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技術加油站丨有機光功能材料與激光器件

星之球科技 來源:科學出版社2021-01-20 我要評論(0 )   

功能材料是以聲、光、電、磁、熱等物理特性為(wei) 特征的材料,例如半導體(ti) 材料、液晶材料(liquid crystal materials)、儲(chu) 氫材料(hydrogen storage materials)、激光材料...

功能材料是以聲、光、電、磁、熱等物理特性為(wei) 特征的材料,例如半導體(ti) 材料、液晶材料(liquid crystal materials)、儲(chu) 氫材料(hydrogen storage materials)、激光材料(laser materials)等。與(yu) 無機材料相比,有機光功能材料(organic opto-functional materials)具有諸多優(you) 越的性能,例如優(you) 異的耐熱性和化學穩定性、良好的絕緣性和介電性能、理想的成膜性以及簡單的成型工藝等,在半導體(ti) 光刻、有機光致發光和電致發光、傳(chuan) 感器、生物熒光探針等領域有著廣泛應用。集成顯示是電子信息產(chan) 業(ye) 目前最關(guan) 鍵、最重要也是最主要的基礎,而有機光功能材料已成為(wei) 顯示技術中不可或缺的關(guan) 鍵性材料。


在20世紀人類科技進步史上,激光是與(yu) 原子能、計算機、半導體(ti) 並駕齊驅的四項重大發明之一,也被認為(wei) 是影響全球未來發展的18項重大關(guan) 鍵技術之一。隨著科技的進步,激光技術也在向微型化、多功能化、集成化快速發展。尤其是近年來,激光全色顯示技術因其具有色域廣(對人眼識別顏色90%以上的覆蓋)、色飽和度高、亮度高、極限高清、真三維(3D)等顛覆性的優(you) 勢,受到業(ye) 界的廣泛關(guan) 注。


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■全色激光顯示


由於(yu) 激光顯示技術(laser display technology)在能耗和色域等方麵具有優(you) 勢,其已成為(wei) 當今顯示產(chan) 業(ye) 的生力軍(jun) 。在同等尺寸及顯示條件下,激光顯示器的功耗僅(jin) 為(wei) 普通顯示器的70%,同時激光因其自身超窄光譜特性,可以實現更純的單色顯示和更寬色域,這意味著激光顯示器的色彩質量和能耗較普通顯示器都會(hui) 有質的飛躍。


目前,激光顯示的核心:紅、綠、藍三色激光光源還依賴於(yu) GaN、GaAs等材料作為(wei) 增益介質的無機半導體(ti) 激光器。因此激光顯示器的成本在純有機材料主導的有機發光二極管(organic light emitting diode,OLED)顯示器和有機材料無機複合的薄膜晶體(ti) 管液晶顯示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)中處於(yu) 不利地位,這極大地限製了激光顯示技術的發展和推廣。


目前,激光顯示器僅(jin) 在60英寸以上的大尺寸市場占有一定份額,而在電腦、手機等中小尺寸市場缺乏競爭(zheng) 力。而有機激光顯示(organic laser display,OLSD)技術結合了激光顯示低功耗、廣色域以及OLED低成本、小尺寸的優(you) 勢,成為(wei) 次世代顯示技術的研究重點。 


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■含有多色微型激光器陣列的激光顯示麵板示意圖,有機微型激光器在實際應用中的突破也將出現在顯示麵板領域,即激光顯示麵板。與(yu) 麵板由獨立OLED 構成不同,激光顯示麵板每一個(ge) 像素都是一個(ge) 有機微腔結構,可以發射出高純度的激光。這可以提高麵板的空間分辨率、亮度和顏色範圍等評價(jia) 顯示質量的關(guan) 鍵參數。


與(yu) 傳(chuan) 統的無機半導體(ti) 材料相比,有機光功能材料具有結構可設計、性能可剪裁、受激輻射截麵大、激發態過程豐(feng) 富、可溶液加工等優(you) 點,易於(yu) 實現激光發射波長的連續可調諧,為(wei) 大麵積、柔性可穿戴激光顯示提供了全新的解決(jue) 方案。


近年來,有機微納激光材料及其器件取得了突破性進展,在光泵浦和電泵浦激光器件、大麵積激光顯示器件應用上展現出巨大潛力。然而,有機電泵浦微納激光是整個(ge) 有機激光顯示的核心,是研究人員長久以來追求的目標,被認為(wei) 是有機光電子學研究領域發展的瓶頸和挑戰性科學問題之一。


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■兩(liang) 種電泵浦激光結構示意圖,如圖所示,反射層(反射鏡)不能插入電極對之間,也很難在二極管型器件外部集成。另一種類型的有機發光器件是基於(yu) 晶體(ti) 管的幾何結構,這種結構中增益材料將比二極管更容易與(yu) 自組裝微腔結構兼容。


為(wei) 了實現有機微型激光器作為(wei) 顯示麵板的目標,我們(men) 需要將驅動微型激光器的泵浦源的成本降低到合理範圍。目前,幾乎所有的有機微型激光器都依賴於(yu) 高強度飛秒/皮秒脈衝(chong) 激光的光激勵。如果有機微型激光器可以用連續波段半導體(ti) 激光器進行光泵浦,隻需掃描印刷微型激光器陣列上的激發點即可實現光學顯示。迄今為(wei) 止,電泵浦有機激光器的實現仍然具有極大的挑戰性。盡管現在OLED的效率可以與(yu) 半導體(ti) LED相媲美,但將光學諧振腔結構並入OLED中仍然是一個(ge) 難點。


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