柔性顯示器由於其在移動和可穿戴電子產品（如智能手機
、汽車顯示器和可穿戴智能設備等）的潛在應用前景
，而受到了極大的關注。柔性顯示器具有薄
、輕
、不易破碎的特點，且形狀可變，能在曲麵上使用。2008年
，諾基亞宣布了“Morph” 的創新移動顯示概念
，這是一種具有柔性、可彎曲和交互功能的顯示。這也被開發成柔性電子紙的早期原型。2013年，三星電子展示了第一個基於有機發光二極管（OLED）的曲麵電視
，其視野廣闊、色彩純度和對比度都非常高。兩年後
，它們又發布了一款帶有曲麵屏（GalaxyS6）的智能手機，該智能手機使用了一個帶有觸摸傳感器的曲麵OLED顯示屏，以改善用戶界麵與設備設計。

 

雖(sui)然(ran)非(fei)平(ping)麵(mian)顯(xian)示(shi)器(qi)已(yi)經(jing)被(bei)推(tui)廣(guang)使(shi)用(yong)，但(dan)目(mu)前(qian)可(ke)用(yong)的(de)商(shang)業(ye)化(hua)顯(xian)示(shi)器(qi)大(da)多(duo)是(shi)彎(wan)曲(qu)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)，其(qi)形(xing)狀(zhuang)是(shi)無(wu)法(fa)改(gai)變(bian)的(de)。而(er)下(xia)一(yi)代(dai)顯(xian)示(shi)器(qi)應(ying)該(gai)是(shi)可(ke)以(yi)以(yi)各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)展(zhan)現(xian)的(de)，如(ru)圖(tu)1所示。智能眼鏡和/或智能隱形眼鏡將用於支持增強現實
，在眼鏡或鏡頭後麵的自然場景中添加顯示信息；通過智能手表實時顯示
，可穿戴傳感器可以測量使用者的生命體征（如血壓
、脈搏、呼吸頻率和體溫）或其他健康信息；或者以紗線的形式製備的LED織入布料中
，用於可穿戴顯示器；也可以電子紋身的形式將超薄顯示器附著在人體皮膚上
；haikeyijiangkewanquxianshiqizuoweinengtiaojiedekezhediepingbandiannaodeng。ciwai
，toumingderouxingxianshiqikeyiyongyuzhinengchuanghuhuoshuzibiaoshi
，zaibeijingshituzhongxianshishuzixinxi。

 

圖1：未來的柔性和可穿戴顯示器

 

在這種下一代顯示器的研究領域中
，主要的技術目標是開發具有機械變形能力和優異器件性能的LEDs。無機LEDs的亮度高（106~108cd m-2）和啟亮電壓低（<2V），已被用於開發柔性LED陣列中。然而
，其活性層厚（微米級）且易碎的缺點限製了它們的柔性
，而點陣列設計也無法實現高分辨率顯示（表1）。有機發光二極管（OLEDs）和聚合物發光二極管（PLEDs）已經成為一個熱門的研究課題，因為采用自發光的活性層極大地簡化了器件的結構
，從而大大降低了整個顯示器厚度。最近，LG電子在SID 2017推出了一款66英寸的超大電視，將麵板的厚度降低到1毫米。然而，當前OLED顯示器的柔性仍然受到厚封裝層的限製（例如
，它允許彎曲而不是折疊或拉伸）。因此，開發具有連續彎曲應力的薄膜封裝層，有效防止有機活性層、有機電荷輸送層和薄金屬電極氧化是非常重要的。

 

最近
，量子點發光二極管（QLEDs）因其優異的顏色純度（FWHM為30 nm）、高亮度（高達20萬cd m 2）
、低工作電壓（開啟電壓<2V）以及易加工等特點
，受到了極大的關注。無機量子點（QDs）的熱穩定性和空氣穩定性可以增強顯示器的壽命和耐用性。此外，最近在模式技術方麵的進步使得達到超高分辨率的全色（紅色、綠色和藍色;RGB）QLED陣列，它不能用傳統的顯示處理技術實現（例如，OLEDs中的陰影掩蔽）。表1總結了上述發光二極管的更詳細的特征。

 

 

為了讓大家了解下一代QLED柔性顯示器，這裏將分別介紹基於先進量子點技術的各種器件應用

，包括柔性白光QLED
、可穿戴QLED
、柔性透明QLED以及柔性QLED與可穿戴傳感器

、微控製器和下一代可穿戴電子設備的無線通信單元的集成。

 

高效QLED材料的設計

 

值得介紹的是最近的QLED的發展，因為它與柔性/可穿戴的QLED的發展有很大的關係。在本節中，我們將討論QDs的材料化學，它能有效地操作QLED。QDs在顯示應用方麵有許多優勢，它們來自於量子約束效應。舉例來說，CdSe QDs的發射波長可以通過改變它們的尺寸大小來發射整個可見光波段的光（圖2a）。另外，基於各種半導體材料的QDs提供了較寬的光譜窗口和化學多功能性（圖2b，c）。高純色也是顯示應用的一個重要特征。與商業化的高清電視的傳統標準發射光譜（圖2d）相比


，CdSe QDs發射光譜尖銳（FWHM~30nm）且色域寬。

 

圖2：高效QLED材料的設計

 

核/殼QDs結構（i，圖2e）常用於在QLED中
，因為在QDs核上包覆帶隙寬的殼材料，會鈍化表麵缺陷，並將激子限製在核上，從而提高器件穩定性與熒光量子效率（PLQY）。例如，CdSe/ZnS QDs的熒光量子效率達70%~95%，這比未包覆的QDs提高了一個量級。但是熒光量子效率的提高並不能保證其EL性能也得到提高。帶電QDs間的俄歇複合和/或不同QDs之間能量傳遞降低了EL效率。這些電荷轉移與能量傳輸過程受QDs核/殼界麵結構的影響
，因此
，核/殼QDs的結構修飾語優化已成為一個亟待攻克的問題。

 

控製核/殼結構的最簡單方法是改變殼厚度，殼層厚度對QDs的載流子動力學以及穩定性都有很大的影響。帶有厚殼的QDs不那麼閃爍（或不閃爍），因為電荷波動抑製或增強了帶電QDs（圖2 f）的PLQY。在厚殼QDs中增強的PL動力學可以顯著提高器件性能。如圖2 g所示，器件中的QDs很容易被過度的電荷載體（在本例中為電子）充電。較厚的外殼有助於抑製QDs在光發射時的充電，從而提高了EL效率（圖2 h）。核/殼界麵的組成對於載流子的注入和複合也是十分重要。

 

最近
，有研究報道了兩種具有相似PLQY和帶隙的CdS/ZnSe量子點，即核/殼界麵層分別為富CdS和富ZnSe的量子點（圖2 i,j）。其中富ZnSe QDs具有更好的EL性能，這歸功於ZnSe QDs具有較低的載流子注入能壘。目前，核/殼界麵的組成能做到可控，但其對EL性能的影響機製尚不明確。最主要的問題在於沒有能夠精確表征核/殼QDs三維組成分布的測試方法。

 

QDs的結構工程不僅改善了載流子動力學過程，還提高了光輸出耦合等。例如，基於雙異質結納米棒的QLEDs的性能得到極大提升（最大亮度=7600 cd m-2，峰值EQE=12%）（圖2 k，l）。在這個結構中，兩個CdSe發射器直接連接到CdS納米棒，而CdSe的剩餘表麵被ZnSe鈍化。最終獲得的峰值EQE（12%）高於其預期的上限（8%）。這表明雙異質結型納米棒的形狀各向異性和方向帶偏移可以改善光外耦合。

 

如今
，人們對使用含有Cd元素的QDs越來越謹慎，因為Cd對人體和環境是有害的。這個問題在靈活/可ke穿chuan戴dai顯xian示shi器qi上shang變bian得de更geng加jia重zhong要yao
，在zai這zhe種zhong顯xian示shi器qi中zhong
，設she備bei與yu人ren體ti直zhi接jie接jie觸chu。例li如ru
，歐ou盟meng對dui有you害hai物wu質zhi指zhi標biao的de限xian製zhi規gui定ding了le在zai消xiao費fei電dian子zi產chan品pin中zhong使shi用yong基ji於yuCd的化合物。目前已提出了一些解決辦法
，如封裝或降低Cd的濃度等。但開發高效
、無重金屬的QLED是柔性可穿戴的QLED的商業成功的必要條件。

 

III-V族磷化銦（InP）QDs是一種很有前景的替代品，因為它們的帶隙窄（~1.34 eV）


，能覆蓋了整個可見的範圍
，並有優異的PLQYs。盡管已經有關於InP QLED的報道
，但其與Cd-S係化合物的QLED在性能上仍然存在差距
，這與人們對InP QDs的EL過程還不夠了解有很大關係。然而
，基於綠色的InP核/殼QDs的QLED的最新進展（EQE：3.4%，亮度：10,490cd m-2）還是令人興奮的（圖2 m
，n）。

 

QLED的結構和原理

 

柔性/可穿戴式QLED的器件結構在很大程度上采用了一般的QLED，隻是略作修改

，以達到更高的可變形性。QLEDs的一般結構包括陽極、電子傳輸層（ETLs）、QD層、空穴傳輸層（HTLs）和陰極（圖3a）。QLED的工作原理如下：（i）電子和空穴從電極中注入電荷傳輸層（CTLs）；（ii）將載流子從CTLs中注入QDs；（iii）注入載流子在QDs層進行輻射複合（圖3b）。QLEDs的性能和穩定性在很大程度上取決於對CTL材料的選擇。好的CTLs應該具有較高的載流子遷移率，並能很好地平衡電子/空穴注入。根據所使用的CTLs類型，QLEDs的結構可以分為四種不同類型（圖3 c）：（i）有機/QD雙層
；( ii)全有機型
；(iii)全無機型（iv）有機-無機雜化型。不同器件構型的峰值EQE與亮度總結，如圖3d，e所示。由於結構i非常簡單，最早被用於QLEDs器件中。但由於沒有ETLs，且QDs和CTLs的物理分離差，導致電子注入很難控製，漏電流大，使得器件的最大亮度隻有100 cd m-2，EQE<0.01%。為了解決這些問題，提出了結構ii，即將QD層夾在有機HTLs和ETLs之間
，形成三明治結構。最早的結構ii型器件的峰值EQE為0.5%，並已提高到6%（圖3d，e）

 

圖3 QLED的器件結構和操作原理

 

無機CTLs（結構iii）有很高的導電性和環境穩定性（如耐氧抗濕）。早期是將QD層夾在p型和n型GaN之間（EQE<0.01%）。後來，出現了由金屬氧化物（如ZnO、SnO2


、ZnS、NiO和WO3）組成的全無機CTLs的QLEDs。這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)在(zai)長(chang)期(qi)使(shi)用(yong)和(he)高(gao)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)條(tiao)件(jian)下(xia)表(biao)現(xian)出(chu)較(jiao)強(qiang)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)
，對(dui)未(wei)來(lai)的(de)柔(rou)性(xing)顯(xian)示(shi)應(ying)用(yong)極(ji)為(wei)有(you)利(li)。然(ran)而(er)，由(you)於(yu)在(zai)無(wu)機(ji)層(ceng)的(de)嚴(yan)酷(ku)沉(chen)積(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)QDs的降解，整體設備性能較差。這種類型（iv）結構（通常是有機的HTLs和無機ETLs）是為了同時利用無機和有機CTL的優勢而開發的。盡管在最初的工作中，它們的性能並沒有顯著提高（EQE的0.2%），但是將ZnO納米顆粒引入ETLs是一個重要的突破。即使以納米粒子的形式存在

，ZnO也表現出了良好的電子遷移能力，在器件中引入這些納米顆粒時，底層的QD層不會發生顯著的破壞。目前
，由於ZnO納米顆粒優異的性能（見圖3d，e）
，使用其作為ETLs的器件已經成為QLED研究的標準，包括柔性設備。這些器件的另一個重要優點是超薄的整體層（數百納米），這使得它們適合於柔性顯示器。例如，最近的一項研究表明，這種高度可變形的可穿戴式發光二極管的總厚度小於3 μm，包括設備部件和雙層封裝層。

 

全彩色顯示器的QDs圖形技術

 

為實現高分辨率的全彩色顯示器（包括柔性顯示器），人們做出了巨大的努力。最大的難點在於可穿戴式和/huobianxieshidianzishebei

，yurouxingxianshiqixiangjiehe
，xuyaogaofenbianlvhequansexingshi，zaiyouxiandekongjianneichengxianshengdongdeshijiaoxinxi。suizhexianshijishudefazhan，dianshidefenbianlvdadaolechaogaodeqingxidu(UHD，3840×2160)
，智能手機的高度為每英寸800像素（ppi）。例如，XperiaXZ Premium（Sony）的像素分辨率為807 ppi。為了顯示自然

、清qing晰xi的de圖tu像xiang
，就jiu需xu要yao更geng高gao分fen辨bian率lv顯xian示shi器qi，因yin為wei使shi用yong更geng細xi的de像xiang素su分fen辨bian率lv的de顯xian示shi器qi可ke以yi表biao達da更geng生sheng動dong的de圖tu像xiang。如ru果guo出chu現xian頭tou掛gua式shi顯xian示shi器qi或huo虛xu擬ni現xian實shi顯xian示shi器qi
，可ke以yi應ying用yong柔rou性xing顯xian示shi器qi
，則ze需xu要yao實shi現xian更geng高gao分fen辨bian率lv的de顯xian示shi器qi，通tong過guo放fang大da原yuan始shi的de二er維wei圖tu像xiang來lai投tou射she三san維wei的de突tu觸chu圖tu像xiang。目mu前qian
，有you兩liang種zhong主zhu要yao的de方fang法fa可ke以yi將jiang不bu同tong顏yan色se的deQDs和高分辨率的彩色QDs通過轉印或噴墨打印集成到顯示麵板上。

 

由於合成的膠體QDs分散在溶液中
，所以在早期的QLED研究中

，通常使用旋塗方式製備薄膜，形成單色發光器件。後來
，人們使用彈性體會結構（如聚二甲基矽氧烷，PDMS）印章來製備像素化的QD圖案。2008年，有學者報道了帶有線條和空間的QLED，是通過直接旋塗QDs溶液到一個有結構的印章上。隨後SAIT的研究人員開發了一種動態控製的轉印技術，過程如下：將旋塗得到的QD薄膜快速從自組裝的單層處理過的基板上取出
，放到所需的基底上（圖4a）。由於在印章上施加壓力（圖4b），相比之下，轉印後的QD層空缺和裂縫都減少。此堆積良好的QD層可以使器件的漏電流降低、電荷輸運提高（圖4 c）。使用這種轉印方法
，成功製得像素為320×240的4英寸大的全彩色柔性顯示屏。

 

圖4 多色QLEDs的圖案技術

 

chulezhuanyinjishuwai，penmodayinjishuyeyinqilerenmendeguangfanguanzhu

，yinweitakeyidayinsuoxudetuan
，buxuyaoguanghujinshuyanmoban。raner，chuantongdepenmodayinfangfabushihezhibeijingxituandeQD薄膜。因為提高噴墨穩定性，往往需要加入添加劑來提高QDs的分散性。而加入的添加劑會影響QDs薄膜中的電荷有效傳輸，從而降低OLED的電學性能。為了解決這一問題

，研究人員使用電動力噴墨打印技術（圖4 g，h），可以製備~5μm精細的QD圖案。該技術使用電場將QD墨水以窄幅的寬度噴出，由此產生的QD圖案顯示出均勻的線厚度。使用這個印刷方法，紅色和綠色的QD像素分辨率可達到商業顯示要求。

 

柔性白光QLEDs

 

白色發光二極管（WLED）被廣泛應用於大麵積照明設備和/或顯示麵板的背光光源。正在使用的無機WLED陣列是點發射，而不是麵發射，導致區域的不均勻性。有機WLED被認為是一個不錯的選擇，但存在壽命和成本的問題。因此
，膠體QDs因其量子效量高、發射光譜大小可調、發射帶寬窄和光/熱穩定等特性，被用作WLED的發光組件。目前

，人們在基於QDs的高效WLED進行了大量研究。

 

有報道采用紅色CdSe/CdS/ZnS/CdSZnS)、綠色(CdSe/ZnS/CdSZnS)與藍色無機LED結合形成的WLED背光源，和液晶顯示器組成的46英寸的電視麵板。然而，這種顏色轉換的WLED量子效率低，因為小帶隙的QDs
、內部光散射、光漂白和不平電荷載流子重新吸收了高能光子。另外，傳統光源的發射光譜寬，導致發光效率和顏色呈現指數（CRI）低。

 

為了提高WLED的CRI和發光效率，場致發光的白色QLED使用不同顏色的QDs混合而成的（圖5a）。2007年
，報告了一種使用單層隨機混合QDs的白色EL器件。通過控製RGB QDs的混合比，可以很容易地調節EL頻譜

，而白色QLED顯示改進的EQE和CRI分別為0.36%和81%。人類的眼睛可以很容易地感知到波長在440~ 650nm之間的光，因此，在這個範圍內調優發射光譜可以提高CRI值。Bae等人控製白色QLEDs的發射光譜,通過精確調整不同顏色的量子點的混合比(圖5 b,c)。因此
，窄帶寬的QD發射器(< 30 nm)單色QD的顏色純度排放增加,但也會使寬光譜發射光譜的不同顏色之間的差距,降低國際wLED的價值。為了解決這個問題，排放峰值的數量可以增加。這就導致了更完全的可見光譜和更高的CRI值。CRI的價值從14個增加到93個，因為混合QDs的類型從兩個（藍色和黃色的QD）增加到4個（藍色，青色，黃色和紅色）。白色QLEDs基於量子點隨機混合有優勢
，比如容易處理和降低成本,但inter-particle不同顏色的量子點之間的能量傳遞誘發電流效率低，可憐的EQE，和紅移EL。因此,混合比和混合結構量子點的不同應該精確優化獲得平衡的白色EL。

 

圖5 柔性白光QLEDs

 

為了提高EL效率，SAIT采用了“選擇-放置-轉印技術”（圖5d）
，層層堆積QD層。通過調整RGB QD層的堆積序列，能有效抑製非輻射能量轉移（如G→B），從而實現真正的白色EL(圖5 e,f)。但是
，垂直方向上堆積的QD不可避免地存在粒子間的能量轉移（如G→R或B→R）。這是因為因為不同顏色的QD在電荷注入方向堆疊。而且隨著外加電壓的增加，QD的帶隙會增大，使得EL譜會發生藍移。

 

基於像素化RGB QD陣列的白光QLED可以解決這些問題(圖5 g j)。最近，科研人員使用凹版轉移印花方法
，獲得了高分辨率的RGB像素陣列(> 2400 ppi)(圖5h,i)。如圖5所示
，在相同波長（440納米）激發下，像素化QD層和藍色QD層的載流子壽命是相似的。但是，由於混合QD層中QDs之間會發生能量轉換，使得RGB混合層的載流子壽命要短得多。這個結果表明，像素化的RGB WQLED比使用混合QDs的WQLED更有效。如果晶體管能夠單獨控製RGB QD像素的EL，那麼像素化的QLED在不同亮度下會表現出更高的性能。

 

柔性透明QLEDs

 

製造適合於窗戶、眼yan鏡jing和he透tou明ming家jia居ju用yong品pin的de透tou明ming顯xian示shi器qi，可ke以yi顯xian著zhu增zeng加jia顯xian示shi應ying用yong的de範fan圍wei
，允yun許xu將jiang視shi覺jiao信xin息xi投tou射she到dao背bei景jing上shang，而er不bu會hui影ying響xiang其qi原yuan有you的de外wai觀guan和he背bei景jing視shi圖tu。柔rou性xing透tou明ming顯xian示shi器qi可ke以yi支zhi持chi新xin穎ying的de曲qu麵mian顯xian示shi應ying用yong，如ru智zhi能neng汽qi車che窗chuang口kou、可(ke)穿(chuan)戴(dai)智(zhi)能(neng)手(shou)表(biao)和(he)公(gong)共(gong)標(biao)牌(pai)顯(xian)示(shi)。然(ran)而(er)
，到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)，柔(rou)性(xing)透(tou)明(ming)顯(xian)示(shi)器(qi)的(de)性(xing)能(neng)明(ming)顯(xian)低(di)於(yu)不(bu)透(tou)明(ming)的(de)顯(xian)示(shi)器(qi)
，這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)受(shou)透(tou)明(ming)電(dian)極(ji)的(de)限(xian)製(zhi)。電(dian)極(ji)需(xu)要(yao)高(gao)導(dao)電(dian)性(xing)，高(gao)透(tou)明(ming)度(du)，以(yi)及(ji)適(shi)當(dang)的(de)能(neng)量(liang)水(shui)平(ping)，以(yi)便(bian)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)充(chong)電(dian)。表(biao)2總結了之前報告的透明QLED的光學和電氣性能，包括透明度
、電流效率和設備壽命。為了在透明發光二極管中獲得柔性，薄金屬薄膜（例如，Au、Ag、Ca/Ag和Al）被用作半透明的電極（圖6a）。降低金屬薄膜的厚度，從100nm到小於10納米，保持了最初的光發射波長。

 

 

圖6 柔性、半透明QLEDs

 

然而
，不幸的是
，這種金屬薄膜犧牲了器件的透明度，尤其是在低電阻電極上。事實上，半透明的QLED的透明度小於60%，而且隨著視角的增加，它會變得更低（圖6b）。目前，石墨烯對於下一代透明電極來說是一種很有吸引力的材料，因為它的厚度非常薄
，透明度高，而且電阻率低。Seo等人報告了完全透明的QLED
，使用非納米粒子（NP）-摻雜石墨烯和Ag納米線（NWs）-裝飾石墨烯作為陽極和陰極（圖6 c）。在保持高透明度和低麵電阻（圖6d）的同時，將Au NPs和AgNWsdelianjiezhuanhuaweishimoxiceng，youxiaoditiaojiedianjidenengliangshuiping。weilefangzhidicengpaifangcengdewuran，keyanrenyuanyongganshiyinshuafadaitichuantongdechanwagongyi，xingchenglegongchengshimoxidianji。raner，youyugaojiechudianzu，beizhuanyideshimoxicengbiaoxianchujiaogaodemiandianzu

，congerjiangdileQLEDs的EL性能，包括高電壓和低亮度（圖6e）。

 

AgNWs也被用於透明電極。在保持高透明度的同時
，由於其高度的多孔結構
，超細AgNWs的滲透式裝配提供了低電阻（<10 Ωsq−1）。由於Ag NWs很容易通過旋塗或刀塗的方式沉積在目標表麵
，基於Ag NWs的QLED可以同時兼具低成本和柔性的優勢。如有人使用AgNWs作為QLED的透明電極
，獲得器件亮度高（~25000 cd m2）、透明度高（70%）（圖6 f，g）。盡管石墨烯和Ag NWs已經有很大的進展，但它們的器件性能還需要進一步改進。

 

透明導電氧化物（TCOs）在過去的幾十年裏一直是使用最廣泛的透明電極。然而，由於在嚴酷的沉積過程中（如濺射）對底層發射物質的機械和/或化學損害，製造基於TCOs的透明頂電極仍然具有挑戰性。通過預沉澱厚無機緩衝層和頂部TCO電極連續濺射過程
，以防止對QD層的損害
，並形成CTLs之間不需要的傳導路徑（圖6 h）。然而，與不透明的發光裝置相比，透明的發光裝置仍然顯示出較低的EL特性，原因是設備內的電荷載體不平衡。此外，厚厚的ETL和/或無機緩衝層增加了硬度，從而降低了QLEDs的柔性。2017年，Kim組報道了由ZnO NPs和超薄氧化鋁覆蓋層組成的ETL結構（圖6i）。采用2納米厚氧化鋁超層對無機ETL結構進行了50次改造
，有效地保護了發射層和平衡電子/空穴注入到QDs中，從而導致了高度透明（可見光範圍達84%）和明亮（~43000cd m-2）QLED。他們還報告了可折疊和可伸縮的透明QLED，使用聚對二甲苯-環氧雙層膜作為封裝和扣緊裝置結構（圖6j
，k）。超薄柔性透明QLED，在千次彎曲試驗後仍顯示出高度穩定的EL，原因是設計的ETL層並沒有增加QLEDs的整體厚度
，而易脆的ITO電極則位於偽中性機械平麵上。這些超薄的透明透明發光二極管可以被集成到各種彎曲物體的表麵，被認為是向智能的物聯網（IoTs）邁出的重要一步。

 

可穿戴的量子點顯示

 

柔性QLED最具前景的應用之一是可穿戴顯示器。皮膚安裝的電子產品為先進的可穿戴診斷/治zhi療liao解jie決jue方fang案an提ti供gong了le新xin的de途tu徑jing。這zhe些xie顯xian示shi器qi可ke以yi實shi時shi顯xian示shi可ke穿chuan戴dai傳chuan感gan器qi的de監jian控kong數shu據ju然ran而er
，可ke穿chuan戴dai顯xian示shi器qi仍reng然ran麵mian臨lin著zhe重zhong大da挑tiao戰zhan，如ru傳chuan統tong柔rou性xing顯xian示shi器qi的de厚hou度du和he剛gang度du。與yu有you機ji發fa光guang二er極ji管guan相xiang比bi，QLEDs的高水/空氣穩定性可以使封裝層更薄，從而大大提高了設備的靈活性。

 

柔性的QLED通常是基於在柔性寵物襯底上的ITO電極製造的，其厚度在幾百微米的範圍內。由於厚底物和易碎的ITO電極，顯示器的最小彎曲半徑限製在幾十毫米以內。Demir組報道了像貼紙一樣的頂部發光的QLED，它是以熱/溶劑穩定性的聚酰亞胺（PI）薄膜為基底，Ag薄膜（18nm）作為半透明電極(圖7 a,b)。薄膜型QLED可在各種物體的曲麵上很容易變形和疊層，包括一個薄板的邊緣和一個吉祥物娃娃的胸部（圖7 c）。

 

圖7 可穿戴的量子點顯示

 

對於可穿戴顯示器來說，建立一個生物兼容的超薄封裝層是至關重要的。Choi等人報告說，在電子紋身的顯示器（圖7d）中使用了環氧樹脂雙層超薄發光二極管。美國食品及藥物管理局（食品和藥物管理局）批準了生物相容性的parylene-C薄膜


，它與皮膚有良好的界麵

，可以防止它出現皮疹或瘙癢。超薄環氧樹脂層還能防止在底層ITO電極濺射過程中對二烯薄膜造成任何損壞。雙層封裝的厚度是1.2μm，而QLED的總厚度為2.6μm（圖7e）。當脆弱的ITO電極位於中性機械平麵附近時，拉伸和壓縮應可以得到補償，超薄的QLED則可以在沒有機械損傷的情況下自由變形
，即使是在柔軟的人皮上也能達到相同效果（圖7 f）。在具有曲率半徑的波狀變形狀態下，適用於柔性QLED的峰值應變小於ITO電極的斷裂應變（2.2%），這使得高度可變形的柔性QLED。此外

，超薄封裝層使設備防水
，有效地保護了高濕度條件下的可穿戴設備（圖7 g）。通過應用一個被動矩陣陣列設計
，可穿戴的QLED可以在滾動和揉皺的物體上顯示不同信息（圖7 h）。圖7i顯示了在表皮QLEDshangxianshidelianxutuxiang。kechuandaishifaguangerjiguannengzuidaxiandudijiangdigonghao，yizhiguore，zheshiyouyuzhuxingbeidongjuzhencaozuoguocheng
，quebaolekechuandaixianshiqizairenpifushangdeanquanyunxing。

 

與其他電子設備集成的QLED

 

在本節中，我們將討論與其他電子元件集成的柔性QLED，如傳感器、記憶
、控製器和藍牙設備，如何用於下一代便攜式和/或可穿戴式電子/光電係統。集成電子係統的柔性形式因素將為可穿戴顯示器提供新的設計平台。

 

一個基於柔性QLED的有趣應用是一種智能的壓力敏感顯示器，它可以實時測量

、存儲和顯示外部的機械變形。Son等人集成了基於MoS2的電阻隨機存取存儲器（ReRAM）設備和帶QLED陣列的壓力傳感器。壓力傳感器的測量數據首先存儲在二硫化鉬ReRAM數組
，之後書麵數據可以直觀地通過QLED陣列顯示(圖8 a、b)。可穿戴QLEDs可以集成到一個多路複用透明觸摸傳感器陣列作為輸入端口的用戶意圖(圖8 c)。超薄QLED也可以與透明的力觸覺傳感器集成（即：壓力傳感器和觸控傳感器）（圖8d）。軟集成的電子係統可以通過範德華力單獨壓在人的皮膚上，即使在畸形狀態下也能穩定運行（圖8e）。這些係統級集成的例子證實了可穿戴式顯示器集成的新型可穿戴電子係統的可行性。

 

圖8 可穿戴QLEDs與其他電子器件/設備的集成

 

可穿戴QLED是另一個靈活的QLED的應用例子，可以作為可穿戴基於光的生物傳感器的光源。在2017年
，Kim等人報告了可穿戴光體（PPG）傳感器，這些傳感器結合了可伸縮的QLED和QD光電探測器。基於石墨烯的透明電極，為基於QDa的發光二極管和PDs提供了極端的可彎曲性。QLED被轉移到一個預先拉伸的彈性體上，形成一個彎曲的結構
，並顯示出70%的可拉伸性。對於PPG傳感器，可伸縮的QLED和PDs分別安裝在指尖和側麵，分別作為光源和檢測器進行（圖8 f）。吸收光譜的變化與脈衝的相關性很好。可穿戴的PPG傳感器還能準確測量壓力的細微變化（圖8 g）。這種由基於QLED和PDs組成的光電設備可以用於各種可穿戴傳感器應用，如人類運動檢測和/或心率測量。在完全集成的可穿戴電子設備中，QLEDs的另一個應用例子是一個靈活的印刷電路板（FPCB），它集成了QLED顯示屏
、觸摸傳感器
、微控製器模塊、無線單元、其他物理傳感器和電源（圖8 h-j）。觸摸傳感器與一個QLED顯示屏共同嵌入，同時保持超薄的外形（5.5μm）。觸摸界麵通過改變QLED顯示（圖8i）中的傳感模式
，提供了一個交互式用戶界麵。8×8大小的超薄QLED被動矩陣陣列貼在人的手臂上，可以實時顯示由可穿戴傳感器（圖8i，右）測量出的溫度和步數信息（圖8j）。這種完全集成的可穿戴QLED顯示屏可以為先進的可穿戴醫療電子係統提供新的可能。

 

總的來說，人們在QD合成方法以及器件結構優化方麵做出了巨大的努力
，來提高QLED的性能。盡管目前還麵臨著器件壽命、藍光效率低、Cd基量子點毒性等挑戰，QLED還是表現出超越其他LED的優異特性
，如高純度、高亮度和低電壓、高分辨率RGB陣列模式和超薄外形等。這些優點使得QLED成為下一代顯示應用的前景，特別是在柔性/可穿戴電子設備領域。隨著QD加工技術
、封裝技術

、新型器件/係統設計的不斷改進與提高，QLED可以被用於更先進的器件/設備上，如柔性白光QLED和高度透明的柔性QLEDs。新興QLED的每一項關鍵技術都為新電子和光電技術提供了許多機會。這些QLED可以與各種可穿戴電子設備成功集成
，包括可穿戴傳感器
、數據存儲模塊、觸(chu)控(kong)界(jie)麵(mian)和(he)靈(ling)活(huo)的(de)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)設(she)備(bei)。未(wei)來(lai)，其(qi)他(ta)家(jia)庭(ting)應(ying)用(yong)和(he)移(yi)動(dong)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)將(jiang)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)連(lian)接(jie)，可(ke)穿(chuan)戴(dai)顯(xian)示(shi)器(qi)將(jiang)為(wei)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)信(xin)息(xi)。這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)為(wei)柔(rou)性(xing)QLED和相關下一代顯示器的前景提供了光明的前景。

 

 

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