Вчені в КНР створили новий тип дисплея з наймешими у світі пікселями – так званими мікро або нано PeLED – та найвищою в історії щільністю пікселів. В одному дюймі такого дисплея вміщуються рекордні 127 тис одиниць цифрового зображення завбільшки з вірус – всього 90 нм.
Нова технологія виготовлення дисплеїв базується на світлодіодах – так званих micro-LED. Проблема класичних micro-LED дисплеїв полягає у неоптимальному співвідношенні ціни та розмірів. Якщо розмір кожного пікселя в них скоротити до менш ніж 10 мікрометрів, то дисплей починає втрачати ефективність. Аби обійти ці обмеження та продовжити рух у бік зменшення діодів до наномасштабу, команда дослідників з Чжецзянського університету та Кембриджського університету вирішила поекспериментувати з іншими напівпровідниковими матеріалами. Традиційні micro-LED дисплеї зазвичай виготовляють зі складних напівпровідників групи AIIIBV, тобто вони базують на сплавах з елементів групи III та V в періодичній системі хімічних елементів. Вчені замінили ці сплави перовськітами, відомими в першу чергу як матеріал для виготовлення недорогих і ефективних елементів для сонячних батарей.
Дослідники виготовили низку перовськітових діодів (PeLED) з різним розміром пікселів, включно із найменшим із діаметром 90 нм. Для порівняння, діаметр більшості вивчених вірусів лежить у межах від 20 до 300 нм, а найбільший вірусний патоген Pithovirus сягає 1,5 мкм (1500 нм) завдовжки і 0,5 мкм (500 нм) у діаметрі. Водночас в більшості пристроїв з micro-LED дисплеями розмір пікселів є набагато більшим. Так, одним з найрозповсюдженіших варіантів застосуваннях цього типу діодів є гарнітури доповненої реальності. Наприклад, в Apple Vision Pro діаметр кожного пікселя сягає 7500 нм, що можна порівняти з розміром еритроцитів в крові людини. Щільність пікселів в дисплеї гарнітури становить 3386 PPI. Враховуючи крихітні розміри одиниць PeLED, зовсім не дивно, що дослідникам вдалося вмістити більше пікселів у квадратний дюйм, сягнувши рекордної щільності у 127 тисяч PPI.
PeLED також показали себе набагато ефективнішими за micro-LED системи. Прототип дисплея на нанодіодах у діапазоні розмірів від 3,5 до 650 мкм зберігав квантову ефективність на рівні ~20%, практично не втрачаючи продуктивності при зменшенні розміру пікселя. В системах, що базуються на AIIIBV напівпровідниках, зменшення розміру пікселів призводить до гострого зниження цього показника.Тим часом навіть найдрібніші PeLED пікселі мали ефективність приблизно на 10%, що нарівні з іншими світлодіодними пікселями, у 100 разів більшими за них. Варто зазначити, що зміна матеріалу не є єдиним секретом успіху нової технології. Китайські вчені також розробили новий процес для виробництва наноструктур. Традиційні методи виготовлення LED-матриць передбачають використання лазера для переноса та монтажу кристалів. Однак лазер може пошкодити перовськіт, тому замість перенесення діодів на підкладку матриці дослідники вирішили виростити функціональні елементи дисплея з обох боків перовськітової підкладки. При перекритті патернів верхніх та нижніх електродів утворюються пікселі, які додатково ізолюються для запобігання невипромінювальних втрат.
Наразі найбільшим недоліком цієї технології є можливість виготовлення виключно монохромних дисплеїв: під час експерименту вчені створили дисплеї, що випромінюють світло у зеленому кольорі та у ближньому інфрачервоному спектрі. Отже, дослідників очікує ще дуже багато роботи, аби навчитися виготовляти поліхромні дисплеї, яким можна було б знайти застосування в комерційному сегменті. Дисплеї з настільки високою щільністю пікселів були б надзвичайно доречними в пристроях, що вимагають ультрависокої роздільної здатності зображень, наприклад, в гарнітурах віртуальної або доповненої реальності, а також в смартфонах та натільних гаджетах нового покоління.
Джерело: Downscaling micro- and nano-perovskite LEDs / Yaxiao Lian, Yaxin Wang, Yucai Yuan, Zhixiang Ren, Weidong Tang, Zhe Liu, Shiyu Xing, Kangyu Ji, Bo Yuan, Yichen Yang, Yuxiang Gao, Shiang Zhang, Ke Zhou, Gan Zhang, Samuel D. Stranks, Baodan Zhao & Dawei Di