1 福州大学 物理与信息工程学院 平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108
随着微米级像素尺寸的微型自发光二极管（Micro-LED，μLED）的出现和发展，采用μLED作为光源和像源的超微型投影光学引擎成为了可能，其极大简化了传统投影显示光学引擎的结构。本文提出了一种基于μLED的超微型投影光学引擎，基于现有3.302 mm（0.13 in）的μLED显示芯片设计了高像质的微型投影镜头。针对μLED的光分布特性，优化μLED发散角度与微投影镜头的光瞳匹配，有效提升了μLED微投影光学系统的光能利用率。结果表明，所设计的μLED微投影显示光学引擎体积仅有18.35 mm3，投影镜头中心视场的MTF值在截止频率处超过0.57。该μLED微投影显示光学引擎较好地实现了系统体积与成像像质的均衡，未来在AR/VR等近眼显示设备上具有广泛的应用前景。
Micro-LED 近眼显示 微投影显示 光学设计 系统效率 Micro-LED near-eye display pico-projection display optical design system efficiency
1 福州大学 物理与信息工程学院 平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108
3 TCL电子有限公司 研发中心，广东 深圳 518000
4 福州大学 至诚学院，福建 福州 350002
扩散板作为液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）背光中不可或缺的重要部件，可起到雾化光线的作用。常见的扩散板主要有表面微结构型与粒子散射型两种，主要性能参数是雾度及透光性，加入量子点的扩散板还具备色转换和改善色彩呈现能力的特性。相较于量子点色彩增强膜，量子点扩散板具有制备工艺更简单、成本更低、雾化能力更高等优势，非常适合于Mini-LED背光源。本文对液晶显示用扩散板的研究进展做了简要概述，并着重介绍了多层结构的量子点扩散板的制备工艺及性能。在稳定性方面，所制备量子点扩散板在高温高湿（60 ℃/90%RH）环境下可长时间储存，在蓝光照射条件下（中心波长450 nm，45 ℃/85%RH）的T95寿命超过了1 000 h。同时，该量子点扩散板在450 nm蓝光Mini-LED背光照射下的亮度均匀性高于80%，蓝、绿、红光的半峰宽分别小于20 nm、25 nm、25 nm，色域覆盖率达到了DCI-P3标准的99.58%。总之，该量子点扩散板兼具优异的色转换与匀光的功能，且寿命稳定，有望在大中型尺寸液晶显示器中得到大规模应用。
量子点 扩散板 背光 液晶显示 Mini-LED quantum dots diffuser plate backlight LCD Mini-LED
1 福州大学 物理与信息工程学院, 平板显示技术国家地方联合工程实验室, 福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福建 福州 350108
量子点由于其优异的光学和电学特性, 在新型光电器件领域是一种极具前景的明星材料。本文通过将核壳CdSe/CdS量子点封装到聚二甲基硅氧烷-聚脲(PDMS-PUa)聚合物基质中制备CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料, 发现了其光致发光强度和荧光量子产率的水致增强现象, 经荧光衰减曲线和漫反射光谱分析, 解释了该现象是来自于水中的H3O+和OH-对量子点表面缺陷的有效钝化, 使得量子点的晶胞更趋于理想化。进一步通过实验发现, 当复合材料从水中取出干燥后, 由于量子点表面缺陷态又重新暴露, 光致发光强度和荧光量子产率又恢复到初始值。受所发现的荧光可逆现象的启发, 本文基于CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料提出了一种具有荧光响应的液体高度传感器, 通过荧光亮度的变化可以判断容器内液体的高度值。这些发现不仅揭示了CdSe/CdS量子点水致荧光可逆特性, 同时拓宽了量子点聚合物复合材料在光电领域的应用, 具有重要的科学意义和应用前景。
CdSe/CdS量子点 水 荧光可逆 缺陷钝化 传感 CdSe/CdS quantum dots polymer water photoluminescence reversibility sensing
1 福州大学 物理与信息工程学院 平板显示技术国家地方联合工程实验室，福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室（闽都创新实验室），福建 福州 350108
作为目前信息显示技术领域的热点，近眼显示设备的发展承载着人们对未来信息交互方式的美好愿景，同时，人们对于增强现实显示的需求也在不断提升，近眼显示中的AR显示无疑成为近年来研究的热点。伴随着显示技术的不断发展，高度微型化和集成化成为近眼显示中重要的发展趋势，微发光二极管（Micro Light-Emitting Diode，Micro-LED）显示技术在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和稳定性等方面相比于其他技术均有巨大的优势，是近眼显示设备较为理想的光源和图像显示源。本文从结构、制备工艺及挑战方面分析了Micro-LED显示技术的研究进展，从人眼的视觉特性出发综述了近眼显示的发展现状，总结了Micro-LED应用于近眼显示的优势，对比了各项技术的先进性和可实现性，最后对其发展进行了展望。
近眼显示 微型发光二极管 微显示 增强现实 near-eye display Micro-LED micro display augmented reality
福州大学 物理与信息工程学院 闽都创新实验室, 福建 福州 350016
Mini-LED背光能够通过精细化的分区实现局域动态调光, 是当前液晶背光技术的研究热点。为揭示Mini-LED背光不同的调光单元形式对背光模组的光学性能和系统架构产生的不同影响, 本文建立了Mini-LED背光模组区域调光单元的3种不同的光学模型, 即直下式调光单元、侧入式调光单元, 以及本文提出的角入式调光单元。通过对不同结构的Mini-LED发光源光学模型进行光学建模和仿真追迹, 对调光单元进行了出光均匀性和光线利用率的对比。结果表明, 角入式调光单元在未添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为67.27%且光线利用率为86.67%; 在添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为84.70%且光线利用率为92.10%。与传统侧入式调光单元和直下式调光单元相比有不同程度的提升。本文结果对Mini-LED背光单元设计具有重要的理论指导意义和应用价值。
液晶背光 区域调光 导光板 Mini-LED发光源 角入式背光 liquid crystal display backlight local dimming light guide plate Mini-LED source corner-lit backlight
福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
量子点材料因具有发光波长可调, 色度纯, 量子效率高等优异特性而受到广泛关注, 在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展, 主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构, 并分析了它们在液晶显示领域的应用, 未来前景及面临的挑战; 然后介绍了几种新型的量子点背光技术, 并对两种量子点背光新技术进行重点说明: 一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体, 用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板; 另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面, 形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点, 对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。
量子点背光 丝网印刷 量子点网点导光板 注塑成型 量子点体散射扩散板 高色域 quantum dot backlight screen printing quantum dots microstructure light guide plate injection molding quantum dots scattering diffusion plate high color gamut
福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州 350100
液滴体积对定量打印有重要意义, 而墨水粘度对液滴体积有重要的影响。首先, 利用层流-水平集方法建立了喷嘴模型。依据实验经验设置模拟所用墨水密度为1.0 g/mL, 表面张力为28 mN/m, 粘度为1～15 mPa·s, 对不同粘度墨水喷射过程进行了演示, 得到了液滴体积与墨水粘度关系为负相关; 然后, 通过水平集函数积分对液滴体积进行量化, 得到了其变化范围为58.10~37.29 pL, 并对液滴体积与墨水粘度关系进行拟合得到二者为负线性关系, 具体线性系数为A=-1.54, 纵截距为B=60.2。其次, 利用相同物理参数下的聚硫醇墨水进行了打印实验, 得到液滴体积变化范围为149.9～92.9 pL, 且拟合得到液滴体积与粘度仍为负线性关系, A′=-4.12, B′=154.71, 证明了模拟结果的正确性。最后, 通过模拟与实验结果的对比发现两者所得线性函数之间存在一系数h=2.5, 通过进一步仿真研究证明该系数与墨水的种类无关, 而是由入口处的压力决定。该线性结果有利于简化任意低粘度墨水的定量打印。
喷墨打印 粘度 液滴体积 仿真 inkjet printing viscosity droplet volume simulation
平板显示技术国家地方联合工程实验室,福州大学 物理与信息工程学院, 福州, 350116
利用传统狭缝光栅实现的自由立体显示器, 存在着串扰严重、莫尔条纹明显、可视区域较小、在水平和竖直方向上光损失不平衡等缺陷。针对这些问题, 本文就狭缝光栅的倾斜角度、狭缝宽度、狭缝错开距离等光栅关键参数对立体显示莫尔条纹、串扰、可视区域的影响展开研究, 分析了交错狭缝光栅设计方案, 优化设计了两种狭缝光栅立体显示器件, 分别采用了垂直交错狭缝光栅和倾斜交错狭缝光栅。以4视点的自由立体显示器为例, 以像素半高度将相邻的两段狭缝错开。实验测试结果表明, 当倾角θ为12.2°, 错开距离分别为0.053 7 mm和0.030 2 mm时, 垂直/倾斜交错光栅均能有效减少莫尔条纹的发生。对比发现, 倾斜交错光栅的串扰仅增加1.57%, 但可视区域增加了17.9%, 且在水平和竖直方向上光损失率匹配度较高, 立体显示效果明显改善。
自由立体显示 垂直交错光栅 倾斜交错光栅 莫尔条纹 串扰 autostereoscopic display vertical staggered barrier slanted staggered barrier moire fringe crosstalk
福州大学 物理与信息工程学院, 福州 350100
基于微流体理论, 对采用聚合物量子点墨水打印薄膜的干燥过程进行了研究, 并通过优化溶剂配比、聚合物含量及干燥温度克服“咖啡环”现象, 改善薄膜形貌.研究结果表明: 墨水中添加高沸点溶剂有助于延缓外向流动; 调节聚合物含量可改变墨水的物理性质, 有利于在诱发内向流动的同时阻碍外向流动, 二者均可明显改善“咖啡环”形貌, 另外聚合物的流平作用可提高薄膜的平整度; 调节干燥温度可优化液滴与基板的接触线钉扎, 从而进一步改善“咖啡环”形貌.最终, 在量子点浓度为12 mg/mL, 墨水中氯苯/环己基苯体积比为8∶2, 聚丙烯酸酯质量百分比为11 wt%, 干燥温度为25 ℃时制备了直径约为169 μm, 高度约为65 nm的均匀量子点薄膜及量子点点阵, 为QLED器件的制备及Micro-LED面板的全彩化提供了技术支持.
量子点薄膜 喷墨打印 聚合物 溶剂配比 干燥温度 QD films Inkjet printing Polymer Solvent ratio Drying temperature
福州大学 物理与信息工程学院, 平板显示技术国家地方联合工程实验室, 福建 福州 350116
通过研究量子点彩膜的转换效率、结构对出光强度和色域的影响, 提出了基于分布式布拉格反射器的量子点彩膜新结构。首先通过光学仿真软件导入红/绿量子点参数并构建量子点彩膜光色转换模型, 设置分布式布拉格反射器和传统滤光片的膜层属性; 再以蓝光背光源激发量子点彩膜, 研究膜层在不同膜厚和量子点比重的情况下蓝光利用率; 最后, 比较了传统彩色滤光片和分布式布拉格反射器两种结构对量子点彩膜光学性能的影响。设计结果表明: 新结构比传统彩色滤光片结构红、绿子像素光强分别提升了2.19和2.26倍, 在CIE1931-NTSC标准下可实现色域为128%。
量子点 彩膜 光色转换 分布式布拉格反射器 quantum dots color filter light color conversion distributed Bragg reflector
