偏振光在许多应用中都至关重要，包括液晶显示器(LCD)的背光模组、光通信中的偏振复用等。然而，通过光学偏振器产生偏振光的传统方法会降低至少 50% 的光强。开发具有本征偏振发射的发光材料是近年的研究热点。
厦门大学半导体照明实验室陈忠教授、吴挺竹副教授团队开发了一种RGB偏振发射器件。该器件采用具有本征偏振发射特性的蓝色半极性micro-LED作为激发光源，色转换层为绿色CsPbBr3钙钛矿纳米棒和红色CsPbI3-Cs4PbI6纳米晶拉伸聚合薄膜，如图1所示。除了封装在聚合物薄膜中的CsPbBr3纳米棒由于各项异性结构能实现偏振绿光发射外，由混合 NC 形成的对齐线 (AW) 结构由于其高介电常数也表现出强各向异性发射。该器件中，蓝、绿、红三色的偏振度分别达到0.26、0.48和0.38，对应透过偏振器的效率为63%、74%和69%。这意味着该RGB偏振器件作为背光源时能够显著提升整体模组的能量利用效率。且由于半极性器件在高注入下更高的发光效率，该器件应用于大功率显示器的背光源时优势将更明显。
图1 基于半极性蓝色micro-LED 激发各向异性钙钛矿色转换层的全彩偏振背光器件 该团队通过合成CsPbBr3钙钛矿纳米棒并嵌入EVA聚合物制备绿色色转换层。通过机械拉伸的方式使纳米棒更好的对准以实现各向异性发射，并测得CsPbBr3纳米棒拉伸薄膜的偏振度为0.44。 红色发光的CsPbI3钙钛矿在自然环境下稳定性很差。值得注意的是，封装在Cs4PbI6晶体基质中的γ-CsPbI3纳米晶的稳定性将显着增强。此外，Cs4PbI6的高介电常数有望提高发射的各向异性。同样，该团队基于EVA聚合物制备了CsPbI3-Cs4PbI6复合薄膜。经过蓝光老化测试，CsPbI3-Cs4PbI6复合薄膜表现出良好的相稳定性。在色转换薄膜中，EVA聚合物与钙钛矿材料之间存在相互作用的官能团，因此嵌入聚合物的纳米晶在拉伸过程中将沿着EVA分子链迁移并线性排列，形成各项异性结构。拉伸前复合膜中未观察到发射偏振，而拉伸后复合膜的偏振度为0.37。与基于纯CsPbI3制成的拉伸薄膜对比，混合纳米晶由于更高的介电常数而具有更高的偏振度。 RGB 偏振器件的制造过程如图2（a）所示，使用半极性蓝色 μLED 阵列作为激发光源，依次激发CsPbBr3纳米棒薄膜和CsPbI3-Cs4PbI6纳米晶薄膜。器件照片如图 2（b） 所示。发射光谱显示出位于 451、525 和 676 nm 的三个主峰（图2（c））。此外，RGB偏振器件表现出覆盖137.2％的NTSC和102.5％Rec. 2020的宽色域，如图2（d）所示。该工作以“Self-polarized RGB device realized by semipolar micro-LEDs and perovskite-in-polymer films for backlight applications”为题发表在Opto-Electronic Advances 2024年第3期。 图 2 所提出的 RGB 偏振器件实现宽色域发射 产业化进展情况 目前，工业薄膜双向同步拉伸设备已具备生产大型拉伸聚合物薄膜的能力。此外，半极性蓝光LED器件也已经可以实现规模化生产。目前，该成果已经开始进行初步产业化，目标实现面向LCD显示应用的高效率背光模组。已经与包括海信集团有限公司、京东方显示照明公司等达成了初步合作意向。 应用前景 与目前专注于研究单色光偏振的工作相比，该RGB全彩偏振器件的蓝、绿和红分量都表现出明显的偏振性。且该背光源方案采用蓝色芯片来激发红色和绿色转换层，无需过滤额外的紫外线成分，可最大限度地提高能量利用率。由于具有局部调光功能，micro-LED背光器件具有高动态范围特性。此外，半极性micro-LED器件相比于c面生长的器件具有本征偏振发射特性，且具有更高的色稳定性和较低的效率下降。同时，这项工作中的钙钛矿-EVA薄膜具有良好的延展性，易于拉伸且稳定性高，适合用于产业化。因此，能够实现用于液晶显示器背光的钙钛矿量子点色彩增强转换拉伸膜的规模化制造。该器件中，蓝、绿、红三色的偏振度分别达到0.26、0.48和0.38，对应透过偏振器的效率为63%、74%和69%。 这意味着该RGB偏振器件作为背光源时，相比于传统非偏振背光源，通过偏振模组的能量利用效率能够综合提升约37%，有望应用于LCD显示器的背光模组、光通信中的偏振复用、超灵敏光电探测器和光量子计算等领域。总之，这项研究为RGB偏振光电器件的开发提供了新颖的策略。 项目负责人：吴挺竹 
厦门大学电子科学与技术学院副教授、博士生导师。福建省杰青、福建省、厦门市高层次人才。厦门大学2023年“我最喜爱的十位老师”。福建省光电照明与显示企业服务型制造公共服务平台主任、福建省 LED 照明与显示行业技术开发基地副主任、中国光学工程学会高级会员、全国照明电器标准化技术委员会委员。主持包括国家级、省级、横向科研项目总经费超900万元；近5年以第一/通讯作者在Opto-Electronic Advances、Small、Photonics Research、ACS Photonics、IEEE EDL、Optics Express等国际高水平期刊上发表学术论文逾40篇，其中2篇论文入选ESI高被引论文；以第一完成人获得5项授权发明专利；以第一完成人获2021年度厦门市科技进步奖二等奖，以主要完成人获得2018年度福建省科技进步奖二等奖等荣誉。
研究方向
Micro-LED显示技术，LED照明与显示，健康照明与显示，可见光通信技术半导体照明实验室（Solid-State Lighting Laboratory）
网址：https://ssl.xmu.edu.cn
（来源：厦大科创梦工场）
