Setzen Sie ein Virtual-Reality-Headset auf und die Chancen stehen gut, dass es so aussieht, als würden Sie die Welt durch eine Fliegengittertür sehen. Aktuelle Flachbildschirme verwenden Pixel, die mit bloßem Auge sichtbar sind, zusammen mit kleinen unbeleuchteten dunklen Zwischenräumen zwischen jedem Pixel, die als schwarzes, netzartiges Gitter erscheinen können.
Jetzt haben Forscher des Georgia Institute of Technology in Zusammenarbeit mit Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein neues Verfahren entwickelt, das auf 2D-Materialien basiert, um LED-Displays mit kleineren und dünneren Pixeln herzustellen. Ermöglicht durch zweidimensionale, materialbasierte Schichtübertragungstechnologie, verspricht die Innovation eine Zukunft mit klareren und realistischeren LED-Anzeigen.
Das Team veröffentlichte einen Artikel in der Zeitschrift Natur im Februar mit dem Titel „Vertical full-colour micro-LEDs via 2D materials-based layer transfer“. Zu den Co-Autoren gehören auch Forscher der Sejong University in Korea und von weiteren Institutionen in den USA und Südkorea.
Georgia Tech-Europe-Professor Abdallah Ougazzaden und der Forschungswissenschaftler Suresh Sundaram (die beide auch Ernennungen an der Georgia Tech School of Electrical and Computer Engineering innehaben) arbeiteten mit Forschern des MIT zusammen, um den herkömmlichen LED-Herstellungsprozess buchstäblich auf den Kopf zu stellen. Anstatt vorherrschende Prozesse zu verwenden, die darauf basieren, rote, grüne und blaue (RGB) LEDs nebeneinander zu legen, was die Pixeldichte begrenzt, stapelte das Team vertikal freistehende, ultradünne RGB-LED-Membranen und erreichte eine Array-Dichte von 5.100 Pixel pro Zoll – die kleinste bisher gemeldete Pixelgröße (4 Mikron) und die kleinste Stapelhöhe aller Zeiten – und das alles bei gleichzeitiger Bereitstellung einer vollständigen kommerziellen Farbpalette. Dieser ultrakleine vertikale Stapel wurde durch die im Georgia Tech-Europe-Labor entwickelte Technologie der Van-der-Waals-Epitaxie auf 2D-Bornitrid und die am MIT entwickelte Technologie der Remote-Epitaxie auf Graphen erreicht.
Die Studie zeigte, dass die dünnsten und kleinsten Pixeldisplays der Welt durch eine aktive Schichttrennungstechnologie unter Verwendung von 2D-Materialien wie Graphen und Bor ermöglicht werden können, um Mikro-LEDs mit hoher Array-Dichte zu ermöglichen, was zu einer vollfarbigen Realisierung von Mikro-LED-Displays führt.
Eine einzigartige Facette der zweidimensionalen, materialbasierten Schichtübertragungstechnik (2DLT) ist, dass sie die Wiederverwendung von Epitaxiewafern ermöglicht. Die Wiederverwendung dieses kostspieligen Substrats könnte die Kosten für die Herstellung kleinerer, dünnerer und realistischerer Displays erheblich senken.
„Wir haben jetzt gezeigt, dass diese fortschrittliche, materialbasierte 2D-Wachstums- und Transfertechnologie herkömmliche Wachstums- und Transfertechnologien in bestimmten Bereichen übertreffen kann, wie etwa bei Displays mit virtueller und erweiterter Realität“, sagte Ougazzaden, der leitende Forscher des Georgia Tech-Teams.
Diese fortschrittlichen Techniken wurden in Reaktoren für die metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) entwickelt, dem Schlüsselwerkzeug für die LED-Produktion im Wafermaßstab. Die 2DLT-Technik kann im industriellen Maßstab mit hoher Durchsatzausbeute repliziert werden. Die Technologie hat das Potenzial, den Bereich der virtuellen und erweiterten Realität auf die nächste Stufe zu heben und die nächste Generation immersiver, realistischer Mikro-LED-Displays zu ermöglichen.
„Diese aufstrebende Technologie hat ein enormes Potenzial für flexible Elektronik und die heterogene Integration in der Optoelektronik, von der wir glauben, dass sie neue Funktionalitäten entwickeln und die Industrie anziehen wird, kommerzielle Produkte von Smartphone-Bildschirmen bis hin zu medizinischen Geräten zu entwickeln“, sagte Ougazzaden.