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介绍

微型发光二极管（micro-LED）显示器具有优异的超高峰亮度、真暗态、高分辨率、宽色域、长寿命等性能，是 有前景的显示技术之一，可被应用于超高分辨率显示器、柔性显示器和透明显示器。通常，尺寸小于50μm的micro-LED，是指由III-V组化合物半导体制成的小型化传统led。但随着芯片尺寸的减小，红色和绿色发光led的外部量子效率（EQE）显著降低，而且想要实现全彩显示器需要昂贵而复杂的传质技术。钙钛矿量子点（PeQDs）具有量子效率高、发射波段窄、发射颜色可调、溶液基化工艺等优点，在这显示方面展示出巨大的优势，可用于制备超高色纯度、高亮度、高外量子效率（EQE）的PeLED。除此之外，传统的PeLED是通过旋涂法制备的，不仅难以精细地控制像素的大小，而且还导致了原材料的巨大损失，PeQDs易于制造、成本低和产量高，可以成为传统半导体micro-PeLED的有力替代品。

喷墨打印（IJP）技术在制备单发光和自发光的PeLED像素中体现出独特的优势，它准确控制、节约原材料、无接触、无掩模，而且可进行大面积的生产。厦门大学材料学院院长解荣军教授课题组提出了一种简单且经济有效的方法，应用喷墨打印，辅以等离子蚀刻制备具有微型和自发光像素的大面积micro-PeLED，如图1所示。

▲  图1

通过MicroFab Jetlab 4喷墨打印设备原位喷墨打印钙钛矿量子点（PeQD）发射层，制备出明亮均匀的红、绿、蓝（RGB）micro-PeLED阵列。a）空穴传输层上打印的PeQD阵列示意图。b）绿色CsPbBr3 PeQD阵列在PVK上的荧光图像。c）在SDS上打印的PeQD阵列示意图。d) SDS上CsPbBr3 PeQD阵列的SEM图像。e) CsPbBr3 PeQD阵列SDS上的荧光图像。f）micro-PeLEDs器件结构。g）非等离子体蚀刻和等离子体蚀刻设备。h）micro-PeLEDs的HAADF-STEM截面图像。

使用CsPbCl1.56Br1.44（蓝色）、CsPbBr3（绿色）和CsPbBrI2（红色）PeQD环己基苯溶液作为RGB油墨实现全彩显示。通过控制油墨中的PeQD浓度、基底粗糙度和喷嘴直径，优化了RGB PeQD像素的尺寸和PL强度。如图2所示，a-d）RGB PeQD模式的荧光图像；e-h）相应图案的荧光显微图像；i-l）RGB PeQD谱图的PL光谱。

RGB PeQD像素的平均大小分别为42.8、45.4和44.7µm，RGB阵列在648、513和456nm处显示出发射 大值，PLQYs分别为75%、71%和43%，FWHMs分别为34、19.5和18nm。均匀和优良的PL特性表明，喷墨打印的RGB PeQD像素阵列可以很好的用作micro-PeLED显示器的发射层。

▲  图2

如图3所示，a-c）RGB micro-PeLED阵列在6v驱动下的照片。d-f）RGB micro-PeLED像素显微图像。g）RGB micro-PeLED阵列归一化EL光谱。h）RGB micro-PeLED阵列的J-L-V特性。i）对于RGB micro-PeLED阵列，EQE随电压的变化。RGB micro-PeLED阵列显示FWHM小于36nm的EL 大发射为655、513和460nm，表明每种单色的纯度都很高，RGB micro-PeLED的色域覆盖了NTSC标准的135%，具有210 PPI的高分辨率。这已经显示出喷墨打印形成的RGB micro-PeLED的显著优势。

▲  图3

如图4所示，a）基于绿色/红色micro-PeLED阵列的图案显示器的EL图像和b）对应的EL光谱。c）基于柔性绿色发射micro-PeLED阵列的图案显示器的EL图像。a显示了一棵长有红苹果和绿叶的树的大面积EL图像（2.5cm×2.5cm），打印出来的micro-PeLED阵列可以很好地显示出来，将绿色发射的micro-PeLED阵列打印到一个大面积的柔性ITO-聚乙烯萘酸盐（ITO-PEN）衬底（3.2cm×3.2cm），用以取代脆性ITO玻璃。柔性的micro-PeLED阵列在工作条件下显示出明亮的绿色苹果图案，具有良好的灵活性和均匀的EL。未来，随着通信和人工智能技术的进步，micro-PeLED有望广泛应用于日常生活，如超高清清晰度（UHD）、健康检测和自动驾驶。

▲ 图4

结论

运用喷墨打印技术成功地制作了无咖啡环和微米级的RGB PeLED像素阵列，并初次实现了大面积、柔性、全彩micro-PeLED显示器的制备。图案化的RGB micro-PeLED阵列的PPI为210，宽色域为NTSC标准的135%。外接量子效率分别为0.832%（R）、0.419%（G）和0.052%（B），显示出了优异的性能。基于喷墨打印的micro-LED制备将成为一种简便、廉价的的生产方法。

参考文献：

[1] Bai Wenhao, Tongtong Xuan, et al. Microscale Perovskite Quantum Dot Light-Emitting Diodes (Micro-PeLEDs) for Full-Color Displays[J]. Advanced Optical Materials.