光源重要突破，美國UCSB稱細如發(fā)絲的Micro LED有望取代激光器

  ICC訊   在數據中心高速運轉的服務器機架中，或在下一代超薄顯示屏背后，光源的選擇正迎來一場潛在革命。美國加州大學圣巴巴拉分校（UCSB）的最新研究表明，直徑僅比人類頭發(fā)絲還細（約100微米）的MicroLED，未來或可取代傳統(tǒng)激光器，承擔從服務器數據傳輸到顯示器供電等多種任務。

  一、細如發(fā)絲，卻能挑起重擔

  UCSB博士生羅克·趙（Roark Chao）在《光學快報》（Optics Express）發(fā)表的新論文Enhanced emission efficiency and directionality in InGaN/GaN microLEDs laterally enclosed by distributed Bragg reflectors，描繪了一條讓MicroLED走向實用化的可行路徑。

  “我們說的是只有毛囊大小的設備，”趙解釋道，“如果能精確控制光線的發(fā)射方式，這些MicroLED就能開始取代激光器，用于短距離數據通信?！?

  這項研究依托UCSB在氮化鎵材料與光電子學領域的深厚積累。趙的導師團隊包括史蒂文·P·登巴爾斯（Steven P. DenBaars）、喬恩·A·舒勒（Jon A. Schuller），以及諾貝爾物理學獎得主中村修二——他在藍光LED上的開創(chuàng)性貢獻，曾徹底改變全球照明與顯示產業(yè)格局。也就是說，文章的署名作者中，有一位大名鼎鼎的諾貝爾獎得主——中村修二，正是他發(fā)明了高效的藍色LED，才讓LED照明和顯示技術徹底改變了世界。

  二、新型MicroLED設計：效率與方向的雙重提升

  傳統(tǒng)的LED，發(fā)光是散射的，四面八方亂竄。這就好比一盞沒有燈罩的白熾燈泡，能照亮一片區(qū)域，但想把光集中起來，精準地送到某個地方，就很難。而激光不同，光束高度集中，方向性極強，像一根筆直的光線。在數據中心里，服務器之間要用光信號高速傳遞海量信息，這種“指哪打哪”的特性就非常重要。所以，長期以來，短距離光通信一直是激光器的地盤。

  但UCSB團隊給MicroLED加了個新設計。他們在發(fā)光區(qū)域的側面，圍了一圈“分布式布拉格反射鏡”。你可以把它想象成一面極其精密的“光墻”，能把那些企圖四處逃逸的光子給擋回去，讓它們只能從預設的方向“乖乖”發(fā)射出去。

  這種全新MicroLED結構，通過分布式布拉格反射器對發(fā)光區(qū)域進行側向包圍，實現了光輸出的顯著優(yōu)化，提升效果非常明顯：

  ● 空氣側發(fā)射光輸出提升約20%；

  ● 襯底側發(fā)射光輸出提升超過130%；

  ● 光束發(fā)散角降低約30%。

  如果只是讓光束變得更集中，還不足以稱之為顛覆性突破。這項研究真正的亮點，在于它將LED與生俱來的“看家本領”——高效發(fā)光——發(fā)揮到了極致。實驗數據顯示，這批微型LED的電光轉換效率提升了約35%，而從插座取電到最終轉化為可用光的整體效率（“插頭效率”）更是大幅躍升約46%。

  這意味著，在相同的耗電量下，這種新型MicroLED能將更多來自電源的電能轉化為有效光能，同時產生更少的廢熱，在節(jié)能與熱管理方面優(yōu)勢顯著。

  UCSB在公告中指出：“寬度在100微米或以下的MicroLED，正成為短距離光鏈路中激光器的有力替代者，尤其適用于數據中心內部——這里長期面臨發(fā)熱、可靠性與能耗的挑戰(zhàn)。”

  三、為什么可能是激光器的“接班人”

  趙分析道：“激光器最大的問題在于，它們在相對較低的溫度下就會出現熱問題。而MicroLED可以在更高的溫度下穩(wěn)定運行，無需復雜冷卻系統(tǒng)。這意味著更少的設備更換、更低的運維成本，以及數據中心部署的更高靈活性?！?/strong>

  隨著云計算與人工智能的爆發(fā)式增長，數據中心需要以更快速度、更低能耗傳輸海量信息。光源哪怕只有微小的性能提升，也可能帶來顯著的經濟回報。

  “MicroLED最令人興奮的地方在于，它們在一個封裝中提供了多種解決方案，”趙說，“可以改善數據通信，實現更亮更薄的顯示屏，甚至可用于增強現實或虛擬現實等新興應用——而這些全都基于相同的底層技術?！?

  從服務器機架到消費電子屏幕，再到沉浸式AR/VR設備，MicroLED的潛力不僅限于某一領域。它的小型化、高效率與高溫穩(wěn)定性，可能讓它成為下一代光電系統(tǒng)的核心光源之一。

  四、中國產業(yè)化領跑，基礎研究追趕

  在全球MicroLED賽道上，中國正處于產業(yè)化應用的第一梯隊，尤其在產業(yè)鏈整合與成本控制方面優(yōu)勢顯著：

  ● 上游芯片：三安光電、華燦光電等企業(yè)在MicroLED外延片與芯片研發(fā)上持續(xù)投入，尤其是華燦光電是全球第一個量產6英寸MicroLED芯片的企業(yè)；

  ● 中游制造：巨量轉移、微組裝等關鍵環(huán)節(jié)，中國企業(yè)在良率與產能爬坡上進展迅速；

  ● 下游應用：京東方、華星光電等面板巨頭積極布局MicroLED顯示，力爭在新一代顯示技術中搶占制高點；

  ● 科研力量：北京大學、南京大學、清華大學、上海交通大學等在氮化鎵材料、MicroLED器件物理等基礎研究中產出多篇高水平論文。

  不過，UCSB此次在光場精確操控的底層創(chuàng)新上仍具領先優(yōu)勢。中國在原創(chuàng)性理論與深度機理研究方面，需持續(xù)加強，以形成“基礎突破+產業(yè)轉化”的雙輪驅動。

  五、結語

  激光器長期主導短距離光通信與高端光源市場，但MicroLED的出現，正在為這一格局注入變數。加州大學圣巴巴拉分校的研究不僅驗證了技術可行性，也為產業(yè)化指明了方向。未來幾年，隨著設計與制造工藝進一步成熟，這種細如發(fā)絲的光源，或將悄然走進我們的生活與數據中心，承擔起比照明更重大的使命。