Micro-LED是未來顯示技術最合適的解決方案，其全彩化技術是近年來國際學術界和產業界的公認難點。鈣鈦礦量子點因其在發光性能的諸多優勢，在Micro-LED全彩顯示領域具有極高的應用潛力。然而，鈣鈦礦量子點的短板也很明顯，尤其是紅色發光的鈣鈦礦量子點，穩定性較之綠光鈣鈦礦量子點更差，亮度也更弱。因此探索新型量子點色轉換技術，對于解決當前Micro-LED全彩顯示技術難題、提升我國在Micro-LED顯示產業的國際競爭力具有重要意義和價值。

 

針對當前難點，半導體照明實驗室提出了一種全新的策略，利用紅色發光鈣鈦礦量子點（γ-CsPbI₃）包覆綠色鈣鈦礦量子點（CsPbBr₃），形成核殼結構，在兩種量子點之間滿足能量轉移的條件，γ-CsPbI₃將CsPbBr₃的發光完全吸收。由于CsPbBr₃向γ-CsPbI₃傳遞能量，因此γ-CsPbI₃會表現出CsPbBr₃的激發特性，可以調節該結構的最佳激發波長。該工作中，紅色發光的雙組分鈣鈦礦量子點最佳激發波長逐漸被調節至藍光區域，在藍光激發下，光致發光強度可以提升3倍以上，且藍光激發量子產率接近100%，穩定性也得到了顯著提升。

 

圖1 研究團隊提出的雙組分多重包覆結構鈣鈦礦量子點結構及非輻射能量傳遞機理示意圖。

 

在將紅光量子點最佳激發波長調節至藍光區域后，研究人員將該雙組分量子點應用于藍光Micro-LED色轉換層中。借助玻璃微孔陣列作為載體，沉積出的量子點陣列與Micro-LED陣列相對應，實現了極佳的色轉換性能，顯示色域可達到135.9%的NTSC標準。

 

圖2 利用玻璃微孔陣列，雙組分鈣鈦礦量子點應用于藍光Micro-LED色轉換層中。

 

這項研究將非輻射能量傳遞機制與Micro-LED色轉換技術相結合，從性能提升、工藝精簡方面“雙管齊下”，突破當前Micro-LED紅光色轉換技術瓶頸，以更低成本實現了高質量Micro-LED全彩顯示效果，幫助解決產業技術難題，推動了我國Micro-LED全彩顯示技術的產業化發展。

 

該工作涉及物理、化學、微電子等多學科交叉領域，電子科學與技術學院（國家示范性微電子學院）的陳忠教授與林岳副教授為共同通訊作者，2020級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基金（12175189，11904302）、福建省對外合作項目（202210004）、中央高校基本科研業務費（20720190005，20720220085）、廈門市重大科技項目（3502Z20191015）等項目資助，廈門大學為成果的第一完成單位。

 

廈門大學半導體照明與顯示實驗室成立于2006年，是國內較早開展LED應用研究的團隊，近十年獲得省部級科研獎一等獎3項，二等獎5項。團隊長期著眼于顯示產業“卡脖子”的關鍵技術問題開展多學科交叉研究，圍繞突破Micro-LED的幾大技術瓶頸，持續推進著集成電路核心技術攻關，取得了一系列突破性進展，例如：首次實現Micro-LED直流電學參數無接觸測量，取得微小芯片高效檢測的技術突破；首次利用復合納米結構大幅度提升紅光量子產率，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現756MHz可見光通信帶寬紀錄；利用自主研發的顯微高光譜設備，首次揭示了Micro-LED低溫局域化發光機理等。

 

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202300834

 

（來源：廈門大學）