趙永生&閆永麗Nat. Commun.：基于有機打印微激光陣列的全色激光顯示

【研究背景】

與基于非相干寬帶光源的傳統顯示技術相比，激光顯示得益于激光較高的單色性和亮度，具有更寬的可實現色域、更高的對比度和更鮮艷的色彩，有望給顯示行業帶來革命性的變革。但是，由于缺乏合適的自發射激光顯示面板，全色激光顯示尚未在手機、平板等移動端的實現。因此，開發具有寬調諧范圍的多色激光像素化結構對平板激光顯示就顯得尤為重要。一種有效的策略是將離散的紅色、綠色和藍色微激光器集成到周期陣列中以構建顯示面板，其中每組RGB微激光器形成一個像素。這就需要多種材料在相同的基板上生長并實現圖案化。然而，由于材料相容性差，制備過程中存在的固有困難使得這種器件的實現具有極大的挑戰性。
有機材料具有良好的相容性、大的光學截面和寬的光譜覆蓋，是發展全彩色激光器的理想材料。有機材料優異的柔韌性和加工能力使其可以通過光刻、電子束刻蝕、激光直寫等方式加工成微激光陣列。由于其優異的光電性能和可加工性，有機材料在周期性圖案多色微激光陣列的制備中具有巨大的潛力。

【成果簡介】

近日，中科院化學所趙永生研究員和閆永麗副研究員首次在噴墨打印精確制備的有機紅-綠-藍（RGB）微激光陣列面板上展示了全彩色激光顯示。他們采用超聲振動輔助噴墨技術，制備了精確定位的微半球激光器，并通過摻雜不同的發光染料制備相應的“墨水”，得到了紅色、綠色和藍色的微激光器陣列。每三個相鄰的RGB微半球激光組成一個單獨的全色顯示像素。這種方法得到的RGB激光像素，其覆蓋的色域范圍比標準RGB空間大45％。利用預制備的微激光器陣列作為全彩色顯示面板，通過連續光束掃描還實現了動態激光顯示用于信息滾動播出、視頻播放等。這些結果代表了邁向具有出色色彩表現力的全色激光顯示器的重要一步。該成果近日以“Full-color laser displays based on organic printed microlaser arrays”為題發表在知名期刊Nat. Commun.上。

【圖文導讀】

圖一：有機RGB微激光像素陣列的制備

（a）通過超聲振動輔助噴墨打印法制備有機RGB微激光像素陣列的示意圖；
（b）大面積有序陣列結構的照片；
（c-d）顯示的RGB像素陣列的顯微鏡圖像及單個像素放大圖；
（e）紫外光照射（330-380 nm）下單個RGB像素的熒光顯微圖像。

圖二：單個像素產生的RGB激光

（a-c）不同功率激光對單個微半球進行光致激發的熒光光譜及圖像；
（d-f）425、555和606 nm處熒光強度隨激光功率的變化，折線處顯示其激射閾值分別為39.6、80.0和33.4 μJ cm^-2。

圖三：打印像素陣列中的全彩可調激光

（a）RGB像素中不同半球組合激射的光譜和相應的熒光圖像；
（b）從（a）中激光光譜提取的色度；
（c）由不同RGB微半球組成的像素陣列的“ICCAS”圖案的遠場照片。

圖四：全色激光顯示

（a）可編程的全彩激光顯示的示意圖；
（b）基于3×5的RGB像素陣列的多色阿拉伯數字顯示。顯微鏡圖像（左列）和光致發光圖像（右三列）；
（c-e）在相同的面板上交替顯示三種顏色分布不同的蝴蝶圖像（44×44像素，對角線2.2 cm）。

【小結】

作者展示了使用基于自發射有機微激光器陣列的全彩激光顯示面板。通過對紅綠藍三色發光墨水進行順序打印并精確定位，得到紅色、綠色、藍色微半球激光器陣列，其中每組RGB微激光器構成一個單獨的顯示像素。調整單個RGB像素的激發方式在遠場中實現了精確的色彩顯示。在此基礎上，以像素化的微激光陣列為顯示面板，構建了全彩色激光顯示的原型，并采用可編程控制的面板實現了動態激光顯示，廣泛適用于靜態圖像顯示和視頻播放。這些成果使我們離高性能、易制造、大面積的平板激光顯示器和激光照明設備又近了一步。

文獻鏈接：Full-color laser displays based on organic printed microlaser arrays (Nat Commun., 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-08834-6)

本文由材料人高分子組大兵哥供稿，材料牛整理編輯。

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