浙江大學研製出90納米像素尺寸LED

近日，浙江大學光電科學與工程學院/海寧國際聯合學院狄大衞教授和趙保丹研究員團隊通過新型半導體技術，研製出微米和納米鈣鈦礦LED，達到了傳統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。相關研究成果近日發表於學術期刊《自然》。

據介紹，LED是以半導體發光材料為核心的一種二極管元件，在外加電場作用下，半導體會產生額外的正負電荷併產生光子，這就是“電致發光”。“通俗地説，電致發光是一種以半導體為媒介，直接將電能轉化為光能的過程，這也是LED的核心工作機制。”狄大衞説，由於不同半導體材料對應不同的發光波長，因此可以製作出各種顏色的LED。

LED商業化應用已經很普遍了。其中，傳統無機LED的應用場景主要包括室內外照明、車燈、交通指示燈、户外廣告大屏等；有機LED（OLED）的主要應用場景包括手機、高清電視、電腦屏幕、智能手錶等顯示設備。另外，最近還興起了由傳統無機LED發展而來的micro—LED，主要用於頭戴式虛擬現實（VR）、增強現實（AR）技術等。

趙保丹説，通過縮小LED的尺寸，可實現超高清、超高精度的光電顯示。但受限於複雜的工藝技術，微米LED的製造成本極高。更為重要的是，當像素尺寸減小到約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應用所需要的像素尺寸。正因為如此，昂貴的價格與較低的發光效率限制了其大規模商業應用的可能。

浙江大學團隊在2021年首次提出了“微型鈣鈦礦LED”的概念之後，通過一系列材料和工藝的創新，有效保證了LED的發光效率，從而能夠製造像素尺寸從數百微米到90納米的鈣鈦礦LED。2022年，研究團隊首次在國際上展示了超穩定的鈣鈦礦LED；2024年，研究團隊又將鈣鈦礦LED的亮度提高到創紀錄的116萬尼特；今年，研究團隊在微型化方面又實現了新突破。

研究人員表示，傳統微米LED在尺寸低於10微米時效率就已經顯著下降，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降尺寸效應，展現出顯著的優勢。

據瞭解，這一成果要在實用顯示器件上進行應用，還要由可編程電路來驅動LED陣列傳達信息，需要與產業界進一步合作。