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提供了可能。除了高像素密度，全彩化也是實現Micro-LED在AR/VR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。
 

圖1 各種噴墨打印技術的線寬分布

 

        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“噴墨打印技術的原理及其在AR/VR微型顯示中的應用”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。
 

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

 

        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備提供了技術支持。

 

       廈門大學楊曉博士生、林岳副教授為共同一作，廈門大學張榮教授與臺灣交通大學郭浩中教授為共同通訊，該工作得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。

 

       論文鏈接：https://www.oejournal.org/article/doi/10.29026/oea.2022.210123

來源：廈門大學半導體照明與顯示實驗室