近年来，LED、太阳能电池、探测器等光电领域频繁传来关于钙钛矿（Perovskite）材料的研究及应用进展。其中，在LED光电领域，钙钛矿材料在照明和显示应用方面的潜力深受业界关注，尤其是在发光显示领域。

什么是钙钛矿？

钙钛矿是一种具有特殊晶体结构的材料，其化学式为ABX3。其中A位通常为有机阳离子，B位是铅、锡等为代表的二价金属离子，X为卤素或类卤素阴离子。得益于其出色的半导体及光电特性，钙钛矿在LED、太阳能电池、光电探测器等领域引起了广泛关注。

铅基钙钛矿是最常见的钙钛矿材料类型，在LED和太阳能电池等领域表现出色，PeLED最高效率已接近30%；然而，由于铅的毒性、生物积累和不可降解特性，其产生的环境问题仍难以解决。

锡离子具有与铅离子类似的电子结构和离子半径，采用无毒的锡元素替代铅元素，被视为解决钙钛矿毒性问题的首选。但是，锡基PeLED在光电性能较低，与铅基PeLED有较大差距，尚无法满足商用应用。

钙钛矿LED领域的突破

近年来，红光、绿光钙钛矿LED器件外量子效率屡创新高，器件效率均超过25%。然而，蓝光外量子效率较低（满足显示要求的蓝光PeLED器件效率仅略高于10%），且发射波长主要集中在天蓝色区域，国际照明委员会（CIE）色坐标的y值低于0.10的蓝光PeLED的性能较差，为满足高性能显示应用需求，迫切需要开发一种制备高效且光谱稳定深蓝光PeLED的方法。

近期，华南理工大学材料科学与工程学院发光材料与器件国家重点实验室苏仕健教授团队开发了一种钙钛矿量子点溶液的后处理策略，通过在量子点溶液中加入π共轭的有机小分子BOCzPh来取代阻碍电荷传输的长链配体，从而实现光谱稳定且高效的深蓝光PeLED。研究最终获得了发射峰为469 nm、外量子效率为2.8%、最大亮度为851 cd m-2的深蓝光PeLED。

厦门大学电子科学与技术学院半导体照明实验室在Micro-LED全彩显示技术方面取得突破性进展。钙钛矿量子点因其在发光性能的诸多优势，在Micro-LED全彩显示领域具有极高的应用潜力。然而，钙钛矿量子点的短板也很明显，尤其是红光的钙钛矿量子点，稳定性较之绿光钙钛矿量子点更差，亮度也更弱。

针对当前难点，半导体照明实验室提出了一种全新的策略，利用红色发光钙钛矿量子点（γ-CsPbI3）包覆绿色钙钛矿量子点（CsPbBr3），形成核壳结构，在两种量子点之间满足能量转移的条件，γ-CsPbI3将CsPbBr3的发光完全吸收。这项研究是将非辐射能量传递机制与Micro-LED色转换技术相结合，从性能提升、工艺精简方面“双管齐下”，以达成用更低的成本实现高质量Micro-LED全彩显示效果。

此外，北京大学物理学院现代光学研究所极端光学创新研究团队的朱瑞研究员、龚旗煌院士联合利亚德集团也对蓝光PeLED的技术路线展开了深入的探讨。双方梳理归纳了钙钛矿材料实现蓝光PeLED的三条主流技术路线及其最新进展，并据此展望了蓝光PeLED未来发展的技术方案及高性能器件的原型结构，为相关领域的发展提供了切实明确的方向参考。

除了高效蓝光PeLED的制备之外，今年以来，海内外研究者在钙钛矿LED领域取得了不少重要突破，比如中国科技大学联合剑桥大学，以及苏州大学先后发布了高效近红外钙钛矿LED的研究成果，成功制备了高效、高稳定、高亮的近红外PeLED等等。

全彩显示，钙钛矿的来头和作用

在Micro LED相关研究中，常常可以见到钙钛矿的身影，并在研究层面不断取得实质性突破。从应用角度来看，起初钙钛矿并是人们看作是不被寄予希望的存在。钙钛矿是一种化学物质，可用于LED发光器件的制作过程中，金属卤化物钙镇矿这类新型半导体被广泛认为是本征不稳定的，特别是在LED应用等电场比较高的情况下。在以往的研究中，大多数近红外钙钛矿LED 总是存在高亮度时效率太低、高效率下亮度太低的矛盾。如何在高亮度的同时保持高效率和高稳定性是钙钛矿LED 领域亟须解决的难题，也是制约其商业化应用。

而近年来的多项相关研究结果表明，钙钛矿材料在稳定性方面并没有“基因缺陷”，甚至有相关研究者指出，实现稳定的钙钦矿器件并非“不可能的任务’”超长的器件寿命有望提振钙矿LED领域的信心，因为它已满足商用OLED和部分Micro LED对稳定性的基本要求。在近红外显示、通讯与生物等应用领域，钙钛矿也有着不小的作用。尽管在钙钛矿LED屏的技术突破仍未达到充分商业化的地步，但从应用市场方面来看，需求的迫切势必将加速相关产品和技术的快速落地。

目前而言，在Micro LED的关键技术上，一些大型企业如三星、LG拥有着强大的技术专业垄断实力，对于市场中的其他屏企来说，想要进入这一领域实属不容易。尽管此前钙钛矿被认为有着致命的问题，但在研究的不断深入之下，限制得到克服，也实现了更高水平上的跃升，因此在解决Micro LED关键技术上钙钛矿的作用又变得让人开始期待起来，这也是学界在研究上如此青睐这一领域的原因之一。

对Micro LED商用化有何加成作用？

Micro LED的量产瓶颈已经是老生常谈的话题，数年来，关于芯片效率、巨量转移、检测返修以及全彩化的技术难题也仍在持续进攻克中。从现有的技术进展来看，钙钛矿对Micro LED的商用化呈现出多重潜力，具体涉及巨量转移、全彩化、效率等。

例如，利亚德技术研究团队与北京大学现代光学研究所在《Nature Reviews Materials》发表题为“Towards micro-PeLED displays”的展望（perspective）论文，利亚德集团-北京大学联合培养企业博士后研究员杨晓宇为论文第一作者。

论文中指出，将PeLED微缩化（micro-PeLED）将有效规避传统Micro LED中常见的纳米刻蚀损伤、巨量转移等工艺难题；同时，相较于PeLED中常见的钙钛矿薄膜发光层，纳米级独立微晶是目前最高效率红、绿、蓝、及近红外PeLED的主要发光层结构形式。这进一步证实了不断缩小发光单元将是PeLED效率突破的关键发展趋势。因此，研究团队认为，micro-PeLED将是实现超清显示应用的理想技术路线之一。

全彩化方面，资料显示，钙钛矿量子点的高吸收系数可以降低光转换层的厚度，减少蓝光泄露，是实现AR/VR显示器全彩化的理想材料。目前，已有多项研究证实了钙钛矿量子点在Micro LED色转换方面的潜力。

量子点是一种纳米尺寸的材料，钙钛矿可以通过简单的合成方法将尺寸缩小，实现钙钛矿量子点材料。在一定的电场或光激发下，钙钛矿纳米材料便会发出特定波长的光，从而适用于显示技术、荧光标记、生物成像等领域。

小结

从现有研究进展成果可见，目前钙钛矿量子点的产业化已经取得了初步进展，尽管如此，由于钙钛矿材料的离子晶格特性，其在高温、高湿和蓝光照射等苛刻条件下，材料会被离子迁移、光氧化等过程破坏，因此，目前的状态还无法完全满足Micro LED色转换和电致发光应用等产品的需求。

但总的来说，钙钛矿材料在高性能显示领域的应用前景已被多方研究证实，尤其是其在AR/VR等Micro LED应用领域的发展潜力，非常值得期待。

文章来源： LEDinside Janice，行家说Display，慧聪LED屏网