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厦大团队在Micro LED全彩显示技术方面取得突破性进展

近眼显示

2023-05-09

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近日，厦门大学电子科学与技术学院半导体照明实验室在Micro-LED全彩显示技术方面取得突破性进展。这一成果以“Brightened bicomponent perovskite nanocomposite based on Förster resonance energy transfer for micro-LED displays”为题发表在Advanced Materials上。

Micro-LED是未来显示技术最合适的解决方案，其全彩化技术是近年来国际学术界和产业界的公认难点。钙钛矿量子点因其在发光性能的诸多优势，在Micro-LED全彩显示领域具有极高的应用潜力。然而，钙钛矿量子点的短板也很明显，尤其是红色发光的钙钛矿量子点，稳定性较之绿光钙钛矿量子点更差，亮度也更弱。因此探索新型量子点色转换技术，对于解决当前Micro-LED全彩显示技术难题、提升我国在Micro-LED显示产业的国际竞争力具有重要意义和价值。

针对当前难点，半导体照明实验室提出了一种全新的策略，利用红色发光钙钛矿量子点（γ-CsPbI₃）包覆绿色钙钛矿量子点（CsPbBr₃），形成核壳结构，在两种量子点之间满足能量转移的条件，γ-CsPbI₃将CsPbBr₃的发光完全吸收。由于CsPbBr₃向γ-CsPbI₃传递能量，因此γ-CsPbI₃会表现出CsPbBr₃的激发特性，可以调节该结构的最佳激发波长。该工作中，红色发光的双组分钙钛矿量子点最佳激发波长逐渐被调节至蓝光区域，在蓝光激发下，光致发光强度可以提升3倍以上，且蓝光激发量子产率接近100%，稳定性也得到了显著提升。

图1 研究团队提出的双组分多重包覆结构钙钛矿量子点结构及非辐射能量传递机理示意图。

在将红光量子点最佳激发波长调节至蓝光区域后，研究人员将该双组分量子点应用于蓝光Micro-LED色转换层中。借助玻璃微孔阵列作为载体，沉积出的量子点阵列与Micro-LED阵列相对应，实现了极佳的色转换性能，显示色域可达到135.9%的NTSC标准。

图2 利用玻璃微孔阵列，双组分钙钛矿量子点应用于蓝光Micro-LED色转换层中。

这项研究将非辐射能量传递机制与Micro-LED色转换技术相结合，从性能提升、工艺精简方面“双管齐下”，突破当前Micro-LED红光色转换技术瓶颈，以更低成本实现了高质量Micro-LED全彩显示效果，帮助解决产业技术难题，推动了我国Micro-LED全彩显示技术的产业化发展。

该工作涉及物理、化学、微电子等多学科交叉领域，电子科学与技术学院（国家示范性微电子学院）的陈忠教授与林岳副教授为共同通讯作者，2020级博士研究生范小通与王树立助理教授为共同第一作者。该工作由国家自然科学基金（12175189，11904302）、福建省对外合作项目（202210004）、中央高校基本科研业务费（20720190005，20720220085）、厦门市重大科技项目（3502Z20191015）等项目资助，厦门大学为成果的第一完成单位。

厦门大学半导体照明与显示实验室成立于2006年，是国内较早开展LED应用研究的团队，近十年获得省部级科研奖一等奖3项，二等奖5项。团队长期着眼于显示产业“卡脖子”的关键技术问题开展多学科交叉研究，围绕突破Micro-LED的几大技术瓶颈，持续推进着集成电路核心技术攻关，取得了一系列突破性进展，例如：首次实现Micro-LED直流电学参数无接触测量，取得微小芯片高效检测的技术突破；首次利用复合纳米结构大幅度提升红光量子产率，突破红光像素的低光效瓶颈；利用半极性芯片在绿光波段实现756MHz可见光通信带宽纪录；利用自主研发的显微高光谱设备，首次揭示了Micro-LED低温局域化发光机理等。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202300834