导读

在显示技术领域，随着各类电子设备对高性能显示的需求日益增长，现有主流的液晶显示器（LCD）和有机发光二极管（OLED）显示器逐渐暴露出亮度、寿命、功耗等方面的局限。近日，来自美国得克萨斯农工大学等多国研究人员组成的团队系统综述了micro-LED技术的发展现状，深入探讨了其在透明显示、可变形显示及近眼显示等新兴领域的应用潜力。研究不仅梳理了micro-LED 技术的发展脉络和当前进展，还展望了其在多种领域的应用前景，为该领域的后续研究和产业化提供了重要参考。该研究成果发表于国际顶级学术期刊《Light: Science & Applications》，题为“Future Trends of Display Technology: Micro-LEDs Toward Transparent, Free-Form, and Near-Eye Displays”。

研究背景

当前主流的LCD受限于背光架构导致对比度不足， OLED则面临寿命短、亮度有限及蓝光器件稳定性差等问题，量子点发光二极管（QLED）和钙钛矿发光二极管（PeLED）也存在效率与稳定性难以兼顾的瓶颈。在此背景下，微发光二极管（micro-LED）作为无机自发光技术，凭借超高亮度、纳秒级响应速度、超长寿命及优异的环境稳定性，成为下一代显示技术的核心候选，尤其在透明、可变形及近眼显示等新兴应用中展现出独特优势。

然而，micro-LED技术的产业化仍面临诸多未解决的关键问题。一方面，尺寸依赖的效率损失显著，当芯片尺寸小于20μm时，侧壁表面缺陷导致的非辐射复合急剧增加，虽尝试开发氮化铟镓红光器件，但高铟组分导致的晶体质量下降问题尚未妥善解决。另一方面，巨量转移技术成熟度不足，现有微转移印刷、激光诱导转移等方法在转移精度、速度及良率上难以满足大规模生产需求，且缺陷像素的检测与修复成本高昂，制约了micro-LED显示器的成本控制与市场普及。

创新研究

研究人员创新性地开发了基于氮化铟镓材料体系的红光micro-LED（如图1c相关结构示意）。通过优化高铟组分多量子阱的外延生长条件，在蓝宝石衬底上实现了红光发射，有效抑制了传统磷化铝镓铟红光micro-LED因尺寸缩小导致的侧壁非辐射复合问题。实验表明，15μm尺寸的氮化铟镓红光micro-LED外量子效率可达30%，显著优于同尺寸磷化铝镓铟器件，为全彩micro-LED显示的尺寸一致性提供了关键解决方案。

图1：微型发光二极管中与尺寸相关的效率损失。

在巨量转移技术方面，研究人员提出了基于二维材料的层转移工艺（如图2）。通过在LED外延层与衬底间引入范德华力界面，实现了超薄（1-2μm）RGB LED层的无损剥离与垂直堆叠，结合晶圆键合技术构建了像素间距5μm的全彩结构。该方法转移精度达亚微米级，避免了传统转移技术的机械损伤问题，为超高分辨率micro-LED微显示器提供了可行路径。

图2：巨量转移与单片集成技术。

研究人员还创新性地将micro-LED与透明柔性背板集成（如图3）。采用岛桥结构设计的Ag纳米线透明电极，结合弹性聚合物封装层，实现了可拉伸的micro-LED阵列。通过优化像素布局，在保持10? nits亮度的同时，使显示器整体透光率提升至70%，突破了传统刚性显示在透明化与变形性上的固有局限，拓展了可穿戴与车载显示等应用场景。

图3：新兴的显示应用。

总结与展望

micro-LED作为下一代显示技术的核心方向，具备高亮度、低功耗、长寿命及快速响应等优势，在解决尺寸依赖效率损失、巨量转移技术、背板互连及缺陷修复等方面取得显著进展。其在透明显示、可变形显示及VR/AR近眼显示等新兴领域的应用潜力已得到验证。

未来需突破氮化铟镓红光器件晶体质量、巨量转移良率与速度、高分辨率全彩集成等瓶颈。预计单片集成与晶圆键合技术将推动超高像素密度微显示器发展，而新型光学架构可提升AR系统光耦合效率，助力 micro-LED在消费电子、穿戴设备等领域实现产业化突破。（来源：LightScienceApplications微信公众号）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-025-02027-1