6 февраля 2023 г.
Подобно транзисторам, светодиоды достигают предела своих размеров, но при этом эффективно работают. Это особенно заметно на дисплеях ближнего действия, таких как устройства дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR), где ограниченная плотность пикселей приводит к «эффекту экранной двери», когда пользователи воспринимают полосы в пространстве между пикселями.
Теперь команда под руководством Массачусетского технологического института (MIT) разработала новый способ создания более четких и бездефектных дисплеев («Вертикальные полноцветные микросветодиоды с помощью двухмерного переноса слоев на основе материалов», Nature, том 614, стр. 81– 87 (2023)). Вместо того, чтобы заменять красные, зеленые и синие светодиоды рядом в горизонтальном лоскутном одеяле, команда разработала способ наложения диодов друг на друга для создания вертикальных разноцветных пикселей.
Каждый сложенный пиксель может генерировать полный коммерческий диапазон цветов и имеет ширину около 4 мкм. Микросветодиоды могут быть упакованы с плотностью 5000 пикселей на дюйм. «Это самый маленький микросветодиодный пиксель и самая высокая плотность пикселей, о которых сообщалось в журналах», — говорит Джихван Ким, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. «Мы показываем, что вертикальная пикселизация — это путь к дисплеям с более высоким разрешением при меньшей занимаемой площади», — добавляет он.
«Для виртуальной реальности прямо сейчас есть предел тому, насколько реальными они могут выглядеть», — добавляет Джихо Шин, постдоктор в исследовательской группе Кима. «С нашими вертикальными микросветодиодами вы могли бы получить полностью захватывающий опыт и не смогли бы отличить виртуальный мир от реальности».
В число соавторов Кима и Шина входят сотрудники лаборатории Кима, исследователи из Массачусетского технологического института, а также сотрудники из Технологического института Джорджии в Европе, Университета Седжон и нескольких университетов США, Франции и Кореи.
Размещение пикселей
Большинство существующих цифровых дисплеев освещаются органическими светоизлучающими диодами (OLED), но со временем они могут изнашиваться, что приводит к необратимому выгоранию экранов. Технология также приближается к пределу размеров диодов, которые могут быть уменьшены, что ограничивает их резкость и разрешение.
Что касается технологии отображения следующего поколения, исследователи изучают неорганические микросветодиоды, которые могут работать лучше, потреблять меньше энергии и служить дольше, чем OLED.
Но изготовление микро-светодиодов требует предельной точности, так как микроскопические пиксели красного, зеленого и синего цветов необходимо сначала выращивать отдельно на пластинах, а затем точно размещать на пластине, точно совмещая друг с другом, чтобы должным образом отражать и воспроизводить различные цвета и цвета. оттенки. Достижение такой микроскопической точности является сложной задачей, и все устройства должны быть утилизированы, если обнаружится, что пиксели находятся не на своем месте.
«Скорее всего, это изготовление по принципу «выбери и помести» приведет к смещению пикселей в очень мелком масштабе», — говорит Ким. «Если у вас есть смещение, вы должны выбросить этот материал, иначе он может испортить дисплей».
Стек цветов
Команда Массачусетского технологического института разработала потенциально менее расточительный способ изготовления микросветодиодов, который не требует точного попиксельного выравнивания. Этот метод представляет собой вертикальный светодиодный подход, в отличие от обычного горизонтального расположения пикселей.
Группа Кима специализируется на разработке методов изготовления чистых, ультратонких, высокопроизводительных мембран с целью разработки более компактной, тонкой, более гибкой и функциональной электроники. Ранее команда разработала метод выращивания и отделения идеального двумерного монокристаллического материала от кремниевых пластин и других поверхностей — так называемый двумерный перенос слоя на основе материала (2DLT).
В текущем исследовании исследователи использовали тот же подход 2DLT для выращивания мембран красных, зеленых и синих светодиодов почти субмикронной толщины на двумерных подложках, покрытых материалом, с помощью дистанционной или ван-дер-ваальсовой эпитаксии. Затем механическое высвобождение позволило отделить каждую светодиодную мембрану от их базовых пластин, прежде чем они были сложены вместе, чтобы сформировать слои красной, зеленой и синей мембран. Изготовление сверху вниз затем сформировало их в вертикальные пиксели шириной всего 4 мкм каждый.
«В обычных дисплеях каждый пиксель R, G и B расположен сбоку, что ограничивает размер каждого пикселя», — отмечает Шин. «Поскольку мы располагаем все три пикселя вертикально, теоретически мы можем уменьшить площадь пикселя на треть».
В качестве демонстрации команда изготовила вертикальный светодиодный пиксель и показала, что, изменяя напряжение, подаваемое на красную, зеленую и синюю мембраны каждого пикселя, они могут создавать различные цвета в одном пикселе. «Если у вас более высокий ток для красного и слабый для синего, пиксель будет казаться розовым и так далее», — говорит Шин. «Мы можем создавать все смешанные цвета, и наш дисплей может покрывать доступное коммерческое цветовое пространство».
Команда планирует улучшить работу вертикальных пикселей. На данный момент они показали, что могут стимулировать индивидуальную структуру для воспроизведения полного спектра цветов. Они будут работать над созданием множества вертикальных микросветодиодных пикселей.
«Вам нужна система для управления 25 миллионами светодиодов по отдельности, — говорит Шин. «Здесь мы лишь частично продемонстрировали это. Операция с активной матрицей — это то, что нам нужно доработать».
«На данный момент мы показали сообществу, что можем выращивать, очищать и складывать сверхтонкие светодиоды», — говорит Ким. «Это идеальное решение для небольших дисплеев, таких как смарт-часы и устройства виртуальной реальности, где вам нужно, чтобы пиксели с высокой плотностью создавали живые, яркие изображения».
Исследование было частично поддержано Национальным научным фондом США (NSF), Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), Исследовательской лабораторией ВВС США (AFRL), Министерством энергетики США, LG Electronics, Rohm Semiconductor. , Французское национальное исследовательское агентство и Национальный исследовательский фонд Кореи.
View full news on a site
/cloudfront-us-east-2.images.arcpublishing.com/reuters/POEXTLD22RMYNGORLTBTRGPIVI.jpg "“Tesla победила в суде: автопилот не виновен в аварии”")