重大突破：1700 PPI超高清Micro-LED问世，AR/VR显示或迎来新纪元|led|micro|像素|显示屏|电池容量|重大突破|量子

近期，韩国科学技术院（KAIST）电气工程系的Kim Sang-hyun（金尚贤）教授团队开发出一种既具备超高分辨率又可大幅降低功耗的红色Micro-LED显示技术。

不同于传统工艺需要将数百万个微小的LED逐个进行机械转移和对准，团队采用单片3D集成技术，直接将LED外延层整体“堆叠”在硅基驱动电路上，实现了高达 1700PPI（像素每英寸）的红色有源矩阵显示屏。这项新技术消除了以往机械对准的误差，大幅降低了制造缺陷率，使得未来生产超高分辨率的显示屏成为可能。

该项目是与仁荷大学Keum Dae-myung（琴大明）教授、化合物半导体制造商QSI以及微显示和半导体SoC设计公司Raontech合作完成的。相关研究成果已于20日在国际学术期刊《自然·电子学》（Nature Electronics）上发表。

这个研究成果具体厉害在哪儿呢？这要从micro-LED技术的局限说起。

Micro-LED 被誉为下一代显示技术，其特点是单个发光体比一根头发丝还小，并且能够实现自发光。但是，在Micro-LED显示所需的红、绿、蓝三原色中，红色一直是实现难度最大的组件。

在红色 micro-LED 领域，这些通常由 AlGaInP/GaInP 材料制成的组件，一直受困于低量子效率。而且随着像素尺寸的缩小，其性能会进一步恶化。对于需要高像素密度的应用（如下一代显示屏），这些限制成为了实现理想性能水平的重大障碍。鉴于这些挑战，对创新方法的需求变得显而易见。

另一个障碍则是转移工艺的局限性。传统方法需要在驱动电路和发光二极管（LED）像素之间进行精密的机械对准，这一要求对成本和制造效率都构成了限制。很难实现超高分辨率，并且会导致很高的缺陷率。

Kim Sang-hyun教授的这项研究通过使用基于新型外延 AlInP/GaInP 双量子阱结构的 micro-LED 实现了高达 1700PPI（像素每英寸）的红色有源矩阵显示屏，是目前顶级智能手机屏幕的3-4倍，能够提供“近现实”的视觉体验。

这种结构相当于在发光层中建立了一个“能量壁垒”，将电子牢牢限制在发光区域内，防止其逃逸，从而在极小的像素尺寸下依然保持高发光效率。

有趣的是，这些 micro-LED 与硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路耦合。micro-LED 与驱动电路之间的协同作用增强了显示屏的性能和多功能性，为视觉技术开辟了前所未有的可能性。

基于单片3D堆叠硅基CMOS的微显示屏的横截面扫描电子显微镜图像（左）与工作状态图像（右），图源：KAIST

这些 micro-LED 性能的核心在于其内部量子效率，该效率在较低电流密度（特别是低于 10 A cm⁻²）下非常高。这种效率归功于一种利用空穴主导量子阱的设计。通过有效减少非辐射复合过程（特别是由电子横向扩散引起的 Shockley-Read-Hall 复合），即使在像素尺寸缩小的情况下，也能维持整体效率。

此外，新设计巧妙地在量子阱中引入了厚度波动散射。这种创新方法有助于最小化在缩小红色 micro-LED 尺寸时通常发生的、随尺寸变化的量子效率偏移。其结果是在一系列像素尺寸下实现了更稳健的性能，有效地允许制造商在保持有效亮度和输出质量的同时，突破像素密度的界限。