在一个越来越被高清屏幕所主导的世界里，从智能手表到体育场显示屏，显示技术正在迅速发展，人们也在不断寻找更为强大、可扩展且节能的显示平台。作为潜在候选技术之一，氮化铟镓（InGaN）纳米线微发光二极管（Micro-LED）成为焦点，这是一种下一代显示解决方案，有望超越液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED），甚至是现有的常规Micro-LED技术。
这项技术的工作原理很简单：通过精心设计氮化铟镓纳米线结构，研究人员能够制造出不仅超亮且寿命长，还能在整个红绿蓝光谱范围内调节颜色的发光二极管。与传统材料不同，氮化铟镓可实现高像素密度、快速响应时间、热稳定性以及小巧紧凑的特性，所有这些对于增强现实（AR）和虚拟现实（VR）、可穿戴技术以及高性能视频墙等前沿应用来说都至关重要。
图1. 常见显示技术不同性能参数对比
最近，来自韩国全北国立大学和印度维塔技术学院（VIT University）的研究人员研究了将Micro-LED扩大规模，进而投入商业应用时所面临的结构和光电方面的挑战。他们详细阐述了通过诸如金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等先进外延技术生长的InGaN纳米线，是如何实现垂直结构以提高光取出效率和量子效率的。这项研究强调了纳米线的直径是如何影响铟含量，进而影响发光波长的，这使得未来以极高精度定制红绿蓝像素发光成为可能。
表1. 不同显示技术的性能对比(数据来源：SNR)
性能\显示器类型
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LCD
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OLED
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QD-LED
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Micro-LED
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工作机制
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需要背光
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自发光
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需要背光/自发光
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自发光
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能耗效率
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中等
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中等
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低
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低
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像素密度
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≤1000 PPI
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≤2500 PPI
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≤30000 PPI
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≤30000 PPI
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亮度
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＜2000 cd/m2
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＜1000 cd/m2
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＞106 cd/m2
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＞106 cd/m2
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对比度
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5000:1
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＞10 000:1
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＞1 000 000:1
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＞1 000 000:1
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寿命
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30 000~60 000h
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＜10 000h
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1000~10 000h
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＞100 000h
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环境稳定性
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高
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中等
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高
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高
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湿气敏感性
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不敏感
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敏感
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敏感
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不敏感
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柔性设计潜力
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低
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高
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中等
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中等
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像素大小
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Min. 32um
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Min. 18um
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Min. 亚微米
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Min. 亚微米
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紧凑设计
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低
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中等
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高
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高
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毒性
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低
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低
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高
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低
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工作温度
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-20~80℃
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-50~70℃
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-100~120℃
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-100~120℃
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响应时间
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低(ms)
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中等(us)
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非常高(ns)
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非常高(ns)
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环境可读性
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中等
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中等
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高
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高
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成本
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低
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低
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高
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高
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另外，这项研究还深入探讨了诸如选择性区域外延和光子晶体能带工程等集成技术。这些技术能够实现更高的亮度、更窄的发射光谱分布以及更好的光指向性，同时突破早期显示技术所经常面临的热量和尺寸方面的限制。
此外，研究人员还采通过单片集成技术的采用，即将Micro-LED及其驱动电路在单个晶圆上一同生长，这能够解决长期存在的功耗、尺寸限制以及像素对齐误差等问题。研究人员制作的样品，展示出高达25.2%的超高外量子效率，更重要的是它在很宽的温度范围内都能够保证均匀波长发光 —— 这是显示技术领域的一大进步。
图2. (a)图示展示了n型极化的n-GaN–InGaN/AlGaN–p-GaN纳米线结构，图中突出显示了其p-i-n发光层；(b)使用扫描透射电子显微镜 - 高角度环形暗场成像（STEM-HAADF）技术得到的同一根纳米线的高分辨率图像，其中元素映射显示了铟和铝的位置，外还有一张原子尺度的图像，其中绿色代表镓原子，红色代表氮原子
总的来说，这项研究不仅概述了InGaN 纳米线Micro-LED技术方面的优势，还强调它基于纳米线集成的方法在商业上的可行性。特别要提到的是，它能够在单个芯片上设计出具有高效率和低功耗的红绿蓝全彩色像素阵列，解决了OLED和传统Micro-LED所面临的许多核心难题。虽然目前还存在的一些障碍，比如如何进一步优化红光发射以及处理由晶格失配导致的缺陷等问题，但作者们仍保持乐观态度，因为诸如光子晶体工程和可控掺杂策略等创新技术已展现出强大的潜力来克服这些障碍。
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