浙江大学、丰田合成公布最新Micro LED技术成果

对于Micro LED技术研究探索，国内外高校与企业仍在持续进行中，近日国内浙江大学与日本丰田合成相继在微米和纳米钙钛矿LED，单片全彩Micro LED微显示屏技术上取得新突破。

浙江大学研发出微米和纳米钙钛矿LED

3月21日消息，浙江大学宣布，该校研究团队成功研发出微米和纳米钙钛矿LED，并达到了传统LED难以触及的——90nm尺寸新极限，同时降尺度过程仅造成微弱的性能损耗。

相关研究成果以“Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs”为题发表在《自然》上（DOI:10.1038/s41586-025-08685-w）。

图片来源：浙江大学

“降尺度”在电子科学中特指缩小基本器件尺寸的过程，引领着计算机科学、信息显示和人机交互等领域的技术革命。Micro LED就是一种“降尺度”的LED，通过缩小LED的尺寸，可实现超高清、超高精度的光电显示。

浙江大学光电科学与工程学院/海宁国际联合学院狄大卫教授介绍称，“目前世界最先进的显示技术是基于III-V族半导体的Micro LED，被认为是显示器的'终极技术’。”

钙钛矿LED是一种可应用于显示、照明和通讯等领域的新型光源，在色彩纯度、色域宽度上有极大的优势。几年前，从三五族半导体Micro LED的微型化研究中得到启发，狄大卫团队开始研制用于未来显示技术的更小的钙钛矿LED。

初步尝试后，团队于2021年首次提出了“微型钙钛矿LED（micro-PeLED）”的概念，后续获得了国家与国际专利。

“对钙钛矿LED进行微型化并不能沿用Micro LED技术。而且，传统的光刻工艺会破坏钙钛矿材料。”狄大卫说，“制造微型钙钛矿LED最简单的方法是对顶部和底部的电极接触进行图案化，用电极重叠的区域定义发光像素区域，但是这种方法会使像素边界处的钙钛矿材料暴露在电极边缘，容易产生非辐射能量损耗，进而使LED效率降低。”

“我们设计了一套局域接触工艺，其能够在附加绝缘层中引入由光刻制作的图案化窗口，以确保像素区域远离电极边缘。”连亚霄介绍。

这一工艺有效保证了LED的发光效率，使团队能够制造像素尺寸从数百微米到90纳米的钙钛矿LED。赵保丹说：“对于绿色和近红外钙钛矿LED而言，当像素尺寸在数百微米到3.5微米范围时，外量子效率均保持在20%左右。”

有源矩阵micro-PeLED微显示器呈现的图像（图：浙大光电）

研究团队开发的micro和nano-PeLED相较于基于III-V族半导体的Micro LED具有优势，大约在180纳米的极小尺寸才开始显现降尺寸效应，此时的效率降低至最高值的50%。而传统Micro LED在尺寸低于10微米时效率就已经显著下降。

狄大卫说：“论文中所展示的nano-PeLED最小可达到90纳米，是迄今为止报道的最小LED像素。”基于此，团队创建的具有127000 PPI超高分辨率的LED像素阵列也摘得所有类型LED阵列最高分辨率的纪录。

据介绍，团队与杭州领挚科技携手制作了由TFT背板驱动的有源矩阵micro-PeLED微显示器原型，能够呈现复杂的图像和视频，目前正在积极推动技术应用。

丰田合成采用堆叠InGaN材料，开发全彩Micro LED微显示屏

近日，日本丰田合成公司（Toyoda Gosei）在单片全彩Micro LED显示屏领域取得重要进展。他们采用堆叠式氮化铟镓（InGaN）材料，实现了红、绿、蓝（RGB）三色发光，为未来高亮度、小型化的显示技术铺平了道路。

图1.（a）丰田合成所开发全彩色单片式Micro-LED的横截面结构示意图。（b）没有子像素间隔设计的子像素的电致发光（EL）图像。（c） 设计有子像素间隔的子像素的EL图像。（d）研究人员所开发单片式Micro-LED芯片的照片

据悉，当前市场上的微型显示屏多采用OLED技术，但其亮度较低，在户外或增强现实（AR）眼镜等应用中存在局限。而InGaN Micro LED不仅亮度更高，还能通过单片集成简化制造工艺。尽管该团队使用的材料再生长工艺增加了制造复杂度，但相比量子点或隧道结等方法，它更符合半导体制造流程，具有更大的产业化潜力。

研究团队利用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在蓝宝石基板上生长Micro LED芯片，并通过刻蚀和电极沉积等步骤实现像素分离。最终，他们制造出96×96像素的微型显示屏，总尺寸仅3mm×3mm，可用于小型显示设备。

图2. （a）-（c）为驱动电流在10-200μA的范围之间时，红色、绿色和蓝色子像素的电致发光光谱。（d）为上述基于单色Micro-LED所制造显示器在色度图上体现出来的颜色再现能力。（e）为三种单色Micro-LED器件的电致发光图像。（f）三种不同颜色子像素Micro-LED的电流-电压特性

在测试中，RGB三色像素在不同电流下表现稳定，但红色像素的效率较低，仅为0.2%，远低于绿光（2%）和蓝光（3%）。此外，显示屏的色域覆盖NTSC标准的69.9%，低于团队此前所实现的95.4%，这主要由于Micro LED红光光波长偏短所致。但研究人员表示，这一问题可以通过优化红色发光层来改善。

该团队还成功用该微型显示屏播放了一张4-bit灰度的全彩图片，并通过脉宽调制（PWM）技术优化色彩表现。尽管当前仍存在红色亮度偏低、芯片外围区域部分不发光的问题，但这些技术难题正在逐步优化。

图3. 单片式Micro LED阵列的显示图像

未来，该技术有望应用于AR眼镜、虚拟现实（VR）设备及高分辨率电子取景器等领域，推动微型显示屏迈向更高亮度、更广色域的发展方向。