90纳米!人类史上最小LED像素诞生,浙大团队突破极限,未来屏幕将薄如蝉翼?

科普公园 2025-03-21 17:33:04

想象一下,未来你的AR眼镜可以轻薄如普通镜片,却能投射出比IMAX更清晰的画面;手机屏幕在阳光下依然鲜艳如初,耗电量却只有现在的十分之一……这一切,可能因为一项来自中国的黑科技成为现实。3月20日,浙江大学团队在《自然》杂志宣布:他们成功研发出全球最小LED——仅90纳米,相当于头发丝直径的千分之一!这项技术不仅打破了物理极限,更可能彻底改写显示行业的未来版图。

目前主流显示技术基于III-V族半导体的Micro-LED,虽被誉为“终极显示方案”,却有个致命弱点:当像素尺寸缩小到10微米(约头发丝直径的1/6)时,发光效率会暴跌80%以上。这意味着,追求超高分辨率必须以牺牲亮度和能耗为代价,这也是AR/VR设备至今难以轻量化的重要原因。

钙钛矿材料近年来在太阳能电池领域大放异彩,而浙大团队敏锐发现其另一项潜能——作为LED光源时,其色彩纯度比传统材料高30%,色域覆盖可达人眼识别极限的150%。更关键的是,钙钛矿天生适合“微型化”,只需解决一个难题:如何在不破坏材料的前提下雕刻出纳米级结构。

传统光刻工艺会“误伤”钙钛矿层,导致像素边缘漏电、效率骤降。浙大团队另辟蹊径,设计出“绝缘层图案化窗口”技术:在电极与钙钛矿之间插入一层“保护罩”,仅允许电流通过特定区域。这项专利技术让LED尺寸从数百微米一路缩至90纳米,效率损失却不到50%,堪称“纳米雕刻术”的巅峰之作。

127000 PPI!如何做到“一平方厘米塞进一座城市”

性能碾压传统方案

尺寸极限:90纳米LED像素(传统Micro-LED最小约10微米)

分辨率:127000 PPI(手机屏幕约400 PPI,4K电视仅约60 PPI)

效率表现:绿色和近红外LED在3.5微米尺寸下,外量子效率仍保持20%(传统技术低于5%)

为什么是钙钛矿?

色彩:色域覆盖NTSC标准的140%,远超OLED的100%

能耗杀手:相同亮度下功耗仅为Micro-LED的1/3

成本:无需昂贵的蓝宝石衬底,量产成本有望降低70%

团队与杭州领挚科技联合开发的“有源矩阵micro-PeLED微显示器”已能流畅播放视频。现场测试显示,其像素密度足以在1平方厘米面积上显示《清明上河图》的每一处细节,且响应速度比OLED快10倍——这意味着,未来的VR设备可能彻底告别“纱窗效应”和眩晕感。

现有AR设备因像素密度不足,需搭配复杂光学模组增厚机身。而90纳米LED可直接集成于镜片,实现“隐形显示”。更震撼的是,127000 PPI意味着虚拟影像能与现实场景无缝融合,达到《头号玩家》中的“绿洲”级体验。

钙钛矿LED的柔韧性远超传统材料。未来,衣服、窗帘甚至皮肤贴片都可能成为屏幕。浙大团队透露,他们正研发可拉伸纳米LED阵列,目标是将智能手表的显示面积扩大至整个表带。

2018年,狄大卫教授在硅谷参访时发现,美国公司为突破Micro-LED瓶颈已投入数十亿美元却收效甚微。“为什么不换条赛道?”他敏锐意识到,钙钛矿的天然特性可能绕过传统材料的物理限制。回国后,他带领团队用3年时间完成从理论验证到原型机开发的全链条创新。

博士生连亚霄回忆,为攻克“局域接触工艺”,团队在3个月内尝试了217种绝缘层材料,最终发现一种改性二氧化硅薄膜能完美平衡导电性与保护性。这段经历被他们戏称为“在原子级别绣花”。

从论文发表到原型机落地仅用时6个月,这得益于与杭州领挚科技的深度合作。该公司工程师驻场实验室,将TFT背板驱动技术适配纳米LED,解决了信号延迟的核心难题。

尽管团队称LED寿命已突破10000小时,但业内人士指出,钙钛矿在高温高湿环境下仍可能分解。对此,赵保丹研究员回应:新一代封装技术可将稳定性提升至商用OLED水平,2026年有望量产。

据统计,全球近60%的钙钛矿显示专利来自中国,但美国能源部已启动“纳米光电计划”试图反超。浙大团队表示,他们已布局47项国际专利,“这次我们要做规则制定者”。

从CRT到OLED,显示技术的每一次革新都重塑了人类感知世界的方式。今天,90纳米的钙钛矿LED不仅代表中国在尖端材料领域的崛起,更预示着新一轮产业革命的风暴眼正在东移。或许用不了多久,我们就能用上“薄如纸、亮如昼、永不烧屏”的国产屏幕——而这,只是中国智造“追光之旅”的一个起点。

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