Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology en MIT hebben een nieuw proces ontwikkeld op basis van 2D-materialen om LED-schermen met kleinere en dunnere pixels te maken. Dit nieuwe LED-display moet duidelijkere en realistischere virtuele werelden creëren als je je VR-bril draagt. Door vrijstaande, ultradunne RGB LED-membranen verticaal te stapelen, bereikten ze de kleinste tot nu toe gerapporteerde pixelgrootte en de kleinste stapelhoogte ooit.
Zet je een virtual reality headset op, dan is de kans groot dat het lijkt alsof je door een hordeur naar de wereld kijkt. De huidige platte beeldschermen gebruiken pixels die met het blote oog zichtbaar zijn, samen met kleine stukjes onverlichte donkere ruimte tussen elke pixel. Het resultaat is een zwart, gaasachtig raster dat niet vergelijkbaar is met hoe we de echte wereld zien. Daarom hebben onderzoekers van het Georgia Institute of Technology en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) een nieuw proces ontwikkeld om een LED-display met kleinere en dunnere pixels te maken.
LED-display is op elkaar gestapelde LED’s
In de paper genaamd ‘Vertical full-colour micro-LEDs via 2D material-based layer transfer’ hebben de onderzoekers, samen met co-auteurs van de Sejong University in Korea en andere instituten in Korea en de VS, een nieuw proces gepresenteerd om LED-displays maken. In het nieuwe proces worden LED’s gestapeld in plaats van naast elkaar geplaatst. Het resultaat belooft een toekomst van duidelijkere en meer realistische LED-displays.
Professor Abdallah Ougazzaden uit Georgia Tech-Europe en onderzoekswetenschapper Suresh Sundaram (die beiden ook een aanstelling hebben bij de School of Electrical and Computer Engineering van Georgia Tech) werkten samen met onderzoekers van MIT. Samen hebben ze ontdekt dat vrijstaande ultradunne RGB-LED’s verticaal kunnen worden gestapeld. Op deze manier kan de arraydichtheid worden teruggebracht tot 5.100 pixels per inch. Dit is de kleinste pixelgrootte die tot nu toe is gerapporteerd (4 micron) en de kleinste stapelhoogte ooit, terwijl een volledig commercieel kleurengamma wordt geleverd.
Gebaseerd op Van der Waals epitaxie
Volgens een verklaring is deze ultrakleine verticale stapel tot stand gekomen via een technologie die ‘Van der Waals-epitaxie’ wordt genoemd op 2D-boornitride, ontwikkeld in het Georgia Tech-Europe-lab, en de technologie van epitaxie op afstand op grafeen, ontwikkeld aan het MIT. De studie toonde aan dat ’s werelds dunste en kleinste gepixelde displays mogelijk gemaakt kunnen worden door een actieve laagscheidingstechnologie met behulp van 2D-materialen zoals grafeen en boor om micro-LED’s met een hoge arraydichtheid mogelijk te maken, wat resulteert in full-color realisatie van micro-LED-displays.
Een uniek facet van de tweedimensionale, op materiaal gebaseerde laagoverdrachtstechniek (2DLT) is dat deze het hergebruik van epitaxiale wafers mogelijk maakt. Hergebruik van dit kostbare substraat kan de kosten voor het vervaardigen van kleinere, dunnere en realistischere beeldschermen aanzienlijk verlagen. “We hebben nu aangetoond dat deze geavanceerde 2D, op materialen gebaseerde groei- en overdrachtstechnologie conventionele groei- en overdrachtstechnologie kan overtreffen in specifieke domeinen, zoals in virtual en augmented reality-displays”, zegt Ougazzaden, de hoofdonderzoeker van het Georgia Tech-team.
Virtuele realiteit van het volgende niveau
Deze geavanceerde technieken zijn ontwikkeld in MOCVD-reactoren (metalorganic chemical vapour deposition), de belangrijkste tool voor ledproductie op waferschaal. De 2DLT-techniek kan op industriële schaal worden gerepliceerd met een hoog doorvoerrendement. De technologie heeft het potentieel om het gebied van virtuele en augmented reality naar een hoger niveau te tillen, waardoor de volgende generatie meeslepende, realistische micro-LED-schermen mogelijk wordt.
“Deze opkomende technologie heeft een enorm potentieel voor flexibele elektronica en de heterogene integratie in opto-elektronica, die volgens ons nieuwe functionaliteiten zal ontwikkelen en de industrie zal aantrekken om commerciële producten te ontwikkelen, van smartphoneschermen tot medische apparaten”, aldus Ougazzaden.
