コロイド状量子ドットは、発光波長の調整可能性、高い色純度、溶液プロセス性、優れた発光効率などから、学界および産業界から大きな注目を集めています。量子ドットをベースとした新興の発光技術として、量子ドット発光ダイオード（導かれた）は、将来のディスプレイ技術の重要な候補となっています。近年、構造設計、量子ドット合成、界面最適化、製造プロセスにおける革新により、デバイス性能は大幅に向上しました。現在、赤色および緑色光デバイスの外部量子効率は概ね25%を超えているのに対し、青色光デバイスの性能は比較的遅れており、特に純青色光デバイスが顕著です。狭い発光線幅、高効率、高輝度を備えた純青色光デバイスは、フルカラー超高精細ディスプレイの実現に必要な前提条件です。しかし、現在報告されている高効率青色光デバイスは、主にスカイブルー光帯域に集中しており、これが色域を制限し、広色域超高精細ディスプレイの開発を妨げています。したがって、青色光デバイス、特に純粋な青色光を発するデバイスの性能を向上させることが急務となっています。
青色光デバイスの性能向上のための既存の戦略は、主に量子ドット表面の化学修飾と電荷輸送層エンジニアリングである。前者は、量子ドットの表面化学を最適化することで、エネルギー準位のアライメントとキャリア移動度を向上させる。例えば、プロパンチオール修飾量子ドットは、短鎖リガンドを介して電荷輸送と注入のバランスを促進し、高効率青色光デバイスを実現する。後者は、電荷輸送層を変調することで、よりバランスの取れたキャリア注入を実現する。例えば、架橋正孔輸送層に一次元輸送チャネルを構築して正孔輸送を向上させる、あるいは酸化亜鉛電子輸送層の代わりにスズドープ酸化亜鉛を使用することで電子の過剰注入を抑制する。さらに、電子輸送層と量子ドット間の界面層には、電子の過剰注入を軽減するために、絶縁性ポリマーなどの材料がしばしば用いられる。電子輸送層および界面層エンジニアリングは、主に電子注入を抑制することで電荷バランスを改善するのに対し、正孔輸送／注入層エンジニアリングは、通常、正孔注入を促進することで電荷バランスを実現し、デバイスの輝度と効率を同時に向上させる可能性がより高い。
既存の研究は主に単一の機能層の改変に焦点を当てており、高輝度と高効率を同時に達成することは困難です。機能層の相乗的な改変は、現在の限界を克服し、高性能青色光デバイスへの新たな技術的道筋を提供することが期待されます。
太原理工大学の翟光梅氏が率いる研究チームは、量子ドット発光層と正孔注入層を同時に改質することで、純青色発光デバイスの性能を向上させる、シンプルかつ効果的な二重ターゲット塩化リチウム処理戦略を開発した。 この戦略は、量子ドットの表面化学と輸送層とのエネルギー準位整合を最適化し、界面蛍光消光を低減するだけでなく、正孔注入層の導電性、透過率、正孔注入効率も向上させる。 処理された純青色発光デバイスは、ピーク波長461 ナノメートル、発光線幅19 ナノメートル、最大輝度27210 CD/m²、最大電力効率8.83 映画/W、最大電流効率10.10 CD/A、ピーク外部量子効率23.44%を達成し、未処理および単一ターゲット処理デバイスを大幅に上回る性能となった。この研究は、機能層の相乗的な変更がデバイス性能の向上に有効であることを実証し、高性能の純青色発光デバイスを製造するための実現可能な方法を示しています。
