偏振光在許多應用中都至關重要，包括液晶顯示器(LCD)的背光模組、光通信中的偏振復用等。然而，通過光學偏振器產生偏振光的傳統方法會降低至少 50% 的光強。開發具有本征偏振發射的發光材料是近年的研究熱點。
廈門大學半導體照明實驗室陳忠教授、吳挺竹副教授團隊開發了一種RGB偏振發射器件。該器件采用具有本征偏振發射特性的藍色半極性micro-LED作為激發光源，色轉換層為綠色CsPbBr3鈣鈦礦納米棒和紅色CsPbI3-Cs4PbI6納米晶拉伸聚合薄膜，如圖1所示。除了封裝在聚合物薄膜中的CsPbBr3納米棒由于各項異性結構能實現偏振綠光發射外，由混合 NC 形成的對齊線 (AW) 結構由于其高介電常數也表現出強各向異性發射。該器件中，藍、綠、紅三色的偏振度分別達到0.26、0.48和0.38，對應透過偏振器的效率為63%、74%和69%。這意味著該RGB偏振器件作為背光源時能夠顯著提升整體模組的能量利用效率。且由于半極性器件在高注入下更高的發光效率，該器件應用于大功率顯示器的背光源時優勢將更明顯。
圖1 基于半極性藍色micro-LED 激發各向異性鈣鈦礦色轉換層的全彩偏振背光器件 該團隊通過合成CsPbBr3鈣鈦礦納米棒并嵌入EVA聚合物制備綠色色轉換層。通過機械拉伸的方式使納米棒更好的對準以實現各向異性發射，并測得CsPbBr3納米棒拉伸薄膜的偏振度為0.44。 紅色發光的CsPbI3鈣鈦礦在自然環境下穩定性很差。值得注意的是，封裝在Cs4PbI6晶體基質中的γ-CsPbI3納米晶的穩定性將顯著增強。此外，Cs4PbI6的高介電常數有望提高發射的各向異性。同樣，該團隊基于EVA聚合物制備了CsPbI3-Cs4PbI6復合薄膜。經過藍光老化測試，CsPbI3-Cs4PbI6復合薄膜表現出良好的相穩定性。在色轉換薄膜中，EVA聚合物與鈣鈦礦材料之間存在相互作用的官能團，因此嵌入聚合物的納米晶在拉伸過程中將沿著EVA分子鏈遷移并線性排列，形成各項異性結構。拉伸前復合膜中未觀察到發射偏振，而拉伸后復合膜的偏振度為0.37。與基于純CsPbI3制成的拉伸薄膜對比，混合納米晶由于更高的介電常數而具有更高的偏振度。 RGB 偏振器件的制造過程如圖2（a）所示，使用半極性藍色 μLED 陣列作為激發光源，依次激發CsPbBr3納米棒薄膜和CsPbI3-Cs4PbI6納米晶薄膜。器件照片如圖 2（b） 所示。發射光譜顯示出位于 451、525 和 676 nm 的三個主峰（圖2（c））。此外，RGB偏振器件表現出覆蓋137.2％的NTSC和102.5％Rec. 2020的寬色域，如圖2（d）所示。該工作以“Self-polarized RGB device realized by semipolar micro-LEDs and perovskite-in-polymer films for backlight applications”為題發表在Opto-Electronic Advances 2024年第3期。 圖 2 所提出的 RGB 偏振器件實現寬色域發射 產業化進展情況 目前，工業薄膜雙向同步拉伸設備已具備生產大型拉伸聚合物薄膜的能力。此外，半極性藍光LED器件也已經可以實現規模化生產。目前，該成果已經開始進行初步產業化，目標實現面向LCD顯示應用的高效率背光模組。已經與包括海信集團有限公司、京東方顯示照明公司等達成了初步合作意向。 應用前景 與目前專注于研究單色光偏振的工作相比，該RGB全彩偏振器件的藍、綠和紅分量都表現出明顯的偏振性。且該背光源方案采用藍色芯片來激發紅色和綠色轉換層，無需過濾額外的紫外線成分，可最大限度地提高能量利用率。由于具有局部調光功能，micro-LED背光器件具有高動態范圍特性。此外，半極性micro-LED器件相比于c面生長的器件具有本征偏振發射特性，且具有更高的色穩定性和較低的效率下降。同時，這項工作中的鈣鈦礦-EVA薄膜具有良好的延展性，易于拉伸且穩定性高，適合用于產業化。因此，能夠實現用于液晶顯示器背光的鈣鈦礦量子點色彩增強轉換拉伸膜的規模化制造。該器件中，藍、綠、紅三色的偏振度分別達到0.26、0.48和0.38，對應透過偏振器的效率為63%、74%和69%。 這意味著該RGB偏振器件作為背光源時，相比于傳統非偏振背光源，通過偏振模組的能量利用效率能夠綜合提升約37%，有望應用于LCD顯示器的背光模組、光通信中的偏振復用、超靈敏光電探測器和光量子計算等領域。總之，這項研究為RGB偏振光電器件的開發提供了新穎的策略。 項目負責人：吳挺竹 
廈門大學電子科學與技術學院副教授、博士生導師。福建省杰青、福建省、廈門市高層次人才。廈門大學2023年“我最喜愛的十位老師”。福建省光電照明與顯示企業服務型制造公共服務平臺主任、福建省 LED 照明與顯示行業技術開發基地副主任、中國光學工程學會高級會員、全國照明電器標準化技術委員會委員。主持包括國家級、省級、橫向科研項目總經費超900萬元；近5年以第一/通訊作者在Opto-Electronic Advances、Small、Photonics Research、ACS Photonics、IEEE EDL、Optics Express等國際高水平期刊上發表學術論文逾40篇，其中2篇論文入選ESI高被引論文；以第一完成人獲得5項授權發明專利；以第一完成人獲2021年度廈門市科技進步獎二等獎，以主要完成人獲得2018年度福建省科技進步獎二等獎等榮譽。
研究方向
Micro-LED顯示技術，LED照明與顯示，健康照明與顯示，可見光通信技術半導體照明實驗室（Solid-State Lighting Laboratory）
網址：https://ssl.xmu.edu.cn
（來源：廈大科創夢工場）
