喷墨打印技术的原理及其在AR/VR微型显示中的应用

随着人工智能、图像识别和5G通信技术的快速发展，增强现实(AR)和虚拟现实(VR)技术正以惊人的速度发展。新冠疫情背景下，远程办公和远程消费交互日益增加，市场再次将注意力转向AR/VR，对技术应用的投资也不断加大。据IDC预测，从2020年到2024年，全球AR和VR行业的市场规模将分别从280亿元和620亿元增长到2400亿元。市场爆发的主要原因之一是性能优异的新型显示技术的突破，显示器件作为AR/VR的基本元素，除了重量轻、体积小之外，还应该具有超高像素密度和快速刷新速度。

目前，液晶显示器 (LCD) 和有机发光二极管 (OLED)这两种主流的显示技术已被应用于近眼显示器 (NEDs) 和头戴显示器 (HMDs)。然而，较低的转换效率、颜色饱和度以及老化快、寿命短等缺点，加速了新型显示技术的开发。

Micro-LED具有优异的光学性能和长的寿命，被认为是下一代终极显示技术。最小像素尺寸达到数十微米，高像素密度为其在AR/VR提供了可能。除了高像素密度，全彩化也是实现Micro-LED在AR/VR关键要素，其中，色转换方案是实现全彩化的有效方法，通过喷墨打印技术将量子点沉积在蓝色或紫外Micro-LED芯片上实现三色发光，同时避免了巨量化转移。近年来，压电/热喷墨打印、气溶胶喷墨打印、电流体动力喷墨打印、超级喷墨打印等技术被用来沉积色转换层，为实现Micro-LED全彩化表现出极大潜力。

近日，厦门大学张荣教授团队与台湾交通大学郭浩忠教授合作发表了综述论文，介绍了喷墨打印技术的原理，并展示了其在AR/VR微型显示中的应用。文章首先介绍了AR/VR技术的研究进展；然后讨论了Micro-LED显示技术的研究进展及其在AR/VR中的适应性，通过喷墨打印技术制备Micro-LED色转换层的优势，非辐射能量转移机制以及色转换层的厚度对色转换效率的影响；介绍了SIJ相对于其他打印技术在分辨率上的优越性。

其次，介绍了各种喷墨打印技术的打印原理；两个关键问题：墨水的流变学参数优化和解决咖啡环效应的方案；每种打印技术适合的墨水流变学参数及流变学参数对打印效果的影响。综述了咖啡环效应的两种解决思路，及具体的改善方法。最后，强调了与色转换层相关的一些潜在问题，包括光串扰、蓝光吸收以及自吸收效应。

图1 各种喷墨打印技术的线宽分布

图2 SIJ技术打印的字母和校徽logo

Micro-LED为AR/VR的商业化铺平了道路，而高像素密度的全彩化Micro-LED的制造是瓶颈之一。色转换层方案是实现Micro-LED全彩化的有效途径，喷墨打印技术的发展为高分辨色转换层的制造提供了技术支持。

该工作以“An overview on the principle of inkjet printing technique and its application in micro-display for augmented/virtual realities”为题作为封底文章发表在Opto-Electronic Advances 2022年第6期。