استفاده از نانوسیم برای توسعه فناوری «میکرو ال‌ای‌دی‌»

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما، دانسیته قدرت تفکیک بالا، میدان دید وسیع (FoV)، وزن سبک و جمع و جور و مصرف انرژی کم، الزامات مورد نیاز برای نمایشگر‌های واقعیت افزوده(AR) و واقعیت مجازی(VR) هستند.

در مقایسه با نمایشگر‌های کریستال مایع(LCD) و نمایشگر‌های دیود ساطع‌کننده نور ارگانیک(OLED)، فناوری«microLED» به دلیل اوج روشنایی بالا، حالت تاریک عالی، دانسیته قدرت تفکیک بالا، وزن کم، ابعاد کوچک و طول عمر بالا توجه بیشتری را به خود جلب می‌کند.

از طرف دیگر، با کاهش اندازه تراشه‌ها، کارایی "میکرو ال‌ای‌دی‌"ها به دلیل نقص دیواره جانبی کاهش می‌یابد.

بنابراین، معاوضه چگالی با وضوح بالا و راندمان کوانتومی خارجی (EQE) یک چالش بزرگ برای استفاده از microLED به‌عنوان موتور سبک AR/VR، علاوه‌بر هزینه ساخت بالا است.

ال‌ای‌دی‌های نانوسیم پتانسیل بالایی برای دستیابی به چگالی با وضوح بالا و EQE بالا به‌طور همزمان نشان می‌دهند.

از آنجایی که هر پیکسل توسط آرایه نانوسیم تشکیل شده است، کارایی LED نانوسیم مستقل از اندازه پیکسل است.

در سال ۲۰۱۸، یک شرکت فناور LED نانوسیمی ساخت که وقتی اندازه گام از ۱۰۰۰ میکرومتر به ۵ میکرومتر کاهش می‌یابد، EQE مستقل از اندازه گام است.

در میان ساختار‌های مختلف نانوسیم، LED شش ضلعی نقطه روی سیم InGaN/GaN جذاب هستند، زیرا طول موج انتشار آن‌ها توسط قطر سیم قابل کنترل بوده و عملکرد الکتریکی عالی دارند. این ویژگی‌ها به طور قابل توجهی مشکلات ساخت را کاهش می‌دهد.

با این حال، نانوسیم‌ها الگو‌های تابش زاویه‌ای متفاوتی را برای رنگ‌های قرمز، سبز و آبی در میدان دور نشان می‌دهند که منجر به تغییر رنگ زاویه‌ای قابل توجهی می‌شود.

علاوه بر این، موتور نور جهت‌دار ترجیح داده می‌شود، زیرا مخروط پذیرنده در سیستم تصویربرداری AR/VR معمولاً در محدوده ± ۲۰ درجه است.

بنابراین، هندسه نانوسیم باید برای دستیابی به الگو‌های تابشی منطبق برای سه رنگ اصلی، راندمان استخراج نور بالا (LEE) و توزیع نور زاویه‌ای باریک به طور همزمان بهینه شود.

در این پروژه محققان هندسه LED نانوسیم InGaN/GaN را توسط ابر دوقطبی سه بعدی از طریق یک نرم‌افزار شبیه ساز به نام Finite بهینه کردند.

آن‌ها یک مدل LED تک رنگی شش ضلعی InGaN/GaN نقطه روی نانوسیم را بر اساس نتایج تجربی Ra پیشنهاد کردند.

با در نظر گرفتن سیستم تصویربرداری AR که مخروط را می‌پذیرد، نویسندگان LEE موثر را LEE در ± ۲۰ درجه تعریف می‌کنند.

پس از بهینه‌سازی، LEE موثر LED‌های نانوسیم آبی، سبز و قرمز به ترتیب از [۹٫۳٪، ۱۸٫۸٪، ۳۰٫۶٪]به [۱۰٫۰٪، ۲۵٫۶٪، ۳۳٫۰٪]افزایش می‌یابد.

در مقایسه با InGaN µLED آبی و سبز وابسته به اندازه و با فرض اینکه ۱۰۰% نور تولید شده را می‌توان با سیستم تصویربرداری جفت کرد، LED نانوسیم آبی آن‌ها عملکرد بهتری نسبت به µLED که اندازه مسای آن کوچکتر از ۱۰ میکرومتر است.

قابل توجه است که در مقایسه با اندازه مسای ۱۰ میکرومتری، LED نانوسیم آبی روشنایی مشابهی را ارائه می‌دهد، در حالی که LED‌های نانوسیم سبز و قرمز می‌توانند به ترتیب ۱٫۶ و ۱٫۴ برابر راندمان بالاتری ارائه دهند.

بنابراین، LED‌های نانوسیمی در اندازه پیکسل کوچک و چگالی با وضوح بالا کارایی بالاتری نسبت به μLED نشان می‌دهند.