Micro LED红光显示为什么是难题？
2023年底，清华大学与中国北京凝聚态物理国家实验室宣布，研究团队通过使用独立式氮化镓衬底 （freestanding gallium nitride substrates (fgs)），提升了红光氮化镓 (ingan)micro led器件的效率和阵列均匀性。研究人员声称，这是首个蚀刻定义台面尺寸小于5μm的ingan红光micro led。
近几年国内外团队在micro led红光显示方面倾注了很多心血，不过，发展至今，红光显示效率低的问题依然困扰着micro led。还有业者质疑，畅谈了十年的micro led显示时代，会不会因为红光显示效率不足而无法兑现？
为什么micro led红光显示效率低？ 实验结果表明，当led芯片尺寸下降到20μm以下时，micro led不仅发光效率迅速下降，而且在驱动显示面板所需的低电流范围（0.01a/cm²～1a/cm²）内，micro led非发光复合损耗显著增加。
这个问题在红光led方面会格外显著。相较而言，将典型的蓝光led从目前的常用尺寸缩小到5微米大小，其发光效率会从90%左右骤降到40%左右。虽然出现了很大的降幅，但从应用角度来看，这是能够接受的，micro led高密度也能够弥补这个衰减。
反观红光led，其发光效率会从60%下骤降到1%左右，这个降幅是不可接受的，因为再高的密度也无法弥补这样的性能衰减。
材料可能是导致红光led发光效率快速衰减的主要因素之一。目前，蓝光led和绿光led通常由氮化铟镓（ingan）材料制成，由于红光波长更长，因此同样采用氮化铟镓材料制成红光led时，就会在器件的发光区域产生强烈的偏振场，这种偏振场会对红光显示造成一定影响，且随着led芯片尺寸缩小，这种影响会愈发显著。
micro led红光显示效率提升的尝试 红光led显示效率和巨量转移等是量产micro led的主要瓶颈，产业界也在积极探索，就像开篇提到的，清华大学团队实验结果显示，在1μm的尺寸下，ingan红光micro led在50a/cm² 的电流密度下实现了0.86%的外量子效率（晶圆上）和613.6nm的波长。据悉，与传统蓝宝石基板上生长的micro led 相比，其铟的掺入量有所提高。
材料创新被认为是解决红光led发光效率低的主要途径。2020年，具备ingan基红光micro led芯片规模化量产能力的法国半导体材料商soitec发布了50微米的ingan基红光micro led器件，不过当时该公司并没有透露具体的发光效率数据。
2021年3月，首尔伟傲世宣布已联合美国圣芭芭拉ssleec团队成功开发尺寸小于1μm的蓝光micro led和绿光led，并且在尺寸小于70μm红光micro led的外量子效率（eqe）和良率问题上获得了突破。该团队的实验结果显示，相较于当时的主流方案，红光micro led芯片的外量子效率提升了150%，显著提升了micro led的亮度。
2021年10月，外媒报道称，kaust大学开发出可见光光谱范围内高效发光的micro led（μleds）芯片，成功实现了micro led的全彩化，并且在《光子学研究》期刊上发表了论文。根据介绍，kaust使用了一个半导体材料，通过化学混合能够发出rgn三原色的光，这样可以帮助micro led实现rgb全彩化显示。kaust大学在论文中表示缩小芯片会面临在生产过程中led结构的侧壁会被损坏，从而导致漏电，影响芯片发光。
2023年3月，总部位于英国的初创公司kubos半导体提出了一种采用立方gan的解决方案，该方案据称能够有效抑制偏振场对红光led发光效率的影响。kubos半导体创始人david wallis多年来一直在研究一种立方gan。由于立方gan具有更高的晶体对称性，这种gan变体能够不受强极化场的影响，有效抑制了强极化场对gan基红色led的发光效率的影响。基于这种方法，kubos制造了一款50微米直径的立方gan非封装micro led芯片，它可以发射红光。他们希望据此证明，使用立方gan方案制造更长波长micro led是可能的。
2023年10月，micro led微显示器制造商上海显耀显示科技jade bird display宣布，其自主研发的0.13英寸micro led红光芯片亮度突破100万尼特大关，再次刷新业界纪录。jbd在多项技术上的重大突破，包括在材料生长技术、非辐射复合抑制技术及光束发散角控制等方面。据悉，jbd红光的像素尺寸为4um，而发光的led尺寸＜2um，这也对发光效率提出了更为苛刻的要求。algainp外延技术的进步极大程度减弱了micro led表面非辐射复合的影响，延缓了红光micro led在＜5um尺寸下的光效急剧衰减的趋势。
结语 红光led显示效率低长期以来都困扰整个micro led产业，成为阻碍量产的难题之一。不过，通过产业界在材料和工艺方面的积极创新，全彩micro led已经逐步成为可能，相信随着相关工艺逐渐成熟，产业界十年磨一剑，micro led必将成为下一代主流的显示方案。
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这个问题在红光led方面会格外显著。相较而言，将典型的蓝光led从目前的常用尺寸缩小到5微米大小，其发光效率会从90%左右骤降到40%左右。虽然出现了很大的降幅，但从应用角度来看，这是能够接受的，micro led高密度也能够弥补这个衰减。
反观红光led，其发光效率会从60%下骤降到1%左右，这个降幅是不可接受的，因为再高的密度也无法弥补这样的性能衰减。
材料可能是导致红光led发光效率快速衰减的主要因素之一。目前，蓝光led和绿光led通常由氮化铟镓（ingan）材料制成，由于红光波长更长，因此同样采用氮化铟镓材料制成红光led时，就会在器件的发光区域产生强烈的偏振场，这种偏振场会对红光显示造成一定影响，且随着led芯片尺寸缩小，这种影响会愈发显著。
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2021年3月，首尔伟傲世宣布已联合美国圣芭芭拉ssleec团队成功开发尺寸小于1μm的蓝光micro led和绿光led，并且在尺寸小于70μm红光micro led的外量子效率（eqe）和良率问题上获得了突破。该团队的实验结果显示，相较于当时的主流方案，红光micro led芯片的外量子效率提升了150%，显著提升了micro led的亮度。
2021年10月，外媒报道称，kaust大学开发出可见光光谱范围内高效发光的micro led（μleds）芯片，成功实现了micro led的全彩化，并且在《光子学研究》期刊上发表了论文。根据介绍，kaust使用了一个半导体材料，通过化学混合能够发出rgn三原色的光，这样可以帮助micro led实现rgb全彩化显示。kaust大学在论文中表示缩小芯片会面临在生产过程中led结构的侧壁会被损坏，从而导致漏电，影响芯片发光。
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结语 红光led显示效率低长期以来都困扰整个micro led产业，成为阻碍量产的难题之一。不过，通过产业界在材料和工艺方面的积极创新，全彩micro led已经逐步成为可能，相信随着相关工艺逐渐成熟，产业界十年磨一剑，micro led必将成为下一代主流的显示方案。
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