《Science》子刊：超高分辨率！一种全彩超薄可穿戴显示器

高分辨率的红/绿/蓝(RGB)像素和可变形的形状因子，是新一代高级显示器的关键。在此，来自韩国大邱庆北科学技术学院的JiwoongYang & 韩国蔚山科学技术学院的Moon Kee Choi等研究者，提出了超高分辨率全彩钙钛矿纳米晶体(PeNC)图案超薄可穿戴显示器。相关论文以题为“Ultrahigh-resolution full-color perovskite nanocrystal patterning for ultrathin skin-attachable displays”发表在Science Advances上。

近年来，随着可穿戴设备、移动设备和物联网(IoT)的发展，超高清可穿戴显示器的需求越来越大。理想情况下，这些显示器必须是可机械变形的，这样它们就可以共形附着在各种曲面上，以增强耐磨性，甚至在主动运动时也是如此。技术进步(即超薄设计、可拉伸互连设计和本质可拉伸材料)，实现了可变形的形状因素，使弯曲、轧制和扭转等机械变化成为可能。此外，设计高效的可穿戴显示器是至关重要的，因为可穿戴电子设备的电源是有限的。此外，高清红/绿/蓝(RGB)子像素，对于在手腕、手指或眼睛上佩戴的可穿戴显示器有限的屏幕上可视化各种类型的信息至关重要。例如，在一个2英寸的智能手表显示屏上，每英寸(PPI)的分辨率需要约2200像素来展示商业4K电视(3840×2160像素)的分辨率。尽管最近显示技术取得了进步，但高效高清全彩可穿戴发光二极管(LEDs)的发展，仍然是一个具有挑战性的目标。

金属卤化物钙钛矿，在光电应用方面表现出相当大的潜力，因为其广泛的可调谐发射具有高亮度和色纯度[全宽半最大(FWHM) < 20 nm]，高光致发光(PL)量子产率(高达100%)和低成本的基于溶液的制造。此外，钙钛矿发光二极管(PeLEDs)的超薄厚度(<1 μm，不包括衬底厚度)，使其有希望应用于超薄和可变形(即柔性、可折叠和可拉伸)显示器。随着近年来合成、光物理和器件工程的进展，绿色和红色发光PeLEDs的外部量子效率(EQEs)分别达到约23.4%和21.3%，接近理论极限。以往的研究大多集中在用旋涂法制备的单色钙钛矿纳米晶体(PeNC)薄膜提高PeLEDs器件性能上。然而，在商业规模上制造高清全彩显示器带来了一些挑战，例如，开发与电致发光(EL)设备操作兼容的RGB子像素的图案处理过程。

传统的制模工艺(如光刻和喷墨印刷)，不适用于制造高效的PeLEDs。在光刻过程中，钙钛矿材料由于离子键的性质，很容易被极性溶剂、水分和紫外线降解。此外，在光刻中使用的湿化学物质，不可避免地破坏了底层电荷传输层和/或PeNCs，从而阻碍了高性能全彩PeLEDs的实现。喷墨印刷也得到了广泛的研究，因为它可以通过添加图案进行简单的加工；然而，用于均匀喷墨的添加剂(即聚合物基体、表面活性剂和粘度调节剂)和难以形成超薄像素(几十纳米量级)，抑制了PeLEDs的EL性能。使用粘弹性stamp的干法转移印刷，是为EL器件制造高分辨率PeNC像素的一种战略选择。该工艺不使用湿化学品，避免溶剂的正交性问题，防止不同颜色像素的交叉污染。然而，这种方法很少应用于PeNCs。PeNCs之间的弱相互作用，能容易导致薄膜在转移过程中发生内部开裂。

在此，为了满足这一需求，研究者展示了通过双层干法转移打印的超薄皮肤附着PeLED显示器的高分辨率全彩PeNC图案(图1A)。值得注意的是，在金属卤化物PeNC和聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)印章之间引入了有机电荷传输层，防止了在转移印刷过程中PeNC薄膜的内部开裂。该技术实现了所需尺寸的统一高清PeNC图案，并易于生成亚微米级图案。此外，对齐的RGB子像素尺寸可降低到3 μm×3 μm，表明双层转移打印可用于制作全彩高清显示器。这些打印的PeNC层在EL器件中表现出优异的光学和电学性能，红色、绿色和蓝色PeLEDs的EQEs分别为15.3、14.8和2.5%。（文：水生）

图1 PeNC转移印刷的发展。

图2 超高分辨率，双层转移印刷的PeNCs。

图3 转移打印PeLEDs的EL特性。

图4 超薄可附着于皮肤的PeLEDs。

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