流路深度增加后，能量转移的影响会增强，导致小颗粒尺寸的量子点的发光被抑制，变成以大颗粒尺寸量子点的发光为主，因此就会出现上述现象。这个结果将为采用量子点的发光器件的制造做出巨大贡献。
图4：流路深度与发光特性的关系
论文信息
题目: 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客观日本编辑部
