Ученые из Техасского университета A&M, Массачусетского технологического института и южнокорейского Университета Сонгюнгван проанализировали состояние современных светодиодов (LED) и описали перспективы микросветодиодов, которые, как ожидается, в обозримом будущем станут основой дисплеев следующего поколения.
Современные дисплеи достигли предела своих возможностей. Жидкокристаллические дисплеи (ЖКД) не способны отображать глубокий чёрный цвет, а органические светодиоды (OLED) имеют короткий срок службы, чувствительны к влаге и обладают относительно низкой яркостью. Эти технологии не подходят для использования в условиях, когда изображение должно оставаться чётким даже при ярком солнечном свете, например при использовании очков дополненной реальности.
По этой причине международные исследовательские группы неустанно работают над созданием микросветодиодов – крошечных неорганических диодов размером менее 100 микрометров. Эти диоды отличаются высокой яркостью, энергоэффективностью, устойчивостью к влаге и перегреву, а также значительно более длительным сроком службы по сравнению с органическими светодиодами. Благодаря своим уникальным свойствам микросветодиоды открывают путь к новым форматам дисплеев: прозрачным витринам и автомобильным стёклам, гибким и растягивающимся панелям, а также сверхплотным микроэкранам для устройств виртуальной и дополненной реальности.
В настоящее время основным препятствием остаётся тот факт, что эффективность микросветодиодов резко снижается по мере уменьшения размера их кристаллов. Это связано с тем, что при размерах диода менее 20 микрометров увеличивается количество дефектов на его боковых поверхностях, что приводит к потере энергии и снижению яркости. Это особенно заметно в красных светодиодах на основе алюминия, галлия, индия и фосфора (AlGaInP). Исследователи из США и Южной Кореи обнаружили, что эффективным решением может стать переход на красные диоды на основе нитрида индия-галлия (InGaN). Эти диоды выращиваются на сапфировых подложках, как и их зелёные и синие аналоги.
Не менее сложной задачей является массовое нанесение микросветодиодных чипов на подложку. Для одного дисплея с разрешением 4K требуется около 24 миллионов светодиодов, и даже минимальный процент брака приводит к появлению тысяч дефектных пикселей, которые необходимо идентифицировать и заменить. Рассматриваются такие подходы, как микропечать, лазерная передача, жидкостная самосборка и монолитная интеграция. Последний метод предполагает вертикальное послойное формирование красных, зелёных и синих диодов, что позволяет создавать панели с рекордно высокой плотностью – более 5000 пикселей на дюйм. Эти параметры критически важны для гарнитур виртуальной и дополненной реальности.
Ученые отмечают, что потенциал микросветодиодов чрезвычайно высок, несмотря на их высокую стоимость и технологическую сложность. Уже существуют прототипы прозрачных дисплеев, в которых светодиоды образуют сетку с промежутками, а также гибкие и растягивающиеся панели, созданные на основе новых дизайнерских решений и эластичных материалов.
Источник: Ассоциация «Глобальная энергия»