韩国研发出能贴在皮肤上的超薄显示屏

在下一代的可穿戴电子设备中，可贴在皮肤上的超薄显示屏无疑是重要的组件。为了追求超薄显示屏，科学家设计了很多微型超薄的发光二极管（LED），包括无机微型发光二极管（iLED）、高分子发光二极管（PLED）和有机发光二极管（OLED）。但是，它们工作电压高，稳定性不能令人满意，显示屏的规格比较厚。和它们相比，量子点发光二极管（QLED）的窄带宽使得发出的光具有诸多优势，例如颜色纯度高、带隙可调控性大、电致发光亮度高、工作电压低、稳定性高，这些性质使它特别适用于下一代可穿戴电子设备的超薄显示屏中。

近日，韩国基础科学研究所（IBS）的Taeghwan Hyeon教授、Dae-Hyeong Kim教授等人开发了一种超薄的QLED显示屏。它的厚度只有大约5.5 μm，能和皮肤充分接触，并且在剧烈变形后不会发生疲劳现象。它能够显示各种图案，包括字母、数字和符号。与柔性驱动电路和可穿戴式传感器完美结合后，这种能贴在皮肤上超薄显示屏可通过触摸式用户界面显示多种信息，例如外界温度和佩戴者运动的步数。相关工作发表于Advanced Materials 杂志上，并被选为内封底文章。值得一提的是，作者在致谢中提及相关工作得到了三星集团的大力支持。

Taeghwan Hyeon教授。图片来源：IBS

当期AM的内封底设计。图片来源：Adv. Mater

这种QLED显示屏的结构（下图a）包括ITO阳极、掺杂了锂的铝（Li:Al）和金（Au）组成的阳极和带量子点（QD）层的电荷传输层（HTL）组成。而带量子点层的电荷传输层包括电子传输层（ETL）、核/壳结构量子点、空穴传输层（HTL）、空穴注入层（HIL），并设置在阴极和阳极之间。整个显示屏的顶部和底部都用Parylene C和环氧树脂封装。

超薄QLED显示屏结构及RGB颜色显示。图片来源：Adv. Mater

在QLED显示屏中，量子点起到了极其重要的作用。QLED显示屏能分别发出绿色、蓝色、红色的光（上图b），这是由量子点的发光颜色所决定的。此外，量子点的壳层厚度对QLED的亮度有显著的影响。从QLED中的量子点的时间分辨光致发光谱可以看到，量子点的壳层越厚，量子点的载流子的平均寿命越长，表明比较厚的壳层有利于抑制非辐射复合。因此，基于较厚壳层的量子点（C/SThick QDs）的QLED的亮度较高，在工作电压为9 V时达到44,719 cd/m2，这是迄今报道的可穿戴LED中的最高值。同时，它能在大范围的低工作电压下保持高亮度，这对于可穿戴的电子设备来说非常重要。基于上述原因，C/SThick QDs更适合用来制作QLED显示屏。

QLED的电致发光性能。图片来源：Adv. Mater

研究团队使用基于C/SThick QD的QLED阵列制备了QLED超薄显示屏。其中16×16显示屏的亮度在峰间电压为6 V时高达674 cd m−2，让iPhone 7都自叹不如（亮度最大值为625 cd m−2）。虽然显示屏具有很高的亮度，但是它却没有过热的问题。当峰间电压为6~8 V时，16×16 QLED显示屏的温度始终低于28.5 ℃，贴在皮肤上，不会给皮肤带来不适。此外，它还具有出色的机械性能、防水性能和柔性，在严苛的力学条件下（例如压皱、卷曲等）不会发生疲劳现象，甚至弯曲1000次之后仍能正常工作。

QLED显示屏出色的机械性能、防水性能和柔性。图片来源：Adv. Mater 

QLED显示屏和触摸式传感器、温度传感器及加速度计连接后，能实时监测外界温度和运动的步数，并显示给佩戴者。就算贴在皮肤上，收到挤压和变形，也能正常工作。

QLED显示屏与传感器及驱动电路相连，监测外界温度和佩戴者步行步数。图片来源：Adv. Mater

不可否认，这种QLED显示屏看起来还显得有些简陋。不过，我们相信在不久的将来，这种可穿戴显示屏佩戴会更加舒适，功能会更加强大，让我们拭目以待吧。

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