近日，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院/海寧國際聯(lián)合學(xué)院狄大衛(wèi)教授和趙保丹研究員團(tuán)隊(duì)通過新型半導(dǎo)體技術(shù)，研制出微米和納米鈣鈦礦LED，達(dá)到了傳統(tǒng)LED難以觸及的90納米像素尺寸新極限。這是目前已知的最小像素尺寸的LED。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《自然》。

據(jù)介紹，LED是以半導(dǎo)體發(fā)光材料為核心的一種二極管元件，在外加電場作用下，半導(dǎo)體會產(chǎn)生額外的正負(fù)電荷并產(chǎn)生光子，這就是“電致發(fā)光”。“通俗地說，電致發(fā)光是一種以半導(dǎo)體為媒介，直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的過程，這也是LED的核心工作機(jī)制。”狄大衛(wèi)說，由于不同半導(dǎo)體材料對應(yīng)不同的發(fā)光波長，因此可以制作出各種顏色的LED。

LED商業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)很普遍了。其中，傳統(tǒng)無機(jī)LED的應(yīng)用場景主要包括室內(nèi)外照明、車燈、交通指示燈、戶外廣告大屏等；有機(jī)LED(OLED)的主要應(yīng)用場景包括手機(jī)、高清電視、電腦屏幕、智能手表等顯示設(shè)備。另外，最近還興起了由傳統(tǒng)無機(jī)LED發(fā)展而來的micro—LED，主要用于頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)等。

趙保丹說，通過縮小LED的尺寸，可實(shí)現(xiàn)超高清、超高精度的光電顯示。但受限于復(fù)雜的工藝技術(shù)，微米LED的制造成本極高。更為重要的是，當(dāng)像素尺寸減小到約10微米或更小時，微米LED的效率會急劇下降，而這正是超高分辨率的高端AR/VR應(yīng)用所需要的像素尺寸。正因?yàn)槿绱耍嘿F的價格與較低的發(fā)光效率限制了其大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的可能。

浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)在2021年首次提出了“微型鈣鈦礦LED”的概念之后，通過一系列材料和工藝的創(chuàng)新，有效保證了LED的發(fā)光效率，從而能夠制造像素尺寸從數(shù)百微米到90納米的鈣鈦礦LED。2022年，研究團(tuán)隊(duì)首次在國際上展示了超穩(wěn)定的鈣鈦礦LED；2024年，研究團(tuán)隊(duì)又將鈣鈦礦LED的亮度提高到創(chuàng)紀(jì)錄的116萬尼特；今年，研究團(tuán)隊(duì)在微型化方面又實(shí)現(xiàn)了新突破。

研究人員表示，傳統(tǒng)微米LED在尺寸低于10微米時效率就已經(jīng)顯著下降，而微米和納米鈣鈦礦LED，大約在180納米的極小尺寸才開始顯現(xiàn)降尺寸效應(yīng)，展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。據(jù)了解，這一成果要在實(shí)用顯示器件上進(jìn)行應(yīng)用，還要由可編程電路來驅(qū)動LED陣列傳達(dá)信息，需要與產(chǎn)業(yè)界進(jìn)一步合作。

《 人民日報 》( 2025年04月16日 12 版)