随着人工智能、图像识别和5G通信技术的快速发展，增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术正以惊人的速度发展。新冠疫情背景下，远程办公和远程消费交互日益增加，市场再次将注意力转向AR/VR，对技术应用的投资增加。据IDC预测，从2020年到2024年，全球AR和VR行业的市场规模将分别从280亿元和620亿元增长到2400亿元。市场爆发的主要原因之一是性能优异的新型显示技术的突破，显示器件作为AR/VR的基本元素，除了重量轻、体积小之外，还应该具有超高像素密度和快速刷新速度。目前，液晶显示器 (LCD) 和有机发光二极管 (OLED)这两种主流的显示技术已被应用于近眼显示器 (NEDs) 和头戴显示器 (HMDs)。然而，由于较低的转换效率、颜色饱和度以及老化快、寿命短等缺点，加速了新型显示技术的开发。Micro-LED具有优异的光学性能和长的寿命，被认为是下一代终极显示技术。最小像素尺寸达到数十微米，高像素密度为其在AR/VR的应用提供了可能。除了高像素密度，全彩化也是另一关键要素，其中，色转换方案是实现全彩化的有效方法，通过喷墨打印技术将量子点沉积在蓝色或紫外Micro-LED芯片上实现三色发光，同时避免了巨量化转移。近年来，压电/热喷墨打印、气溶胶喷墨打印、电流体动力喷墨打印、超级喷墨打印等技术被用来沉积色转换层，为实现Micro-LED全彩化表现出极大潜力。
最近，厦门大学张荣教授团队与台湾交通大学郭浩中教授合作，在Opto-Electronic Advances 2022年第5期上发表了题为“An overview on the principle of inkjet printing technique and its application in micro-display for augmented/virtual realities”的综述文章。本文首先介绍了AR/VR技术的研究进展，然后讨论了Micro-LED显示技术的研究进展及其在AR/VR中的适应性，以及通过喷墨打印技术制备Micro-LED色转换层的优势，讨论了非辐射能量转移机制以及色转换层的厚度对色转换效率的影响；介绍了SIJ相对于其他打印技术在分辨率上的优越性。第二部分介绍了各种喷墨打印技术的打印原理，以及两个关键问题：墨水的流变学参数优化和解决咖啡环效应的方案。介绍了每种打印技术适合的墨水流变学参数及流变学参数对打印效果的影响。综述了咖啡环效应的两种解决思路，及具体的改善方法。最后，强调了与色转换层相关的一些潜在问题，包括光串扰、蓝光吸收以及自吸收效应。
Micro-LED为AR/VR的商业化铺平了道路，而高像素密度的全彩化Micro-LED的制造是瓶颈之一。色转换层方案是实现Micro-LED全彩化的有效途径，喷墨打印技术的发展为高分辨色转换层的制造提供了技术支持。
本项目受到了国家自然科学基金(11904302)、 中央基本科研业务费校长基金项目 (20720190005) 和厦门市科技重大专项(3502Z20191015)的支持。同时感谢香港科技大学刘纪美教授、南京大学刘斌教授、南方科技大学刘召军教授的指导。
图1 各种喷墨打印技术的线宽分布
图2 SIJ技术打印的字母和校徽logo
图3 抑制咖啡环效应的方法研究
团队照片
研究团队简介
厦门大学电子科学与技术学院半导体照明与显示实验室成立于2006年，主要研究方向为micro-LED显示技术，量子点荧光材料等。近年来，在张荣教授和陈忠教授的指导下，发表了数十项高水平成果，获得了多项省市科技进步奖。同时，依托海峡优势，广泛开展两岸合作，团队林岳副教授和吴挺竹副教授与台湾新竹交通大学郭浩中教授团队进行深入合作，在钙钛矿量子点和micro-LED全彩显示技术方面做出了多项应用级成果。
课题组主页: https://ssl.xmu.edu.cn/
杨晓，厦门大学电子科学与技术学院在读博士研究生，2017年于陕西科技大学获工学学士学位，2020年于中国科学院山西煤炭化学研究所获工学硕士学位。目前研究课题关于全彩化钙钛矿量子点的高分辨喷墨打印及器件研究。
林岳，厦门大学电子科学系副教授。2007年获东南大学应用物理学学士学位，2012年获厦门大学无线物理学博士学位。博士研究生期间赴美国北卡罗来纳大学夏洛特分校进行学者访问。在加入厦门大学之前，曾在中国科学院福建物质结构研究所工作。研究方向为半导体物理，尤其关注与III-V光电器件(如InGaN)发光过程和钙钛矿量子点(如CsPbI3)相关的基础物理问题。迄今为止，以第一作者或通讯作者在Small、Journal of materials chemistry C、Applied physics letters、Photonics Research、Optics Express等期刊发表论文20余篇。
郭浩中，台湾阳明交通大学特聘教授，IEEE Fellow、SPIE Fellow、OSA Fellow、IET Fellow。1998年获得美国伊利诺伊大学-香槟分校博士学位，2002年任职于台湾交通大学光电工程学系，2009-2011年担任台湾交通大学光电工程学系系主任及所长。Photonics Research期刊编委。研究方向为半导体激光、LED与III-V族第三代半导体材料等。于ACS Nano、ACS Photonics, Advanced Materials、Optics Express, APL, IEEE PTL等国际学术期刊发表SCI文章400多篇，总引用超过16000次，H-指数为58。获美国发明专利授权30余项；受邀作大会报告和邀请报告100余次，其中有35篇被国际半导体杂志报导；出版学术著作3本。
张荣，南京大学电子科学与工程学院教授、博士生导师，现任厦门大学党委书记。曾在美国马里兰大学和威斯康星大学开展合作研究，任访问教授/科学家；2000年获国家杰出青年基金，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授；主持/完成国家“973”计划项目“半导体固态照明超高效率氮化物LED芯片基础研究”(首席科学家)，国家自然科学基金重大项目“新型半导体量子结构与器件相关基础问题”/“半导体功能量子结构相关基础问题”，以及创新群体研究基金“新型低维量子结构与器件”等项目；任江苏省光电信息功能材料重点实验室、半导体节能器件与材料国家-地方联合工程研究中心主任，固态照明节能电子学省协同创新中心负责人；发表SCI学术论文314篇, 申请/授权中国/美国发明专利70件；获国家自然科学奖二等奖和技术发明三等奖，教育部自然科学一等奖和技术发明一等奖，及其它部省级成果奖5项；任国家“863计划”光电子材料及器件主题/半导体照明工程重大项目/重点科技专项专家组成员/副组长，国家自然科学基金半导体学科专家评审组成员，同时还担任光电材料与技术、集成光电子学等国家重点实验室学术委员会委员；《科学通报》、《半导体学报》等多个学术刊物和半导体光电子领域学术丛书编委；长期任氮化物领域最重要系列国际会议IWN和ICNS国际顾问/程序/组织委员会委员。
