近日，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)的朱瑞研究員、龔旗煌院士與利亞德光電股份有限公司合作，在《自然評(píng)論材料》（Nature Reviews Materials）上發(fā)表題為“邁向微型鈣鈦礦發(fā)光二極管顯示技術(shù)”（Towards micro-PeLED displays）的展望（perspective）論文。

該論文深入探討并總結(jié)了鈣鈦礦發(fā)光二極管微型化、圖案化的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展?jié)摿?，并有針?duì)性的分析了micro-PeLED（微型鈣鈦礦發(fā)光二極管）顯示面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)及未來發(fā)展的技術(shù)路線。

PeLED（鈣鈦礦發(fā)光二極管）是當(dāng)下光電領(lǐng)域的研究熱門。相較于傳統(tǒng)LED（發(fā)光二極管）中的GaN基發(fā)光材料，鈣鈦礦材料擁有可溶液加工、成本低廉、發(fā)光波長(zhǎng)易調(diào)等優(yōu)勢(shì)，基于鈣鈦礦發(fā)光層的PeLED效率記錄已接近29%，極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>

把PeLED微型化將有可能規(guī)避傳統(tǒng)micro-LED中常見的納米刻蝕損傷、巨量轉(zhuǎn)移等工藝難題；同時(shí)，相較于PeLED中常見的鈣鈦礦薄膜發(fā)光層，納米級(jí)獨(dú)立微晶是目前最高效率紅、綠、藍(lán)、及近紅外PeLED的主要發(fā)光層結(jié)構(gòu)形式。已有報(bào)道也證實(shí)，不斷縮小發(fā)光單元將是PeLED效率突破的關(guān)鍵發(fā)展趨勢(shì)。因此，micro-PeLED有望成為實(shí)現(xiàn)超清顯示應(yīng)用的理想技術(shù)路線之一。

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)基于已有的研究基礎(chǔ)，對(duì) “邁向微型鈣鈦礦發(fā)光二極管顯示技術(shù)” 這一主題進(jìn)行深入探討與展望。該展望文章主要包括以下幾個(gè)方面：首先，深入分析并系統(tǒng)總結(jié)了目前高性能PeLED器件的特征、共性及效率提升關(guān)鍵點(diǎn)，并充分論證了PeLED器件微型化的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；其次，綜述分析了當(dāng)前六大鈣鈦礦圖案化技術(shù)最新進(jìn)展及優(yōu)勢(shì)對(duì)比，并總結(jié)了已報(bào)道m(xù)icro-PeLED的結(jié)構(gòu)趨勢(shì)及發(fā)展?jié)摿?；最后，在展望部分，前瞻性的提出三大針?duì)micro-PeLED顯示發(fā)展的技術(shù)路線。

圖1. 高性能PeLED器件的優(yōu)化策略

由于micro-PeLED是PeLED的微型化器件，發(fā)展制備高質(zhì)量鈣鈦礦發(fā)光陣列及micro-PeLED器件可以從當(dāng)前高性能PeLED的制備方法中獲得規(guī)律及靈感。文章篩選并討論了當(dāng)前三種高效率PeLED的優(yōu)化策略（相均一化、缺陷鈍化、取向出光），通過實(shí)例說明鈣鈦礦活性層從薄膜到納米晶塊的微縮化發(fā)展趨勢(shì)。

同時(shí)，對(duì)比傳統(tǒng)LED，強(qiáng)調(diào)了鈣鈦礦微縮化提升發(fā)光效率的優(yōu)勢(shì)。最后總結(jié)得出高質(zhì)量鈣鈦礦發(fā)光層的發(fā)展趨勢(shì)為：?jiǎn)尉Щ㈥嚵谢?、?dú)立化（圖1）。

圖2. 鈣鈦礦圖案化技術(shù)對(duì)比

隨后，文章綜述討論了當(dāng)前六大類鈣鈦礦圖案化技術(shù)（噴墨打印、光直寫、納米壓印、基底預(yù)圖案、模板輔助、激光刻蝕）的最新研究進(jìn)展，分析對(duì)比了各圖案化技術(shù)在分辨率、可擴(kuò)展性、加工損傷、成本、加工效率、技術(shù)柔性六個(gè)維度的能力分布，從中篩選納米壓印與基底預(yù)圖案為最具潛力的鈣鈦礦微型化技術(shù)方案，并評(píng)論了各圖案化技術(shù)未來的發(fā)展方向（圖2）。

圖3. micro-PeLED研究進(jìn)展

雖然鈣鈦礦圖案化、陣列化技術(shù)發(fā)展迅速，但受限于器件工藝的成熟度不足，相關(guān)micro-PeLED的報(bào)道很少。因此，文章系統(tǒng)總結(jié)了目前已報(bào)道的兩大類micro-PeLED器件、參數(shù)以及相關(guān)制備工藝，對(duì)比并提出微電極控制的自發(fā)光micro-PeLED將可能是未來超清顯示技術(shù)的終極形態(tài)（圖3）。

圖4. micro-PeLED未來發(fā)展技術(shù)路線

最后，針對(duì)micro-PeLED新型顯示的發(fā)展，結(jié)合鈣鈦礦發(fā)光材料的特性，文章首次提出了全彩化、微電路集成、發(fā)光單元納米化三大技術(shù)路線，并前瞻性的給出了技術(shù)路線的具體實(shí)施方案，同時(shí)，對(duì)該新興方向的未來發(fā)展進(jìn)行了展望（圖4）。

總的來說，該展望為鈣鈦礦圖案化、微縮化工藝及micro-PeLED器件制備技術(shù)提供了理論總結(jié)與指導(dǎo)，也為開展實(shí)驗(yàn)工作提供了參考借鑒，對(duì)進(jìn)一步開發(fā)鈣鈦礦發(fā)光器件潛力、推動(dòng)該新型鈣鈦礦顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有重要意義。

北京大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)企業(yè)博士后楊曉宇為該論文第一作者，朱瑞研究員和利亞德智能顯示研究院盧長(zhǎng)軍院長(zhǎng)為通訊作者，北京大學(xué)和利亞德光電股份有限公司為通訊單位。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心等單位的支持。（來源：北京大學(xué)物理學(xué)院官微）