隨著人工智能、圖像識別和5G通信技術的快速發展，增強現實(AR)和虛擬現實(VR)技術正以驚人的速度發展。新冠疫情背景下，遠程辦公和遠程消費交互日益增加，市場再次將注意力轉向AR/VR，對技術應用的投資增加。據IDC預測，從2020年到2024年，全球AR和VR行業的市場規模將分別從280億元和620億元增長到2400億元。市場爆發的主要原因之一是性能優異的新型顯示技術的突破，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) 和有機發光二極管 (OLED)這兩種主流的顯示技術已被應用于近眼顯示器 (NEDs) 和頭戴顯示器 (HMDs)。然而，由于較低的轉換效率、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的開發。Micro-LED具有優異的光學性能和長的壽命，被認為是下一代終極顯示技術。最小像素尺寸達到數十微米，高像素密度為其在AR/VR的應用提供了可能。除了高像素密度，全彩化也是另一關鍵要素，其中，色轉換方案是實現全彩化的有效方法，通過噴墨打印技術將量子點沉積在藍色或紫外Micro-LED芯片上實現三色發光，同時避免了巨量化轉移。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被用來沉積色轉換層，為實現Micro-LED全彩化表現出極大潛力。
最近，廈門大學張榮教授團隊與臺灣交通大學郭浩中教授合作，在Opto-Electronic Advances 2022年第5期上發表了題為“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技術的研究進展，然后討論了Micro-LED顯示技術的研究進展及其在AR/VR中的適應性，以及通過噴墨打印技術制備Micro-LED色轉換層的優勢，討論了非輻射能量轉移機制以及色轉換層的厚度對色轉換效率的影響；介紹了SIJ相對于其他打印技術在分辨率上的優越性。第二部分介紹了各種噴墨打印技術的打印原理，以及兩個關鍵問題：墨水的流變學參數優化和解決咖啡環效應的方案。介紹了每種打印技術適合的墨水流變學參數及流變學參數對打印效果的影響。綜述了咖啡環效應的兩種解決思路，及具體的改善方法。最后，強調了與色轉換層相關的一些潛在問題，包括光串擾、藍光吸收以及自吸收效應。
Micro-LED為AR/VR的商業化鋪平了道路，而高像素密度的全彩化Micro-LED的制造是瓶頸之一。色轉換層方案是實現Micro-LED全彩化的有效途徑，噴墨打印技術的發展為高分辨色轉換層的制造提供了技術支持。
本項目受到了國家自然科學基金(11904302)、 中央基本科研業務費校長基金項目 (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劉紀美教授、南京大學劉斌教授、南方科技大學劉召軍教授的指導。
圖1 各種噴墨打印技術的線寬分布
圖2 SIJ技術打印的字母和校徽logo
圖3 抑制咖啡環效應的方法研究
團隊照片
研究團隊簡介
廈門大學電子科學與技術學院半導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，量子點熒光材料等。近年來，在張榮教授和陳忠教授的指導下，發表了數十項高水平成果，獲得了多項省市科技進步獎。同時，依托海峽優勢，廣泛開展兩岸合作，團隊林岳副教授和吳挺竹副教授與臺灣新竹交通大學郭浩中教授團隊進行深入合作，在鈣鈦礦量子點和micro-LED全彩顯示技術方面做出了多項應用級成果。
課題組主頁: https://ssl.xmu.edu.cn/
楊曉，廈門大學電子科學與技術學院在讀博士研究生，2017年于陜西科技大學獲工學學士學位，2020年于中國科學院山西煤炭化學研究所獲工學碩士學位。目前研究課題關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，廈門大學電子科學系副教授。2007年獲東南大學應用物理學學士學位，2012年獲廈門大學無線物理學博士學位。博士研究生期間赴美國北卡羅來納大學夏洛特分校進行學者訪問。在加入廈門大學之前，曾在中國科學院福建物質結構研究所工作。研究方向為半導體物理，尤其關注與III-V光電器件(如InGaN)發光過程和鈣鈦礦量子點(如CsPbI3)相關的基礎物理問題。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等期刊發表論文20余篇。
郭浩中，臺灣陽明交通大學特聘教授，IEEE Fellow、SPIE Fellow、OSA Fellow、IET Fellow。1998年獲得美國伊利諾伊大學-香檳分校博士學位，2002年任職于臺灣交通大學光電工程學系，2009-2011年擔任臺灣交通大學光電工程學系系主任及所長。Photonics Research期刊編委。研究方向為半導體激光、LED與III-V族第三代半導體材料等。于ACS Nano、ACS Photonics, Advanced Materials、Optics Express, APL, IEEE PTL等國際學術期刊發表SCI文章400多篇，總引用超過16000次，H-指數為58。獲美國發明專利授權30余項；受邀作大會報告和邀請報告100余次，其中有35篇被國際半導體雜志報導；出版學術著作3本。
張榮，南京大學電子科學與工程學院教授、博士生導師，現任廈門大學黨委書記。曾在美國馬里蘭大學和威斯康星大學開展合作研究，任訪問教授/科學家；2000年獲國家杰出青年基金，教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授；主持/完成國家“973”計劃項目“半導體固態照明超高效率氮化物LED芯片基礎研究”(首席科學家)，國家自然科學基金重大項目“新型半導體量子結構與器件相關基礎問題”/“半導體功能量子結構相關基礎問題”，以及創新群體研究基金“新型低維量子結構與器件”等項目；任江蘇省光電信息功能材料重點實驗室、半導體節能器件與材料國家-地方聯合工程研究中心主任，固態照明節能電子學省協同創新中心負責人；發表SCI學術論文314篇, 申請/授權中國/美國發明專利70件；獲國家自然科學獎二等獎和技術發明三等獎，教育部自然科學一等獎和技術發明一等獎，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，國家自然科學基金半導體學科專家評審組成員，同時還擔任光電材料與技術、集成光電子學等國家重點實驗室學術委員會委員；《科學通報》、《半導體學報》等多個學術刊物和半導體光電子領域學術叢書編委；長期任氮化物領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。
