隨著人工智能、圖像識別和5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展。新冠疫情背景下，遠(yuǎn)程辦公和遠(yuǎn)程消費交互日益增加，市場再次將注意力轉(zhuǎn)向AR/VR，對技術(shù)應(yīng)用的投資增加。據(jù)IDC預(yù)測，從2020年到2024年，全球AR和VR行業(yè)的市場規(guī)模將分別從280億元和620億元增長到2400億元。市場爆發(fā)的主要原因之一是性能優(yōu)異的新型顯示技術(shù)的突破，顯示器件作為AR/VR的基本元素，除了重量輕、體積小之外，還應(yīng)該具有超高像素密度和快速刷新速度。目前，液晶顯示器 (LCD) 和有機發(fā)光二極管 (OLED)這兩種主流的顯示技術(shù)已被應(yīng)用于近眼顯示器 (NEDs) 和頭戴顯示器 (HMDs)。然而，由于較低的轉(zhuǎn)換效率、顏色飽和度以及老化快、壽命短等缺點，加速了新型顯示技術(shù)的開發(fā)。Micro-LED具有優(yōu)異的光學(xué)性能和長的壽命，被認(rèn)為是下一代終極顯示技術(shù)。最小像素尺寸達(dá)到數(shù)十微米，高像素密度為其在AR/VR的應(yīng)用提供了可能。除了高像素密度，全彩化也是另一關(guān)鍵要素，其中，色轉(zhuǎn)換方案是實現(xiàn)全彩化的有效方法，通過噴墨打印技術(shù)將量子點沉積在藍(lán)色或紫外Micro-LED芯片上實現(xiàn)三色發(fā)光，同時避免了巨量化轉(zhuǎn)移。近年來，壓電/熱噴墨打印、氣溶膠噴墨打印、電流體動力噴墨打印、超級噴墨打印等技術(shù)被用來沉積色轉(zhuǎn)換層，為實現(xiàn)Micro-LED全彩化表現(xiàn)出極大潛力。
最近，廈門大學(xué)張榮教授團(tuán)隊與臺灣交通大學(xué)郭浩中教授合作，在Opto-Electronic Advances 2022年第5期上發(fā)表了題為“An overview on the principle of inkjet printing technique and its application in micro-display for augmented/virtual realities”的綜述文章。本文首先介紹了AR/VR技術(shù)的研究進(jìn)展，然后討論了Micro-LED顯示技術(shù)的研究進(jìn)展及其在AR/VR中的適應(yīng)性，以及通過噴墨打印技術(shù)制備Micro-LED色轉(zhuǎn)換層的優(yōu)勢，討論了非輻射能量轉(zhuǎn)移機制以及色轉(zhuǎn)換層的厚度對色轉(zhuǎn)換效率的影響；介紹了SIJ相對于其他打印技術(shù)在分辨率上的優(yōu)越性。第二部分介紹了各種噴墨打印技術(shù)的打印原理，以及兩個關(guān)鍵問題：墨水的流變學(xué)參數(shù)優(yōu)化和解決咖啡環(huán)效應(yīng)的方案。介紹了每種打印技術(shù)適合的墨水流變學(xué)參數(shù)及流變學(xué)參數(shù)對打印效果的影響。綜述了咖啡環(huán)效應(yīng)的兩種解決思路，及具體的改善方法。最后，強調(diào)了與色轉(zhuǎn)換層相關(guān)的一些潛在問題，包括光串?dāng)_、藍(lán)光吸收以及自吸收效應(yīng)。
Micro-LED為AR/VR的商業(yè)化鋪平了道路，而高像素密度的全彩化Micro-LED的制造是瓶頸之一。色轉(zhuǎn)換層方案是實現(xiàn)Micro-LED全彩化的有效途徑，噴墨打印技術(shù)的發(fā)展為高分辨色轉(zhuǎn)換層的制造提供了技術(shù)支持。
本項目受到了國家自然科學(xué)基金(11904302)、 中央基本科研業(yè)務(wù)費校長基金項目 (20720190005) 和廈門市科技重大專項(3502Z20191015)的支持。同時感謝香港科技大學(xué)劉紀(jì)美教授、南京大學(xué)劉斌教授、南方科技大學(xué)劉召軍教授的指導(dǎo)。
圖1 各種噴墨打印技術(shù)的線寬分布
圖2 SIJ技術(shù)打印的字母和校徽logo
圖3 抑制咖啡環(huán)效應(yīng)的方法研究
團(tuán)隊照片
研究團(tuán)隊簡介
廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體照明與顯示實驗室成立于2006年，主要研究方向為micro-LED顯示技術(shù)，量子點熒光材料等。近年來，在張榮教授和陳忠教授的指導(dǎo)下，發(fā)表了數(shù)十項高水平成果，獲得了多項省市科技進(jìn)步獎。同時，依托海峽優(yōu)勢，廣泛開展兩岸合作，團(tuán)隊林岳副教授和吳挺竹副教授與臺灣新竹交通大學(xué)郭浩中教授團(tuán)隊進(jìn)行深入合作，在鈣鈦礦量子點和micro-LED全彩顯示技術(shù)方面做出了多項應(yīng)用級成果。
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楊曉，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院在讀博士研究生，2017年于陜西科技大學(xué)獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位，2020年于中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所獲工學(xué)碩士學(xué)位。目前研究課題關(guān)于全彩化鈣鈦礦量子點的高分辨噴墨打印及器件研究。
林岳，廈門大學(xué)電子科學(xué)系副教授。2007年獲東南大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，2012年獲廈門大學(xué)無線物理學(xué)博士學(xué)位。博士研究生期間赴美國北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校進(jìn)行學(xué)者訪問。在加入廈門大學(xué)之前，曾在中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所工作。研究方向為半導(dǎo)體物理，尤其關(guān)注與III-V光電器件(如InGaN)發(fā)光過程和鈣鈦礦量子點(如CsPbI3)相關(guān)的基礎(chǔ)物理問題。迄今為止，以第一作者或通訊作者在Small、Journal of materials chemistry C、Applied physics letters、Photonics Research、Optics Express等期刊發(fā)表論文20余篇。
郭浩中，臺灣陽明交通大學(xué)特聘教授，IEEE Fellow、SPIE Fellow、OSA Fellow、IET Fellow。1998年獲得美國伊利諾伊大學(xué)-香檳分校博士學(xué)位，2002年任職于臺灣交通大學(xué)光電工程學(xué)系，2009-2011年擔(dān)任臺灣交通大學(xué)光電工程學(xué)系系主任及所長。Photonics Research期刊編委。研究方向為半導(dǎo)體激光、LED與III-V族第三代半導(dǎo)體材料等。于ACS Nano、ACS Photonics, Advanced Materials、Optics Express, APL, IEEE PTL等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI文章400多篇，總引用超過16000次，H-指數(shù)為58。獲美國發(fā)明專利授權(quán)30余項；受邀作大會報告和邀請報告100余次，其中有35篇被國際半導(dǎo)體雜志報導(dǎo)；出版學(xué)術(shù)著作3本。
張榮，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任廈門大學(xué)黨委書記。曾在美國馬里蘭大學(xué)和威斯康星大學(xué)開展合作研究，任訪問教授/科學(xué)家；2000年獲國家杰出青年基金，教育部“長江學(xué)者獎勵計劃”特聘教授；主持/完成國家“973”計劃項目“半導(dǎo)體固態(tài)照明超高效率氮化物L(fēng)ED芯片基礎(chǔ)研究”(首席科學(xué)家)，國家自然科學(xué)基金重大項目“新型半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)與器件相關(guān)基礎(chǔ)問題”/“半導(dǎo)體功能量子結(jié)構(gòu)相關(guān)基礎(chǔ)問題”，以及創(chuàng)新群體研究基金“新型低維量子結(jié)構(gòu)與器件”等項目；任江蘇省光電信息功能材料重點實驗室、半導(dǎo)體節(jié)能器件與材料國家-地方聯(lián)合工程研究中心主任，固態(tài)照明節(jié)能電子學(xué)省協(xié)同創(chuàng)新中心負(fù)責(zé)人；發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文314篇, 申請/授權(quán)中國/美國發(fā)明專利70件；獲國家自然科學(xué)獎二等獎和技術(shù)發(fā)明三等獎，教育部自然科學(xué)一等獎和技術(shù)發(fā)明一等獎，及其它部省級成果獎5項；任國家“863計劃”光電子材料及器件主題/半導(dǎo)體照明工程重大項目/重點科技專項專家組成員/副組長，國家自然科學(xué)基金半導(dǎo)體學(xué)科專家評審組成員，同時還擔(dān)任光電材料與技術(shù)、集成光電子學(xué)等國家重點實驗室學(xué)術(shù)委員會委員；《科學(xué)通報》、《半導(dǎo)體學(xué)報》等多個學(xué)術(shù)刊物和半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域?qū)W術(shù)叢書編委；長期任氮化物領(lǐng)域最重要系列國際會議IWN和ICNS國際顧問/程序/組織委員會委員。
