Z zlaganjem LED-ic, namesto da bi jih postavili eno poleg druge, bi lahko omogočili popolnoma potopljive zaslone navidezne resničnosti in digitalne zaslone z višjo ločljivostjo.
Institute of Technology
Če razstavite zaslon prenosnega računalnika, boste v njegovem drobovju našli ploščo z rdečimi, zelenimi in modrimi LED-icami, ki so razporejene od konca do konca kot natančen Lite Brite zaslon. Ko so LED-ce napajane, lahko skupaj ustvarijo vse odtenke mavrice in tako ustvarijo barvne zaslone. Z leti se je velikost posameznih pikslov zmanjšala, kar je omogočilo, da se jih v naprave vgradi veliko več, s čimer so nastali ostrejši digitalni zasloni z višjo ločljivostjo.
Toda podobno kot pri tranzistorjih, je tudi pri LED-icah meja, do katere lahko pridejo, ko so še tako majhne, hkrati pa učinkovito svetijo. Ta meja je še posebej opazna pri majhnih zaslonih z majhno resolucijo, kot so naprave za razširjeno in virtualno resničnost, kjer omejena gostota slikovnih pik povzroči “učinek vrat zaslona”, tako da uporabniki zaznavajo črte v prostoru med slikovnimi pikami.
Inženirji na MIT so zdaj razvili nov način za izdelavo boljših zaslonov brez napak. Namesto da bi rdeče, zelene in modre LED-ice, ki oddajajo svetlobo, postavili eno ob drugo v vodoravni mozaik, so izumili način, kako diode zložiti v vrsto in tako ustvariti navpične večbarvne piksle.
Vsak položen piksel lahko ustvari celoten komercialni razpon barv in je širok približno 4 mikrometre. Mikroskopske piksle ali “mikro LED-ice” je mogoče združiti do gostote 5.000 pikslov na palec.
“To je najmanjši LED piksel in največja gostota pikslov, o kateri poročajo revije,” pravi Jeehwan Kim, izredni profesor strojništva na MIT univerzi. “Pokazali smo, da je navpična pikselacija prava pot za zaslone z višjo ločljivostjo na manjši površini.”
“Pri navidezni resničnosti trenutno obstaja omejitev, kako resnično so lahko videti,” dodaja Jiho Shin, podoktorand v Kimovi raziskovalni skupini. “Z našimi navpičnimi mikro LED-icami bi lahko imeli popolnoma realno izkušnjo in ne bi mogli razlikovati med virtualnim in resničnim.”
Rezultati ekipe so bili objavljeni v reviji Nature. Med soavtorji Kim in Shina so člani Kimovega laboratorija, raziskovalci z MIT in sodelavci z Georgia Tech Europe, univerze Sejong ter več univerz v ZDA, Franciji in Koreji.
Namestitev pikslov
Današnji digitalni zasloni so osvetljeni z organskimi svetlečimi diodami (OLED) – plastičnimi diodami, ki oddajajo svetlobo kot odziv na električni tok. OLED so vodilna tehnologija digitalnih zaslonov, vendar se lahko diode sčasoma pokvarijo, kar povzroči trajno izgorevanje zaslonov. Tehnologija je tudi omejena na velikost, ki jo je mogoče zmanjšati, kar omejuje njihovo ostrino in ločljivost.
Raziskovalci za naslednjo generacijo tehnologije prikazovanja raziskujejo anorganske mikrosvetlobne LED-ice, ki so za stotinko manjše od običajnih svetlečih diod in so izdelane iz anorganskih, monokristalnih polprevodniških materialov. Mikrosvetilke bi lahko delovale bolje, porabile manj energije in delovale dlje kot OLED.
Vendar pa izdelava mikro LED-ic zahteva izjemno natančnost, saj je treba mikroskopske piksle rdeče, zelene in modre barve najprej ločeno gojiti na ploščicah, nato pa jih natančno postaviti na ploščo in jih med seboj natančno uskladiti, da pravilno odražajo in proizvajajo različne barve in odtenke. Doseganje takšne mikroskopske natančnosti je zahtevna naloga in celotne naprave je treba zavreči, če se ob testiranju ugotovi, da piksli niso na svojem mestu.
“Pri tej izdelavi z izbiranjem in nameščanjem je zelo verjetno, da bodo piksli v zelo majhnem obsegu napačno poravnani,” pravi Kim. “Če pride do neusklajenosti, morate ta material zavreči, sicer je lahko zaslon uničen.”
Niz barv
Ekipa iz MIT univerze je prišla do potencialno manj potratnega načina izdelave mikrosvetlobnih diod, ki ne zahteva natančne poravnave piksla za pikslom. Tehnika je povsem drugačna, vertikalni pristop k LED-icam, v nasprotju z običajnim, horizontalnim razporedom pikslov.
Kimova skupina je specializirana za razvoj tehnik za izdelavo čistih, ultratankih in visoko zmogljivih membran, da bi lahko izdelali manjšo, tanjšo, prožnejšo in funkcionalnejšo elektroniko. Skupina je že prej razvila metodo za gojenje in luščenje popolnega, dvodimenzionalnega, monokristalnega materiala z rezin silicija in drugih površin – pristop, ki so ga poimenovali 2D prenos plasti na osnovi materiala ali 2DLT.
V trenutni študiji so raziskovalci uporabili enak pristop za rast ultratankih membran rdečih, zelenih in modrih LED-ic. Nato so celotne membrane LED-ic odlepili od osnovnih ploščic in jih zložili skupaj, tako da so nastala plast rdečih, zelenih in modrih membran. Nato so jo lahko razrezali v vzorce majhnih navpičnih pikslov, od katerih je bil vsak širok le 4 mikrometre.
“Pri običajnih zaslonih so piksli R, G in B razporejeni bočno, kar omejuje velikost posameznega piksla,” ugotavlja Shin. “Ker vse tri piksle zlagamo navpično, lahko teoretično zmanjšamo površino piksla za tretjino.”
Ekipa je izdelala prototip navpičnega LED piksla in pokazala, da lahko s spreminjanjem napetosti, priključene na vsako od rdečih, zelenih in modrih membran piksla, ustvarijo različne barve v enem samem pikslu.
“Če je tok za rdečo barvo večji, za modro pa šibkejši, je piksel videti rožnat in tako naprej,” pravi Shin. “Ustvarimo lahko vse mešane barve in naš zaslon lahko pokriva skoraj ves barvni prostor, ki je na voljo.”
Ekipa namerava izboljšati delovanje navpičnih pikslov. Do zdaj so pokazali, da lahko posamezno strukturo spodbudijo k ustvarjanju celotnega spektra barv. Prizadevali si bodo za izdelavo matrike številnih vertikalnih mikro LED-ic.
“Potrebujete sistem za ločen nadzor 25 milijonov LED-ic,” pravi Shin. “Tu smo to le delno dokazali. Delovanje aktivne matrike bomo morali še razviti.”
“Za zdaj smo skupnosti pokazali, da lahko gojimo, lupimo in zlagamo ultratanke LED-ice,” pravi Kim. “To je najboljša rešitev za majhne zaslone, kot so pametne ure in naprave za navidezno resničnost, kjer bi želeli zelo zgoščene piksle za živahne in žive slike.” To raziskavo so delno podprli Nacionalna znanstvena fundacija ZDA, Ameriška agencija za napredne obrambne raziskovalne projekte (DARPA), Raziskovalni laboratorij zračnih sil ZDA, Ministrstvo za energijo ZDA, LG Electronics, Rohm Semiconductor, Francoska nacionalna raziskovalna agencija in Nacionalna raziskovalna fundacija v Koreji.
Povzeto po: https://bit.ly/3JOwzOs
