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美方研发出单像素铟镓氮LED显示技术

阅读次数:37 添加时间:2017-8-23 10:22:22  作者:dgyadmin

材料深一度

    近日, 美国密歇根大学的研究人员利用局部应变技术成功研发出基于铟镓氮(InGaN)多层量子阱(MQWs)纳米柱结构的RGB LED芯片。其中三种颜色的发光结构均生长在单一像素之中。 该LED器件可以为微型显示以及增强现实(AR)技术提供潜在支持。

  随着增强现实(AR)技术的发展,对于显示技术的而言,亮度、对比度、分辨率、设备寿命等等指标都面临着新的挑战。而基于微型显示技术的设备具有可以单独调整色彩的特性,因此能够胜任这种日益增加的需求。

图片1  RGB LED 像素制备流程图(亚像素刻蚀、样本平面化、电气触点形成)

   LED的制备流程

   首先,研究人员利用金属有机化合物化学气相淀积技术(MOCVD)在2英寸蓝宝石衬底上生长多层InGaN/GaN量子阱结构。其中铟(In)的比例以及量子阱结构的厚度经过精心设计以用来产生红光,其波长大于600nm。并在量子阱结构之上生长一层20nm厚的铝镓氮(Al0.2Ga0.8N)电子隔离层以及一层p型掺杂氮化镓(GaN)触点层。

   如图1所示,在第一步中,纳米柱结构通过镍(Ni)掩膜板刻蚀实现,而颜色的变化通过局部应变技术实现。通过不同直径的纳米柱可以异质结构中产生不同的应变效果。对于150nm直径的纳米柱,其可以光致激发出绿光,而50nm的纳米柱可以产生蓝光。红光主要是从矩形量子阱结构中产生。

   颜色的混色机理

   首先,RGB三色平衡通过调整亚像素的面积实现。

   红光:160,000μm2

   绿光:2050μm2

   蓝光:370μm2

   而对于大面积的结构,其应变也会越明显。这种应变会导致整个光效的减小,其原因主要来自量子限制史塔克效应(QCSE),其中的电荷极化III族氮化物的化学键会产生一个额外的电场,这个电场会抑制电子与空穴的再结合。

   除此之外,偏置电压也对平衡RGB三色的输出功率有一定的作用。在一般的微型显示设备中,偏置电压能够稳定的调解发光区域的功率输出。

图2  (a)输出光谱与相对应的样品图片(b)每一个样品光谱的CIE 1931色彩坐标

   如图2所示,每一种RGB的颜色组合都具有一个波长峰值,比如490nm(蓝色)、518nm(绿色)、600nm(红色)。同时,在两种混合的样品中还可以组合出黄色和青蓝色。

   而在色域方面,如图2(b)所示,通过样品的CIE1931坐标统计,研究人员发现这种LED技术的色域表现还存在一定缺陷。

   结论

   尽管目前该LED技术在色域方面还未能满足广色域显示应用的需求,但是该器件在显示效果方面具有良好的线性特性,有效的控制了显示串扰问题。研究人员也表示,如果大幅提升外延生长技术以及优化小直径纳米柱器件的电学特性,也许这种技术可以达到OLED显示的水平。

   参考文献

   Chung,K., Sui, J., Demory, B., & Ku, P.-C. (2017). Color mixing frommonolithically integrated InGaN-based light-emitting diodes by local strainengineering. Applied Physics Letters, 111(4), 41101.

   http://doi.org/10.1063/1.4995561

 





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