微型 LED 可增强沉浸式显示器的色彩和清晰度

高分辨率和高清晰度是在增强现实（AR）和其他沉浸式技术中提供逼真视觉体验的关键。能以高分辨率实现全彩成像的廉价微型 LED 可以帮助身临其境显示器充分发挥潜力。

明城大学和阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员开发的一种基于氮化镓铟（GaInN）的微型 LED 设计，可以通过提高色彩的清晰度、分辨率和饱和度，在将元宇宙应用提升到一个新水平方面发挥作用。

微型 LED 阵列技术的显示趋势和目标。Motoaki Iwaya/明城大学提供。

GaInN 半导体用于制造高性能 LED，可提供实现高度逼真显示所需的分辨率、细节和色彩广度。要获得最佳性能，就必须在同一基板上将基于氮化镓（GaInN）的 LED 制成一个整体，这正是研究人员的目标。

研究人员利用基于氮化镓的隧道结在同一晶片上连接每个 LED，制造出了单片堆叠式 RGB 微型 LED 阵列。RGB 微型 LED 通过晶体生长堆叠在单晶片上。

他们用氮化镓基隧道结堆叠了蓝光和绿光 LED 结构，然后在蓝光和绿光 LED 的顶部堆叠了红光 LED。蓝色 GaInN 超晶格和 GaInN 单量子阱插入红色 LED 结构中的 n 型 GaN 层和有源层之间，有助于提高红色 LED 的发射效率。

"明城大学教授岩谷元明（Motoaki Iwaya）说："我们在同一个晶片上依次堆叠了蓝色、绿色和红色微型 LED 阵列，这些阵列通过隧道结连接起来，隧道结基于电子通过薄绝缘层传输的量子力学原理。

这些晶片是采用金属有机气相外延法在氮化镓（GaN）基板上制作的。微型 LED 阵列是利用金属增强型基底粘附结构制造的。微型 LED 采用现有的制造方法制造。

基于氮化镓的微型 LED 阵列的像素密度达到了每英寸 330 个像素。研究人员在室温（约 26 °C）和直流电条件下对微型 LED 阵列进行了测试。在 50 A/cm-2 的电流密度下，每个微型 LED 发出的蓝色、绿色和红色的峰值波长分别为 486、514 和 604 nm。

研究人员说，发射光谱的半最大全宽很窄，足以发射红光、蓝光和绿光，而且足以区分红光、蓝光和绿光。

展示的设备结构和发光。Motoaki Iwaya/明城大学提供。

"KAUST的教授Kazuhiro Ohkawa说："有一些不相干的发射波长，红色和蓝色的发射大大少于绿色的发射--这两种情况都可归因于器件制造过程中的损坏。"优化晶体生长条件应能改善这些缺陷。

该团队制造微型 LED 阵列的方法最大限度地减少了以前基于氮化镓技术的 LED 所遇到的典型限制。这项研究的结果可能会导致基于氮化镓（GaInN）技术的单片全彩微型 LED 阵列的出现，从而为元宇宙应用提供高清晰度、高分辨率、高饱和度和高逼真度的显示效果。

研究人员饭田大辅（Daisuke Iida）说，在廉价的蓝宝石衬底上制备这种器件对于实际应用是非常必要的。"他说："我们实验室正在开展这方面的工作。"我们相信，我们的工作是朝着需要超高亮度和清晰度的逼真、身临其境的视觉体验迈出的重要一步"。

这项研究发表在《应用物理快报》（www.doi.org/10.35848/1882-0786/aced7c）上。