当一个新技术刚开始出现时，往往会带来很多希望和很多可能。近期，LED行业又有哪些新技术？新技术会带来哪些领域的发展？
UV LED能消灭新冠与艾滋病毒
根据多伦多大学士嘉堡分校病毒学杂志上发表的一项研究，办公室和公共场所使用的集成UV LED相同灯泡可以消灭冠状病毒和其他细菌。
该研究的高级作者Christina Guzzo说，通过廉价的改装，它们也可以用于许多标准的照明装置，为公共场所带来“独特的吸引力”。
“我们正处在一个关键时刻，我们需要利用每一个可能的停止来使我们摆脱这种大流行病，”该校生物科学系的副教授Guzzo说。“应该使用每一个可以轻松实施的缓解策略。”
紫外线灯通过辐射杀死病毒。Guzzo与博士生Arvin T.Persaud和Jonathan Burnie一起，首先在以抵抗这种辐射而闻名的细菌孢子（被称为Bacillus pumilus孢子）上测试了这种灯。
“如果你能够杀死这些孢子，那么你可以合理地说，你应该能够杀死你在环境中经常遇到的大多数其他病毒，”Guzzo说。在紫外线照射的20秒内，孢子的生长下降速度了99%。
研究人员随后制造了含有冠状病毒或HIV的飞沫，以模拟人们在公共场合遇到病毒的典型方式，例如从咳嗽、打喷嚏等。然后将这些飞沫暴露在紫外线下，并放入一个培养物中，以观察是否有任何病毒保持活性。仅仅暴露30秒，病毒的感染能力就下降了93%。
在测试不同浓度的病毒时，他们发现具有更多病毒颗粒的样本对紫外线的抵抗力更强。但即使病毒量如此之高（Guzzo称其为“最坏的情况”），感染力也下降了88%。
尽管没有包括在研究中，Guzzo和她的学生还将紫外线与实验室研究中使用的两种重型消毒剂进行了比较。他们发现这些灯在使病毒失活的能力方面具有类似的效果。
她说：“我真的很惊讶，紫外线的性能与那些常用的实验室化学品相同，我们把它们视为黄金标准。这让我觉得，‘哦，我的天哪，这是一个合法的工具，真的没有得到充分利用’。”
虽然灯光仍然使一小部分病毒得以存活，但Guzzo提到了防御COVID的“瑞士奶酪模型”。每一种对抗传播的策略都有其漏洞，但每一层都是阻止散落的病毒颗粒的另一个机会。
反复暴露在紫外线下是捕捉这些遗漏颗粒的关键--幸运的是，这就像轻按一个开关一样容易。换一个灯泡也比换一个空气过滤系统更简单。Guzzo指出，UV-LED灯很便宜，可以很容易地在现有的灯具中进行改造，而且灯泡的寿命很长，维护起来也很简单。
Guzzo说：“你可以用一种不妨碍人们享受他们渴望的日常'正常'生活的方式进行消毒。”
这些灯也得益于自动化。每次都可以提供标准化的杀菌剂量，而用消毒剂擦拭空间的过程则有可能出现人为错误。这些消毒剂产生的化学品和废物也会因为洗手和扔掉抹布而最终进入流域和垃圾填埋场。
但是灯光并不是无害的，涂抹防晒霜和戴太阳镜是有原因的--紫外线辐射会损害核酸，反复、长时间的照射是有害的。这就是Guzzo说这些灯应该在公共场所空着的时候使用的原因，比如在空出的巴士已经完成了它们的路线，或者在无人使用电梯时。自动扶梯的扶手可以通过在轨道的地下部分放置紫外线灯来持续消毒，在每次旋转时对其进行清洁。
Safe Antivirus Technologies公司是一家位于多伦多的初创公司，它与Guzzo合作进行研究，正在开发独特的UV-LED照明模块。通过运动传感器，当房间里没有人的时候，这些灯会自动切换到紫外光，然后在有动静的情况下转回普通光。
这项研究已发表在《病毒学杂志》上，它强调UV-LED灯是一种可以在大流行之后使用的工具，最好能帮助预防另一次大流行。
Guzzo说：“像COVID-19大流行这样的世界性事件，尽管很可怕，但希望仍然可以从中吸取教训。我们学到的一件事是，这是一个没有得到充分利用的工具，我们应该更多地考虑实施。”
全球首创的无失真可拉伸Micro-LED元显示技术
据 Business Korea 报道，韩国科技信息通信部下属的韩国机械材料研究院（KIMM）成功开发出了一种 Micro-LED 显示技术，可在图像不失真的情况下将显示单元最多拉伸 25%。
由 KIMM 纳米力学系高级研究员 Jang Bong-kyun 领导的一个研究小组最近开发了一种单轴拉伸下的无变形可拉伸元显示器，并在同行评审期刊 Advanced Functional Materials 上发表了他们的研究成果。
这一成果是在先进元材料中心 (CAMM) 的支持下，作为科学和信息通信技术部全球前沿项目的一部分，于 2019 年开展的“基于 Micro-LED 的元显示技术开发”项目开发的. KIMM纳米力学系自2008年以来一直在研究micro-LED转移技术领域。
KIMM 研究团队在世界上首次成功开发出 3 英寸 micro-LED 元显示器，即使将显示器拉向给定方向，也不会扭曲显示的图像。这是通过使用具有自然界不存在的独特机械性能的超材料的设计和制造技术来实现的。
自然界中的大多数可拉伸材料，例如橡胶，在纵向拉伸时都会出现宽度收缩，从而导致图像失真。到目前为止，在基于橡胶的可拉伸显示器的情况下也是如此。
KIMM 研究团队将具有负泊松比的机械超材料应用于电路板。泊松比是指材料纵向拉伸时宽度收缩的比率。当泊松比为 -1 的机械超材料纵向拉伸时，它展示了以相同比率横向拉伸的效果。因此，使用这种材料的显示器的特点是图像不失真。
在开发这种新的超显示制造技术时，该团队将机械超材料设计和制造技术应用于世界领先的大面积 micro-LED 滚动转移技术。基于该项目的成功成果，研究团队计划对用于超现实虚拟世界的micro-LED显示器进行后续研究。
此外，为了应对日益增长的 mini-LED 和石墨烯产业，该团队成立了研究所衍生公司 YTS Micro-Tech 和 MCK-Tech，以推动这些新技术的实际应用。
Jang 表示，他的团队已经通过使用元结构解决了可拉伸显示器中图像失真的根本问题，他和他的团队将继续追求元显示技术的商业化，未来可使其应用于各种电子产品中。
新开发的柔性元显示技术有望为移动电子设备平台的多样化做出贡献，例如手机和平板电脑。这种显示器还可以贴在人体皮肤上而不会产生任何皱纹，从而使其在医疗器械、美容和保健领域的应用成为可能。
Micro-LED量子点色转化阵列器件研究取得进展
Micro LED显示技术具有高亮度、高对比度、高分辨率、低功耗、长寿命等优点，是继LCD和OLED之后的下一代显示技术，但其大规模商业化面临着技术不成熟、成本高等难题。技术瓶颈之一是如何实现Micro LED的全彩化。虽然已有几种巨量转移技术方案如弹性印章转印、静电转印等来解决这些问题并取得了成功，但制造能满足AR/VR应用的高分辨率全彩Micro LED显示器仍是巨大挑战。
采用蓝光Micro LED结合量子点色转换阵列的技术路线是可行的全彩化方案。蓝光Micro LED制备工艺成熟、成本相对较低。量子点色转换技术只需要整体地制造具有极高像素密度的蓝光MicroLED显示器，通过图案化的量子点色转换阵列将其部分蓝色像素分别转换成红色和绿色，即可实现全彩显示。此外，量子点色转换阵列还可以作为OLED的色转换层和LCD的彩色滤光片以提高效率和色域。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应光室梁静秋团队与北京理工大学钟海政团队合作，提出了运用微孔阵列填充及抛光技术对钙钛矿量子点进行图案化，制作了最小尺寸为2μm的量子点色转化阵列，并利用套刻的工艺实现双色量子点色转化阵列的制备。该研究提出的方法具有生产成本低、加工速度快、灵活性和通用性强等优点，为钙钛矿量子点的图案化提供了新思路，并为Micro-LED产业化提出了可行的技术路线。
a、量子点色转化阵列制备流程，b、像素尺寸40μm和6μm圆形的绿色图案化钙钛矿量子点阵列
a-b、两英寸玻璃片上的绿/红色量子点色转化阵列在紫外光激发下的光学图像及其各自的局部放大图，c、长春光机所所标的荧光图像及其局部放大图，d、对准标记的荧光图像，e-f、绿/红色量子点”CAS”字样图
a、套刻法制作双色量子点色转化阵列流程图；b、单个像素尺寸为10μm的双色量子点阵列图像；c、单个像素尺寸为30×10μm的双色量子点阵列图像，比例尺为200μm
相关研究成果以Micropore Filling Fabrication of high resolution patterned PQDs with a pixel size less than 5 μm为题，发表在Nanoscale上，并入选Nanoscale 2022年度热门论文集。
大面积MoS2晶体管的全色Micro-LED显示器
近日，延世大学Jong-HyunAhn团队提出了一种新型过渡金属二硫化合物-复合半导体制造方法，与批量微制造工艺兼容。我们展示了如何在基于氮化镓的外延晶片上直接合成二硫化钼（MoS2）薄膜以形成薄膜晶体管阵列。随后，将MoS2薄膜晶体管与微发光二极管（Micro-LED）器件整体集成以产生有源矩阵Micro-LED显示器。此外，作者展示了一种通过在蓝色Micro-LED上打印量子点来获得红色和绿色的简单方法，这允许可扩展制造全色Micro-LED显示器。该策略代表了实现异构集成的有希望的途径，这对于可以结合已建立的半导体技术和新兴二维材料的高性能光电系统至关重要。
复合半导体上的过渡金属二硫族化合物
图1a显示了制造全色Micro-LED显示器的阶段的示意图。该过程开始于通过在580℃下进行的金属-有机化学气相沉积（CVD）在涂覆有绝缘SiO2缓冲层的4英寸GaN外延晶片上生长双层MoS2薄膜。在图案化过程之后，基于MoS2的TFT（顶层）和基于GaN的微LED（底层）单层互连。为了实现全色显示，通过标准光刻工艺将与透明光致抗蚀剂（SU-8）混合的红色和绿色QD印刷在微LED芯片上。透射电子显微镜（TEM）分析显示在涂覆有保护性SiO2缓冲层的GaN晶片上形成均匀的MoS2双层膜。使用原子力显微镜（AFM）、TEM和光致发光（PL）、拉曼和X射线光电子能谱确认MoS2膜的层数和质量。MoS2薄膜具有良好的缝合晶界，可以提高电性能和稳定性。
高温生长（超过750℃）会对GaN晶片的多量子阱（MQW）造成热损伤。为了避免这种损坏，MoS2膜在580℃下生长。结果，基于GaN的微LED显示出相同的特性而没有任何热降解。在室温下测量的拉曼光谱和PL光谱证明MoS2膜在GaN晶片上成功生长。这个制造方法有几个重要特征：（1）它可以最大限度地减少限制器件性能的互连延迟，因为MoS2TFT垂直集成在GaN上，从而产生高工作频率。（2）整个制造过程在相对较低的温度下发生，从而避免在处理覆盖的背板期间对下面的微LED层造成热损伤。（3）GaN基LED和MoS2 TFT的整体集成适用于大规模集成过程。这些特性可以克服传统微LED技术的一些局限性。
图1 MoS2晶体管和GaN基全色微型LED显示器的整体集成
图2显示了GaN/Si晶片上的MoS2薄膜与典型SiO2晶片上的MoS2薄膜的光学和电学性质之间的比较。GaN上的SiO2缓冲层提供与MoS2半导体层的绝缘，并使GaN外延晶片的粗糙表面更光滑。GaN外延晶片的表面粗糙度通常在0.5至4.1nm的范围内，导致MoS2晶体的生长迟缓。由于粗糙表面引起的散射导致所得器件中的电性能严重降低。使用高密度等离子体（HDP）CVD技术在GaN上形成光滑的SiO2层。在等离子体辅助沉积过程中形成的硅烷醇基团增强了SiO2层的润湿性。两种MoS2薄膜在不同的基底上生长显示晶片尺度均匀性和优异的光电性能。A1g模式的空间拉曼映射集中在406.0 cm−1每个MoS2膜中的1个显示出生长的MoS2的高均匀性。
此外，在2英寸GaN/蓝宝石晶片上合成的MoS2表现出良好的空间均匀性和性能，这与在GaN/Si晶片上生长的MoS2相当。拉曼光谱的和A1g模式以及1.87–1.88 eV的PL光谱分别表现出相似的峰距和峰位置。这表明在每个衬底上形成了均匀且几乎相同的MoS2晶片级双层。在GaN和SiO2晶片上制造的顶栅双层MoS2 TFT（沟道宽度（W）和长度（L）分别为120和6μm）产生场效应迁移率（μFE）和阈值电压（VTH）值分别为12.1±2.3cm2V-1s-1和1.6±1.5V，以及12.6±1.9cm2V-1s-1和1.2±1.8V。无论这些器件中的基板如何，TFT特性都相似。
图2 生长在GaN晶片上的双层MoS2的光学和电学性质
MoS2 TFT和Micro LED的整体集成
在GaN外延晶片上生长的MoS 2膜的均匀性使得能够批量制造活性基质微LED显示器。图3a示出了在GaN/Si衬底上形成的16×16阵列的顶部发射微LED和在GaN/蓝宝石衬底上的100×100阵列的底部发射微LED的16组。对于GaN/Si衬底的情况，W/L为45μm/10μm的TFT的漏极连接到微LED的阳极。集成器件中的MoS2 TFT显示μFE为12.3±2.6 cm2 V-1 s-1、开/关比为109±10、亚阈值摆动为0.8±0.2 V dec-1，VTH为2.4±1.2 V。特别地，TFT的VTH表明当施加零栅极电压时，微LED表现出正常的off操作。这种行为对于显示电路的低功耗很重要。
此外，MoS2TFT的输出特性表明，在10 V的栅极电压下，漏极电流值达到0.4mA，具有欧姆特性。MoS2晶体管阵列的μFE和VTH的直方图显示出均匀的值，平均值分别为11.2 cm2 V-1s-1和1.1 V。这些结果表明，MoS2晶体管适用于大面积微LED显示器的可靠生产。通过优化MoS2生长和器件制造工艺，可以进一步改善MoS2 TFT的特性，以便稳定运行微LED。MoS2为集成过程提供了便利和可扩展的优势，广泛用作微型LED显示器的背板TFT。最后，检查了MoS2 TFT集成的微LED像素的电学特性。硅衬底（180μm×100μm）和蓝宝石衬底（90μm×90μm）上的微LED开始在栅极源电压（VGS）和数据电压（VDD）值超过〜0-2V，这与典型LED芯片的接通电压相当。通过在+8和0 V之间交替栅极脉冲偏置，集成器件也在+6 V的固定VDD下从off状态驱动到on状态，这表明在60 Hz时没有任何均匀和快速的开关响应延迟。
每个像素单元的亮度由固定VDD下的调制VG清楚地控制。Micro LED处于关闭状态，当VGS处于关闭状态时，低于〜0–2V，并且像素单元的光强度随着VG的增加而增加，这表明出色的栅极可控性。此外，集成器件可以在一周的时间内保持稳定的输出。特别地，由于衬底的透明性，在蓝宝石衬底上制造的底部发射微LED实现了~100%的发射面积比。这些结果表明，单层集成器件可用于微LED显示器。
图3 MoS2 TFT集成微LED的批量制造及其电学性能
全彩色有源矩阵微型LED显示屏
对于系统级操作、数据线、栅极和接地线连接到漏极，栅极和LED的n-pad。使用柔性印刷电路板将制造的微LED电连接到外部驱动电路，并以60Hz刷新率驱动。在驱动电路中编码了五个字母字符'M'，'I'，'C'，'R'和'O'，并通过顶部发射以高产量和均匀性显示。此外，蓝宝石基板上的微型LED显示器能够实现底部发射，以类似的方式操作，以展示具有每英寸100像素的相对高分辨率的大面积显示器。微LED像素的产量约为92%。为了进一步演示508 ppi的高分辨率显示器，小尺寸10 m×10 m的微型LED与W/L=20m/2 m的MoS2 TFT集成在一起，表现出稳定的操作。此外，为了实现RGB，将全色显示器，CdSe/ZnS绿色和红色胶体QD与透明的基于环氧树脂的SU-8光致抗蚀剂混合，并通过标准光刻工艺进行图案化。固化的SU-8环氧树脂也可用于封装分散的QD，从而长期提高QD发射性能的稳定性。
优化的QD转换层的吸收和PL光谱显示出作为显示器的颜色转换器的优异特性，绿色和红色QD的外部量子效率分别为27.76%和26.30%。绿色和红色QD在450nm处显示出高吸收，其由基于GaN的蓝色微LED发射。因此，它们可以被蓝色微LED激发，并分别在640 nm和530 nm处发出红色和绿色。显示器制造在具有顶部发射的Si衬底上，稳定工作而没有任何光学串扰，并呈现三种不同的颜色：红色，绿色和蓝色。所得微LED的电致发光光谱显示红色，绿色和蓝色像素分别显示643538和454nm的峰值波长。蓝色与红色和绿色像素一起可以略微观察到。这种现象可以通过进一步改进微LED的设计和工程来克服。
为了确认显示器的色域，调查了其国际照明委员会（CIE）的色度。有源矩阵全色微型LED显示器的颜色覆盖率达到CIE 1931色彩空间中国家电视标准委员会规范的110%。然而，在蓝宝石上制造的底部发射显示器提出了另一个挑战。红色和绿色量子点的光转换效率和颜色纯度受蓝宝石厚度的强烈影响。蓝宝石衬底的厚度控制和器件层从衬底分层后的QD图案化可以避免这个问题。
图4 使用MoS2 TFT和QD的全色有源矩阵微LED显示屏的操作
作者开发了一种全色有源矩阵微LED显示器，使用GaN外延晶片和量子点上的MoS2。该制造方法允许MoS2作为有源元件的整体集成，以驱动微LED的全色显示。使用传统氧化物和Si互补金属氧化物半导体（CMOS）技术将背板TFT与微型LED阵列集成需要在粘接过程或传输过程中具有高精度的对准，特别是当微型LED芯片的尺寸减小时对于高分辨率显示应用，缩小到<10μm的比例。此外，需要复杂的激光工艺将非晶Si局部结晶成多晶Si的低温聚Si背板引起了由于激光照射引起的微LED发光退化的担忧。然而，MoS2在相对较低的温度下直接在GaN外延晶片上合成而不会损坏LED有源层，因此可以制造用于高分辨率micro-LED显示器的背板TFT，而无需额外的复杂工艺。这种方法将为需要结合半导体材料的异质集成光电器件提供机会。在这种器件中结合诸如III-V化合物半导体，Si和2D材料的材料不仅可以应用于活性基质显示器，而且可以应用于需要组装不同半导体的光学和生物传感器。
超高分辨率量子点LED
福州大学李福山教授团队联合宁波材料所钱磊研究员，利用有序分子自组装技术和转移印刷技术相结合的方法，提出一种抑制高分辨率器件漏电流的新策略，制备出了高性能的超高分辨率量子点发光二极管。相关研究论文3月1日在线发表于国际顶级期刊《自然-光子学》（影响因子38.77）。该论文以福州大学为第一完成单位，第一作者为物信学院硕士生孟汀涛，李福山教授为论文通讯作者。
近年来，在“元宇宙”、智慧医疗等新兴概念的驱动下，下一代显示器为像素分辨率设定了更高的标准，以满足海量信息及AR/VR显示等不断升级的应用需求。开发具有千级乃至万级PPI（每英寸所拥有的像素数目）、可在微小空间输出海量信息的极高分辨率显示器，是进入“元宇宙”的重要途径。量子点发光二极管由于其优异的光电特性，如高色纯度、高发光效率等在照明显示领域具有广阔的应用前景。然而，如何实现量子点发光二极管的高分辨率像素化，仍然是一个关键瓶颈。
（a）LB-TP工艺示意图；（b）微结构PDMS印章的光学显微镜图像；（c-d）微结构PDMS印章的扫描电子显微镜图像（直径，间距和高度均为500 nm）
该文中，研究人员利用有序分子自组装技术实现了致密无缺陷的量子点单层膜，并结合转移印刷技术实现了亚微米级像素的超高分辨率量子点显示，其最高分辨率达到~25000PPI（人眼极限分辨率约为300PPI）。实现了量子点图案化薄膜的均匀拾取和释放，可以轻松制备出亚微米级像素的超高分辨率量子点发光二极管。重要的是，这是目前报告的显示器件的最高像素密度之一。
值得一提的是，研究团队首次提出在发光量子点像素之间嵌入蜂窝状图案的非发光电荷阻挡层，这种均匀致密的阻挡层有效地降低了器件的漏电流，极大地提高了器件的效率。与之前的研究比较，该成果在高分辨率量子点显示方面具有更佳性能。因此，该成果为实现具有高性能的超高分辨率发光显示开辟了一条全新的路线。
据介绍，这种新型的高分辨率图案化方法在未来可以进一步实现全彩显示。超高分辨率量子点发光二极管的前景可以应用于下一代“近眼”设备，比如：虚拟现实(VR) 和增强现实 (AR) 应用的头戴式显示器和智能眼镜。
实现柔性有机LED显示器的全3D打印
美国明尼苏达大学、麻省理工学院和韩国釜山大学的研究人员合作，研发出一种多模式3D打印技术，实现了柔性有机LED显示器的全3D打印。
利用3D打印技术制造光电设备可摆脱传统微加工的诸多限制，获得具有独特形态和性能的设备。然而，受活性层不均匀性和聚合物-金属接点不稳定性的影响，尚未实现光电设备的全3D打印。研究人员先采用挤压式3D打印在柔性有机薄膜上依次沉积银纳米颗粒和导电聚合物，随后通过喷墨打印沉积电致发光聚合物，然后通过挤压式3D打印沉积共晶镓铟液滴及互连阵列，最后用聚二甲基硅氧烷进行封装，制成8×8像素的柔性有机LED显示器。结果表明，该显示器的像素响应时间约为0.2 ms，能承受2000次弯曲循环，可在125 Hz的刷新率下完成文本和图像显示且不出现视觉模糊。
这项研究证明通过多种功能性油墨和3D打印技术的结合，可实现光电设备的全3D打印，将促进柔性电子设备等领域的发展。
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