Micro LED是未來顯示技術(shù)最合適的解決方案，其全彩化技術(shù)是近年來國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的公認(rèn)難點(diǎn)。鈣鈦礦量子點(diǎn)因其在發(fā)光性能的諸多優(yōu)勢，在Micro LED全彩顯示領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。
然而，鈣鈦礦量子點(diǎn)的短板也很明顯，尤其是紅色發(fā)光的鈣鈦礦量子點(diǎn)，穩(wěn)定性較之綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)更差，亮度也更弱。因此探索新型量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換技術(shù)，對(duì)于解決當(dāng)前Micro LED全彩顯示技術(shù)難題、提升我國在Micro LED顯示產(chǎn)業(yè)的國際競爭力具有重要意義和價(jià)值。
針對(duì)當(dāng)前難點(diǎn)，半導(dǎo)體照明實(shí)驗(yàn)室提出了一種全新的策略，利用紅色發(fā)光鈣鈦礦量子點(diǎn)（γ-CsPbI3）包覆綠色鈣鈦礦量子點(diǎn)（CsPbBr3），形成核殼結(jié)構(gòu)，在兩種量子點(diǎn)之間滿足能量轉(zhuǎn)移的條件，γ-CsPbI3將CsPbBr3的發(fā)光完全吸收。由于CsPbBr3向γ-CsPbI3傳遞能量，因此γ-CsPbI3會(huì)表現(xiàn)出CsPbBr3的激發(fā)特性，可以調(diào)節(jié)該結(jié)構(gòu)的最佳激發(fā)波長。
該工作中，紅色發(fā)光的雙組分鈣鈦礦量子點(diǎn)最佳激發(fā)波長逐漸被調(diào)節(jié)至藍(lán)光區(qū)域，在藍(lán)光激發(fā)下，光致發(fā)光強(qiáng)度可以提升3倍以上，且藍(lán)光激發(fā)量子產(chǎn)率接近100%，穩(wěn)定性也得到了顯著提升。
圖1 研究團(tuán)隊(duì)提出的雙組分多重包覆結(jié)構(gòu)鈣鈦礦量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)及非輻射能量傳遞機(jī)理示意圖。
在將紅光量子點(diǎn)最佳激發(fā)波長調(diào)節(jié)至藍(lán)光區(qū)域后，研究人員將該雙組分量子點(diǎn)應(yīng)用于藍(lán)光Micro LED色轉(zhuǎn)換層中。借助玻璃微孔陣列作為載體，沉積出的量子點(diǎn)陣列與Micro LED陣列相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了極佳的色轉(zhuǎn)換性能，顯示色域可達(dá)到135.9%的NTSC標(biāo)準(zhǔn)。
圖2 利用玻璃微孔陣列，雙組分鈣鈦礦量子點(diǎn)應(yīng)用于藍(lán)光Micro LED色轉(zhuǎn)換層中。
這項(xiàng)研究將非輻射能量傳遞機(jī)制與Micro LED色轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，從性能提升、工藝精簡方面“雙管齊下”，突破當(dāng)前Micro LED紅光色轉(zhuǎn)換技術(shù)瓶頸，以更低成本實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量Micro LED全彩顯示效果，幫助解決產(chǎn)業(yè)技術(shù)難題，推動(dòng)了我國Micro LED全彩顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
該工作涉及物理、化學(xué)、微電子等多學(xué)科交叉領(lǐng)域，電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（國家示范性微電子學(xué)院）的陳忠教授與林岳副教授為共同通訊作者，2020級(jí)博士研究生范小通與王樹立助理教授為共同第一作者。該工作由國家自然科學(xué)基金（12175189，11904302）、福建省對(duì)外合作項(xiàng)目（202210004）、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（20720190005，20720220085）、廈門市重大科技項(xiàng)目（3502Z20191015）等項(xiàng)目資助，廈門大學(xué)為成果的第一完成單位。
廈門大學(xué)半導(dǎo)體照明與顯示實(shí)驗(yàn)室成立于2006年，是國內(nèi)較早開展LED應(yīng)用研究的團(tuán)隊(duì)，近十年獲得省部級(jí)科研獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，二等獎(jiǎng)5項(xiàng)。團(tuán)隊(duì)長期著眼于顯示產(chǎn)業(yè)“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)問題開展多學(xué)科交叉研究，圍繞突破Micro LED的幾大技術(shù)瓶頸，持續(xù)推進(jìn)著集成電路核心技術(shù)攻關(guān)，取得了一系列突破性進(jìn)展。
例如：首次實(shí)現(xiàn)Micro LED直流電學(xué)參數(shù)無接觸測量，取得微小芯片高效檢測的技術(shù)突破；首次利用復(fù)合納米結(jié)構(gòu)大幅度提升紅光量子產(chǎn)率，突破紅光像素的低光效瓶頸；利用半極性芯片在綠光波段實(shí)現(xiàn)756MHz可見光通信帶寬紀(jì)錄；利用自主研發(fā)的顯微高光譜設(shè)備，首次揭示了Micro LED低溫局域化發(fā)光機(jī)理等。（來源：廈門大學(xué)）
