技术前沿 | 微型发光二极管提高沉浸式显示器的色彩和清晰度
2024-01-23
1120核心提示：技术前沿 | 微型发光二极管提高沉浸式显示器的色彩和清晰度
摘自：EEtimes
高分辨率和高清晰度对于在增强现实（AR）和其他沉浸式技术中提供逼真的视觉体验至关重要。这能够以高分辨率实现全彩色成像的廉价微型发光二极管（micro-LEDs）可以帮助沉浸式显示达到其全部潜力。
近期，由名古屋大学和沙特阿拉伯国王阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员开发的一种基于镓铟氮化物（GaInN）的微型发光二极管，可以改善元宇宙应用的清晰度、分辨率和色彩饱和度，推动其进一步发展。
使用GaInN半导体构建高性能发光二极管，以实现高分辨率、细节和色彩广度，这是实现高度逼真显示所必需的。将基于GaInN的LED构建为同一衬底上的单个单元可以获得最佳性能，这正是研究人员的目标。
研究人员利用基于GaInN的隧道结连接同一晶圆上的每个LED，制造了具有单片式堆叠的RGB微型发光二极管阵列。RGB微型发光二极管通过晶体生长堆叠在单片晶圆上。
他们用基于GaInN的隧道结堆叠蓝色和绿色LED结构，然后将红色LED堆叠在蓝色和绿色LED的顶部。在红色LED结构中的N型GaN层和有源层之间插入蓝色GaInN超晶格和GaInN单量子阱，有助于提高红色LED的发射效率。
名古屋大学教授Motoaki Iwaya表示：“我们按照基于量子力学的电子通过薄绝缘层传输到同一晶片上的量子力学原理，在同一晶圆上顺序堆叠了蓝色、绿色和红色微型发光二极管阵列，这些阵列通过隧道结连接。”
晶圆是利用金属有机物气相外延方法在氮化镓（GaN）衬底上制备的。微型发光二极管阵列采用金属增强的衬底附着结构进行构建，使用现有的制造方法制造微型发光二极管。
基于GaInN的微型发光二极管阵列实现了每英寸330个像素的像素密度。研究人员在室温（约26°C）和直流条件下测试了微型发光二极管阵列。每个微型发光二极管在50 A/cm-2的电流密度下发出了具有峰值波长分别为486 nm、514 nm和604 nm的蓝色、绿色和红色。
研究人员表示发射光谱的半高全宽足够窄，可以发出红、蓝和绿光，足以区分红、蓝和绿。
演示的器件结构和发光。岩谷元明/名条大学提供。
KAUST教授Kazuhiro Ohkawa:“有一些无关的发射波长，红色和蓝色发射远远少于绿色发射——这都是由于设备制造过程中的损坏造成的。优化晶体生长条件应该可以改善这些缺陷。”
该团队制造微型发光二极管阵列的方法最大程度地减少了以往基于GaInN技术的LED所遇到的典型限制。该研究的结果可能会带来基于GaInN的单片式全彩色微型发光二极管阵列，为元宇宙应用提供高清晰度、高分辨率、高饱和度和高度逼真的显示。
研究人员Daisuke Iida表示，为了实际应用，需要在廉价蓝宝石基底上制备这些器件。“我们实验室正在进行这方面的工作。我们相信我们的工作是实现需要超高亮度和清晰度的逼真沉浸式视觉体验的重要一步。”
这项研究发表在《应用物理快报》 (www.doi.org/10.35848/1882-0786/aced7c)
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