发光二极管完整版讲解.docx

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发光二极管完整版讲解

异

质

结

文

献

翻

译

-------TheSecondGroup

第二组组员信息表

姓名

学号

班级

李周（组长）

5120145153

光信1402班

蔡玉栋

5120143161

光信1402班

吴桃星

5120142455

光信1402班

林勇

5120145174

光信1402班

王世海

5120145162

光信1402班

孙春元

5120143160

光信1401班

夏庆尧

5120145167

光信1401班

High-ResolutionPatternsofQuantumDotsFormedbyElectrohydrodynamicJetPrintingforLight-EmittingDiodes

电子喷墨打印形成高分辨率量子点阵的发光二极管应用

†DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,BeckmanInstituteforAdvancedScienceandTechnology,FrederickSeitzMaterialsResearchLaboratory,UniversityofIllinoisatUrbana−Champaign,Urbana,Illinois61801,UnitedStates‡DepartmentsofMaterialsScienceandEngineering,NanotechnologyResearchCenter（ERNAM）ErciyesUniversity,Kayseri,38039,Turkey

材料科学与工程系，贝克曼先进科学和技术研究所，FrederickSeitzMaterials研究实验室，Illinois大学Urbana-Champaign分校，Illinois61801，美国材料科学与工程系，纳米技术研究中心（ERNAM）Erciyes大学，Kayseri，38039，土耳其支持信息

ABSTRACT:

Herewedemonstratematerialsandoperatingconditionsthatallowforhigh-resolutionprintingoflayersofquantumdots（QDs）withprecisecontroloverthicknessandsubmicronlateralresolutionandcapabilitiesforuseasactivelayersofQDlight-emittingdiodes（LEDs）.TheshapesandthicknessesoftheQDpatternsexhibitsystematicdependenceonthedimensionsoftheprintingnozzleandtheinkcompositioninwaysthatallownearlyarbitrary,systematiccontrolwhenexploitedinafullyautomatedprintingtool.HomogeneousarraysofpatternsofQDsserveasthebasisforcorrespondingarraysofQDLEDsthatexhibitexcellentperformance.SequentialprintingofdifferenttypesofQDsinamultilayerstackorinaninterdigitatedgeometryprovidesstrategiesforcontinuoustuningoftheeffective,overallemissionwavelengthsoftheresultingQDLEDs.Thisstrategyisusefultoefficient,additiveuseofQDsforwiderangingtypesofelectronicandoptoelectronicdevices.

摘要：

在这里，我们演示了高分辨率打印多层量子点所需的材料和操作条件。

打印过程中需要精确控制量子点的厚度和亚微米横向分辨率及其性能。

打印出的量子点可被用作发光二极管的有源层。

当用于全自动印刷工具时，以几乎允许任意系统的控制方式，在打印喷嘴的尺寸和油墨组合方面，量子点模式的形状和厚度呈现出具有系统依赖性的特点。

量子点模式的均匀阵列作为相应量子点LED阵列，表现出优异的性能。

在多层堆叠或交叉几何学中，不同类型的量子点的顺序打印，为所得到的量子点发光二极管的全部有效的发射波长，提供持续的调整策略。

对于电子和光电器件的宽范围类型的有效的附加应用，这种策略是有用的。

KEYWORDS:

Electrohydrodynamicjetprinting,nanopatterning,quantumdots,light-emittingdiode,electroluminescence

关键词：

电流体喷射印花，纳米，量子点，发光二极管，电致发光

C

olloidalquantumdots（QDs）arenanoscalecrystalsofsemiconductingmaterialsthatcanbesynthesizedandprocessedusingbulksolutionphasetechniques.1−7Thesizedependentelectrical/opticalpropertiesofQDscanbeexploitedinunusualclassesofelectronicandoptoelectronicdeviceswithpotentialforuseinsolid-statelighting,8,9informationdisplays,10−15imagingdetectors,andothersystems.16Quantumdotbasedlight-emittingdiodes（QDLEDs）areofparticularinterestduetotheirwide-rangecolortunability,highbrightness,andnarrowemissionbandwidth.17−19Challengesremain,however,inachievingoptimizedcontrolofchargetransport/lightemissionandinformingthenecessarymultilayerdevicestructures.20,21Researchoverthelastseveralyearshasledtosignificantprogressontheformersetoftopics.22Approachestoaddressthelatterincludeconventionalinkjetprinting,23advancedtechniquesoftransferprinting12,24,25and,ininitialfeasibilitydemonstrations,dippennanolithography.26−28Theaimistoenablepatterning/stackingofred-green-blue（RGB）QDsintohigh-resolution,pixelatedgeometrieswithaccuratecontrolofregistration,efficientutilizationofthematerials,andminimalchemicalcontamination.Here,wepresentahighresolution,additivenanofabricationtechniquethatexploitscontrolled,electrohydrodynamicejectionoffluidsthroughfinenozzlesforthepatterneddeliveryofQDstoatargetsubstrate.29Themethodissimilarintermsofitsadditivenature,compatibilitywithmultiplematerial“inks”,andprogrammabledefinitionofpatternlayouts（i.e.,masklessoperation）toconventionalinkjettechniques,butitofferslevelsofresolution,registration,andthicknesscontrolthatarevastlysuperior.Thiselectrohydrodynamicjet（e-jet）printingprocedure30−32alsodoesnotrequireprepatternedtopographicalorchemicalpatternstoguidematerialflows.Previousworkdemonstratescompatibilitywithawidevarietyofinks,rangingfromcarbonnanotubes（CNTs）33toproteinsandDNA,34,35toblockcopolymers,36,37conductingpolymersandmanyothers.TheworkreportedhereestablishesversatilecapabilitieswhenusedwithsolutionsuspensionsofQDs,throughdemonstrationsofwide-ranging,multicoloredpatternsofQDsinvariousgeometries.SuchprintedstructurescanbeincorporatedintofunctionalQDLEDswithexpectedproperties.UnusualprinteddeviceconfigurationssuchasverticalstacksofQDsenableLEDswithvisiblelightemissionattailoredwavelengths

胶体量子点（量子点）是半导体材料的纳米晶体，可以使用散装液相技术合成和加工。

量子点的尺寸依赖的电光特性可以利用在不寻常类别的电子和光电子器件上，在固态照明，信息显示，成像探测器，和其他系统中具有潜在的使用价值。

基于量子点的发光二极管（QDLED）因其宽泛的色彩可调性，高亮度，和窄的发射带宽的特点，而散发出独特的魅力。

但在实现电荷传输光发射的优化控制、形成必要的多层器件结构方面，挑战仍然存在。

过去几年对前一课题的研究已经有了重大进展。

解决后者的方法包括：

传统的喷墨印花，转移印花的先进技术，在初步的可行性论证，蘸笔纳米光刻技术。

其目的是使图案红、绿、蓝（RGB）的量子点层叠具有高分辨率、像素化的几何形状与登记的精确控制、材料的有效利用和最小的化学玷污的优点。

在这里，我们提出了一个高分辨率，附加纳米加工技术，利用受控电流体喷射，通过极细喷嘴将图案化量子点传递到目标基底的方法。

该方法与其附加性质类似，兼容多种原料的“墨水”和可编程的模式布局的定义（对比传统的喷墨技术而言。

即，无掩模操作），并且它提供的分辨率水平、登记和厚度控制，都大大优于传统技术。

这种电流体喷射（e-喷射）印刷过程也不需要预先定型的地形或化学模式来指导物质流。

以前的工作表明，e-喷射印刷与各种各样的油墨，从碳纳米管（CNTs）到蛋白质和DNA，再到嵌段共聚物、导电聚合物和许多其他材料都能实现兼容。

这里的报告工作是在使用量子点溶液悬浮液，通过广泛的各种几何图案的多色量子点模式的验证的基础上完成的。

它建立了e-喷射通用性的能力。

这样的印刷结构可以纳入预期性能与功能的量子点发光二极管。

非常印刷设备的配置，如垂直量子点堆叠，能使发光二极管发出指定波长的可见光。

Figure1.ElectrohydrodynamicjetprintingasaroutetohighresolutionpatternsofQDs.（a）Anopticalmicroscopeimageofametal-coatedglassnozzle（5μminternaldiameteratthetip）andatargetsubstrateduringtheprintingprocess.（b）Schematicillustrationcorrespondingtotheimageof（a）.Theinksconsistofadilutesolutions（0.25%）ofdifferenttypesofQDs（CdSe/CdZnSeSgreenorCdSe/CdS/ZnSredcore/shellQDs）indichlorobenzene.Thesolventevaporatesduringandimmediatelyafterprinting.（c,d）QDsprintedinlineargeometries:

（c）opticaland（d）fluorescenceimagesofapatterngeneratedinacontinuousprintingmode.（e,f）QDsprintedintofilledsquaregeometries:

（e）opticaland（f）fluorescenceimagesofanarrayofsquares（30×30μm2）formedbyrasterscanninginthecontinuousmode.Thespacingsbetweenadjacentlinesdecreasesfromtoplefttobottomright.（g,h）QDsprintedintocomplexshapes:

（g）opticaland（h）compositefluorescenceimagesofapatternofredandgreenQDsprintedinarasterscanningmodetoobtainauniformcoverage.（i,j）QDsprintedintoarraysofspots:

（i）opticaland（j）compositefluorescenceimagesofarraysofredandgreenQDsprintedinadropondemandmode.Nozzleswithinternaldiametersof2and5μmwereusedintheresultspresentedabove.

图1.电动喷墨打印作为得到一种高分辨率模式量子点的的途径。

（a）表示一个金属镀膜玻璃细管的光学显微镜图像（尖端处的内径为5μm）和一个目标基板。

（b）示意图对应于图像（a）。

这个油墨包括了在二氯代苯中不同类型量子点的稀释剂（0.25%）（CdSe/CdZnSeS绿色或CdSe/CdS/ZnS红色核/壳状量子点）。

溶剂在打印之后立即蒸发。

（c，d）打印的量子点呈线性几何形状：

（c）光学图像和（d）荧光图像在连续打印模式下生成。

（e，f）量子点打印呈填充正方形几何形状：

正方形阵列（30x30um2）的（e）光学图像和（f）荧光图像通过连续光栅扫描模式形成。

相邻线之间的间距从左上角到右下角减小。

（g，h）打印成复杂形状的量子点：

红色和绿色量子点的（g）光学图像和（h）复合荧光图像是以光栅扫描模式打印以获得均匀的覆盖。

（i，j）打印成斑点阵列的量子点：

阵列的红色和绿色量子点的（i）光学图像和（j）复合荧光图像是按需模式下打印。

内径为2和5μm的喷嘴用于上述结果。

Figure1demonstratestheabilityofe-jetprintingtoformdiversepatternsofmultipletypesofQDswithgoodregistration.Here,solutionsofQDs（CdSe/CdZnSeSgreenorCdSe/CdS/ZnSredcore/shellQDs）38,39inorganicsolvents（dichlorobenzene）serveastheinks（SupportingInformation1）.Avoltagebiasappliedbetweenasubstrateandametal-coatedglasscapillaryinducesrapidflowoftheinkthroughthefineopening（e.g.,5μm）attheendofthenozzle（Figure1a,bandSupportingInformation2）.ThesimultaneousprogrammedmovementofthesubstrateandcontrolofthevoltageenablespatterneddeliveryofQDsinnearlyanygeometry.Linepatternscanbeefficientlycreatedbyoperatingthee-jetsysteminamodethatinvolvesinkdeliveryintheformofasingle,continuousjet,asshowninFigure1c,d.Inarasterscanningoperationwiththismode,QDscanbeprintedasfilledsolidpatterns（e.g.,squaresof30×30μm2）asinFigure1e,f.Thespacingsbetweenadjacentprintedlines,orthenumberofoverlaidprintingsequencescanbevariedtocontrolthethicknessesofthepatternswithoutsignificantchangeinthelateraldimensions.Increasesinthicknessmanifestasincreasedfluorescence（Figure1f）.Filledpolygonswithcomplexgeometriescanbedesignedbyconvertinganimagetonumericalcommandsforautomatedprinting.DifferentQDscanbedeliveredwithpreciseregistrationtodifferentregionsofasinglepattern.Figure1g,hpresentsanexampleofaprintedcartoonimageofanappleformedwithgreenandredQDs.Thestrong,spatiallyuniformpatternsoffluorescencesuggestfullareacoverageanduniformthicknessacrossthepattern.Inapulsatilemode,e-jetprintingyieldsarraysofcirculardepositsofQDswithdiametersof∼3.9μm（Figure1i,j）,usingdrop-on-demandoperation.Here,controloverthenumberofdelivereddropletsdeterminesthethicknessoftheprintedmaterials.

图1显示了喷墨印刷形成的量子点具有良好的登记多个类型不同模式的能力。

在这里，溶于有机溶剂（氯苯）中量子点溶液（CdSe/cdznses绿或CdSe/CdS/ZnS红核壳量子点）用作打印油墨（支持信息1）。

加在基底和金属镀膜玻璃细管之间的偏压，使油墨通过喷嘴末端的极细开口（例如，5μm）时，产生高速油墨流（图1a，b，支持信息2）。

同时编程运行的基板和控制电压，使图案化的量子点几乎能够以任何几何形状传送。

线模式可以通过操作e-喷射系统有效地创建，该系统涉及油墨传送模式的单一或连续油墨喷射形式，如图1c，d所示。

在这种模式光栅扫描操作下，量子点可以如图1e，f所示那样打印填充固体模式（例如，30×30μm2）。

相邻打印线之间的间距或覆盖打印序列号可以发生改变来控制模式的横向尺寸，然厚度却无显著变化。

荧光增强时，相应厚度也会明显增加（图1f）。

通过将图像转换为自动打印的数字命令，可以设计出复杂的几何图形填充的多边形。

不同的量子点可以通过精确的登记传送到单一模式的不同区域。

图1g，h介绍了印刷的卡通形象的例子，图示中的苹果形象是由绿色和红色量子点形成的。

强烈的空间均匀荧光图案能显示出全区域覆盖和跨越图案的均匀厚度。

在脉冲模式中，采用按需运行的方式，e-喷墨印刷产生直径3.9μm的量子点圆形存储阵列（图1i，j）。

在这里，通过控制传送液滴量的多少来决定印刷材料的厚度。

PatterningQDswithprecisecontr