近日，日本豐田合成公司（Toyoda Gosei）在單片全彩Micro LED顯示屏領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。他們采用堆疊式銦鎵氮（InGaN）材料，實(shí)現(xiàn)了紅、綠、藍(lán)（RGB）三色發(fā)光，為未來高亮度、小型化的顯示技術(shù)鋪平了道路。

圖1.（a）豐田合成所開發(fā)全彩色單片式Micro-LED的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。（b）沒有子像素間隔設(shè)計的子像素的電致發(fā)光（EL）圖像。（c） 設(shè)計有子像素間隔的子像素的EL圖像。（d）研究人員所開發(fā)單片式Micro-LED芯片的照片

據(jù)悉，當(dāng)前市場上的微型顯示屏多采用 OLED 技術(shù)，但其亮度較低，在戶外或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡等應(yīng)用中存在局限。而 InGaN Micro LED不僅亮度更高，還能通過單片集成簡化制造工藝。盡管該團(tuán)隊(duì)使用的材料再生長工藝增加了制造復(fù)雜度，但相比量子點(diǎn)或隧道結(jié)等方法，它更符合半導(dǎo)體制造流程，具有更大的產(chǎn)業(yè)化潛力。

研究團(tuán)隊(duì)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）技術(shù)在藍(lán)寶石基板上生長Micro LED芯片，并通過刻蝕和電極沉積等步驟實(shí)現(xiàn)像素分離。最終，他們制造出 96×96 像素的微型顯示屏，總尺寸僅3mm × 3mm，可用于小型顯示設(shè)備。

圖2. （a）-（c）為驅(qū)動電流在10-200μA的范圍之間時，紅色、綠色和藍(lán)色子像素的電致發(fā)光光譜。（d）為上述基于單色Micro-LED所制造顯示器在色度圖上體現(xiàn)出來的顏色再現(xiàn)能力。（e）為三種單色Micro-LED器件的電致發(fā)光圖像。（f）三種不同顏色子像素Micro-LED的電流-電壓特性

在測試中，RGB三色像素在不同電流下表現(xiàn)穩(wěn)定，但紅色像素的效率較低，僅為 0.2%，遠(yuǎn)低于綠光（2%）和藍(lán)逛逛（3%）。此外，顯示屏的色域覆蓋NTSC 標(biāo)準(zhǔn)的 69.9%，低于團(tuán)隊(duì)此前所實(shí)現(xiàn)的95.4%，這主要由于Micro LED紅光光波長偏短所致。但研究人員表示，這一問題可以通過優(yōu)化紅色發(fā)光層來改善。

該團(tuán)隊(duì)還成功用該微型顯示屏播放了一張4-bit灰度的全彩圖片，并通過脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)優(yōu)化色彩表現(xiàn)。盡管當(dāng)前仍存在紅色亮度偏低、芯片外圍區(qū)域部分不發(fā)光的問題，但這些技術(shù)難題正在逐步優(yōu)化。

圖3. 單片式Micro LED陣列的顯示圖像

未來，該技術(shù)有望應(yīng)用于AR眼鏡、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備及高分辨率電子取景器等領(lǐng)域，推動微型顯示屏邁向更高亮度、更廣色域的發(fā)展方向。（LEDinside Irving編譯）