近日，浙江大學光電科學與工程學院/海寧國際聯(lián)合學院狄大衛(wèi)教授和趙保丹研究員團隊通過新型半導體技術，研制出微米和納米鈣鈦礦LED，達到了傳統(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。相關研究成果近日發(fā)表于學術期刊《自然》。
據介紹，LED是以半導體發(fā)光材料為核心的一種二極管元件，在外加電場作用下，半導體會產生額外的正負電荷并產生光子，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。”狄大衛(wèi)說，由于不同半導體材料對應不同的發(fā)光波長，因此可以制作出各種顏色的LED。
LED商業(yè)化應用已經很普遍了。其中，傳統(tǒng)無機LED的應用場景主要包括室內外照明、車燈、交通指示燈、戶外廣告大屏等；有機LED(OLED)的主要應用場景包括手機、高清電視、電腦屏幕、智能手表等顯示設備。另外，最近還興起了由傳統(tǒng)無機LED發(fā)展而來的micro—LED，主要用于頭戴式虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)技術等。
趙保丹說，通過縮小LED的尺寸，可實現(xiàn)超高清、超高精度的光電顯示。但受限于復雜的工藝技術，微米LED的制造成本極高。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(fā)光效率限制了其大規(guī)模商業(yè)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，研究團隊首次在國際上展示了超穩(wěn)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(chuàng)紀錄的116萬尼特；今年，研究團隊在微型化方面又實現(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，展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。
據了解，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(yè)界進一步合作。
《 人民日報 》( 2025年04月16日 12 版)
