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研究人员正在为 VR 和 AR 头显开发一种新的 MicroLED 制造工艺。
密歇根大学宣布在 MicroLED 研究方面取得突破。它首次成功地在硅上生产出尺寸小于 1 微米的高性能和高稳定性绿色 Micro-LED。预计这主要有利于超高分辨率彩色显示器。制造中的困难也可能很快被新工艺解决。
MicroLED：混合现实显示器的未来？
发光二极管，简称 LED，自 70 年代问世以来已经取得了长足的进步。发光二极管最初仅用作信号灯，因为它们几乎无法显示颜色，但在大约 20 年的时间里，发光二极管已越来越多地在与照明有关的一切事物中站稳脚跟。取得突破的原因是在 2000 年代中期引入了高效的蓝色和白色 LED 以及它们可以实现的广泛色谱。
如今，LED 在大街小巷都随处可见，而且更先进的 MicroLED 形式被认为是 MR 头显的未来。在那里，它们应该提供比 LCD 或 OLED 显示器更好的体验，具有更高的像素密度、更快的响应时间、更丰富的对比度和更强烈的亮度。
迄今为止，高昂的生产成本阻碍了突破
因此，科技行业在 MicroLED 上投入了大量资金，苹果、Meta 或谷歌等巨头正在吞并 MicroLED 初创企业或获得其产品的独家许可权。然而，MicroLED 仍然有一个缺点：超级显示器难以为混合现实设备制造。
MicroLED 上的单个像素达到小于一微米的尺寸，这需要复杂的生产过程。据专家称，生产的所有显示器中有超过 50% 存在缺陷，这会导致额外成本。
因此，对于混合现实应用，MicroLED 必须体积小巧但高度稳定和高效。要用于 VR 一体机，低功耗也很重要。为实现这一目标，MicroLED 是在硅晶圆上制造的。
用于 MR 设备的 MicroLED：制造困难和“绿色差距”
与传统的蓝宝石晶圆相比，硅实现了更好的可扩展性和集成到小型设备中。但是，这里也有一个问题：使用硅会导致晶格参数不匹配，因为晶体结构不同。
据密歇根大学Zetian Mi教授介绍，目前已经可以制造出非常高效的大面积蓝光LED和大面积红光LED，但要制造出非常高效的大面积绿光LED却极其困难。他说，这就是所谓的“绿色差距”。然而，他说，无论如何，将设备缩小到大约 1μm 都是一项重大挑战。
硅晶圆上的第一个高性能和高稳定性绿色 MicroLED
为了克服这些挑战，Mi 和他的研究团队开发了由亚微米 III 族氮化物制成的绿色 MicroLED。这使用纳米线阵列，每个纳米线的直径只有 100 到 200 纳米，并且间隔几纳米。
“我们使用纳米线结构来过滤掉由氮化物材料和硅衬底之间的晶格失配引起的螺纹位错，”该论文的第一作者吴元鹏说。结果是第一个高性能和高度稳定的硅基绿色 MicroLED。
研究人员提高了更高效制造 MicroLED 的前景
“红、绿、蓝三种颜色的稳定发光对于实现高质量显示非常重要，”米说。“对于未来的制造和集成过程，直接在硅晶圆上生长这些小型、稳定的 LED 尤为重要。”
早在今年 5 月，研究人员就成功开发出了表面积比之前型号小近三倍的红色 MicroLED。
因此，所缺少的只是蓝色，以实现自 2000 年代中期以来 LED 发展可能最重要的进步。
“我们为绿色开发的方法很容易适用于蓝色，”米说。“下一步是直接集成在硅晶圆上，无需转移，这将是制造业的巨大进步。”
