钙钛矿器件实现光交互显示

       随着对多功能、智能电子设备的需求日益增加，交互式显示器在现实生活中的许多场景中具有广阔的应用前景。例如，具有传感和显示双重功能的显示面板可以提供实时通信，使设备在感知外部信号的同时能够显示信息。这种设备赋予了用户与设备之间的交互，满足单个设备的多功能化。但是，现有研究中的交互式显示器件通常是在正向和反向电压偏置下分别实现显示和交互的功能，因此需要进一步的电路设计才能使器件正常工作。并且传统的交互方式通常基于硬件工具（如遥控器、键盘、鼠标、手柄）或基于触摸、手势、体感等，严重受到距离、空间、精度和场景的限制。近日，福州大学李福山教授课题组报道了一种用于实现光交互显示的钙钛矿量子点发光/传感器（SD-PQLED）（如图1所示）。在这项工作中，在单个SD-PQLED器件中结合了光接收器、光传感器和光发射器的功能。以光为媒介，非接触地实现显示器件的交互。

图1 光交互显示器。(a) 光交互显示器的概念图。光笔沿着红色箭头描绘的路径照亮显示器的像素，实现显示器上的“光写入”。(b) 由四像素的SD-PQLED设计的光交互显示器的概念验证图。

       论文作者在SD-PQLED器件中采用了一种新型双层电荷存储层结构CuSCN/PTAA。在外界光信号的刺激下，PTAA层吸收输入光子并产生电子-空穴对。由于CuSCN/PTAA的界面势垒，光生空穴可以被CuSCN层捕获，从而产生一个内置电场，这提高了空穴传输效率，并在不改变驱动电压的情况下增加了器件电流。使器件在拥有钙钛矿量子点发光器件高效率、高色纯度等优点的同时，可以实现对光信号的感知和光生电荷的捕获，甚至记忆光信号（如图2所示）。

图2 SD-PQLED的设计。(a) 基于光交互层和发光层的SD-PQLED示意图。(b) 光交互层的机理图。

此外，通过调节外界光信号的时间和空间信息（如刺激时间和光强度），可以调制器件的发光特性，这对光交互显示是很重要的（如图3所示）。

图3 SD-PQLED的光交互特性。(a) 不同光照时间下器件的电流。(b) 不同光强度照射下器件的电流。(c) 不同光照时间（顶部）和光照强度（底部）下电流的变化率。

前景展望钙钛矿量子点结合了钙钛矿材料和量子点的双重优势，具有高缺陷容忍度、高光致发光量子产率 (≈100%)，并且发射波长可调，覆盖全可见光波段，使其在光电领域展现出巨大的应用潜力。根据可溶液合成和超高色纯度多色钙钛矿量子点的最新发展，这种由大量SD-PQLED组成的显示器在交互式屏幕中具有广阔的前景。此外，以光作为人机交互的媒介，有望以非接触的方式实现显示设备的精准、远程、大规模的交互，可应用于游戏、驾驶、公共显示、医疗、智能家居等多个场景。