Teraz inżynierowie z MIT opracowali nowy sposób konstruowania ostrzejszych, pozbawionych tych wad wyświetlaczy. Zamiast zastępować czerwone, zielone i niebieskie diody elektroluminescencyjne ulokowane obok siebie w poziomym patchworku, zespół wynalazł taki sposób sytuowania ich, aby utworzyć pionowe, wielokolorowe piksele. Każdy z nich ułożony w stos może generować pełną gamę barw i ma szerokość około 4 mikronów. Mikroskopijne jednostki lub: „mikro-diody LED” można upakować do gęstości 5000 pikseli na cal. „To najmniejszy piksel mikro-LED i największa gęstość zgłoszona w czasopismach” — mówi Jeehwan Kim, profesor inżynierii mechanicznej na MIT. „Pokazujemy, że pionowa pikselacja jest sposobem na uzyskanie wyświetlaczy o wyższej rozdzielczości przy mniejszej powierzchni”. „W przypadku wirtualnej rzeczywistości istnieje obecnie granica tego, jak realistycznie może wyglądać” — dodaje Jiho Shin, doktor habilitowany w grupie badawczej Kima. „Dzięki naszym pionowym mikro-diodom LED możesz mieć całkowicie wciągające wrażenia i nie będziesz w stanie odróżnić rzeczywistości wirtualnej od faktycznej”.
Wyniki działań zespołu zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie: „Nature”. Do współautorów zaliczają się również członkowie laboratorium Kima, naukowcy z MIT oraz współpracownicy z Georgia Tech Europe, Sejong University i wielu uniwersytetów w USA, Francji i Korei.
Rozmieszczanie pikseli
Dzisiejsze wyświetlacze cyfrowe wykorzystują organiczne diody elektroluminescencyjne (OLED), które emitują światło w odpowiedzi na przepływ prądu elektrycznego. Diody OLED to wiodąca technologia obrazowania cyfrowego, ale jednostki te mogą z czasem ulec degradacji, powodując trwałe efekty wypalenia ekranów. Technika osiąga również granicę rozmiaru diod, które można zmniejszyć, limitując ich ostrość i rozdzielczość. W przypadku technologii wyświetlania nowej generacji naukowcy badają nieorganiczne mikro-diody LED, które mają jedną setną rozmiaru konwencjonalnych. Są też wykonane z nieorganicznych, monokrystalicznych materiałów półprzewodnikowych. Mikro-diody LED mogą działać lepiej, zużywać mniej energii i pracować dłużej niż typowe OLED-owe. Jednak wytwarzanie mikro-LED wymaga wyjątkowej dokładności, ponieważ mikroskopijne piksele koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego muszą najpierw zostać wyhodowane osobno na płytkach, a następnie wprawnie umieszczone na wspólnej, jeden na drugim, aby odpowiednio wytwarzać różne barwy i odcienie. Osiągnięcie takiej mikroskopijnej precyzji jest trudnym zadaniem. A całe urządzenia muszą zostać złomowane, jeśli piksele okażą się nie być na miejscu.
„Ta produkcja typu pick-and-place najprawdopodobniej spowoduje nieprawidłowe wyrównanie pikseli w bardzo małej skali” — mówi Kim. „Jeśli występuje niewspółosiowość, trzeba wyrzucić dany element, w przeciwnym razie może to zniszczyć wyświetlacz”.
Stos kolorów
Zespół z MIT stworzył potencjalnie mniej marnotrawny sposób wytwarzania mikro-diod LED, który nie wymaga precyzyjnego wyrównania pikseli do siebie. Technika ta polega na zupełnie innym, pionowym podejściu do LED, w przeciwieństwie do konwencjonalnego, poziomego. Grupa Kima specjalizuje się w opracowywaniu technik wytwarzania czystych, ultrasmukłych, wysokowydajnych membran z myślą o konstruowaniu mniejszych, cieńszych, bardziej elastycznych i funkcjonalnych urządzeń elektronicznych. Zespół wcześniej wypracował metodę wzrostu i odrywania doskonałego, dwuwymiarowego, monokrystalicznego materiału z płytek krzemowych i innych powierzchni — podejście, które nazywają transferem warstwowym opartym na tworzywie 2D. W obecnym badaniu naukowcy zastosowali to samo ujęcie do wyhodowania ultracienkich membran czerwonych, zielonych i niebieskich diod LED. Następnie oderwali całe membrany LED od płytek bazowych i ułożyli je razem. Pozwoliło to utworzyć warstwę czerwonej, zielonej i niebieskiej membrany. Mogli następnie wyrzeźbić całość wzorami maleńkich, pionowych pikseli, każdy o szerokości zaledwie 4 mikronów. „W konwencjonalnych wyświetlaczach każdy piksel R, G i B jest ułożony obok siebie, co ogranicza to, jak małym można go stworzyć” — zauważa Shin. „Ponieważ lokujemy wszystkie trzy piksele pionowo, teoretycznie mamy możliwość zmniejszenia obszaru jednostki o jedną trzecią”.
W ramach demonstracji zespół wyprodukował pionowy piksel LED. Doświadczenie to wykazało, że zmieniając napięcie przyłożone do każdej z czerwonych, zielonych i niebieskich membran, można uzyskać różne odcienie w jednym pikselu. „Jeśli masz wyższy prąd do czerwonego i słabszy do niebieskiego, piksel będzie wyglądał na różowy i tak dalej” — mówi Shin. „Jesteśmy w stanie stworzyć wszystkie mieszane kolory, a nasz wyświetlacz może prawie pokrywać dostępną, komercyjną przestrzeń barw”. Zespół planuje obecnie usprawnić działanie pionowych pikseli. Do tej pory pokazali, że potrafią stymulować pojedynczą strukturę do produkcji pełnego spektrum kolorów. Następnie będą pracować nad stworzeniem macierzy wielu pionowych pikseli mikro-LED. „Potrzebujesz systemu do oddzielnego sterowania 25 milionami diod LED” — oznajmił Shin. „Tutaj tylko częściowo to zobrazowaliśmy. Działanie aktywnej matrycy jest czymś, co musimy dalej rozwijać [...] Na razie pokazaliśmy, że możemy hodować [...] i układać w stosy ultracienkie diody LED” — wskazuje Kim. „To najlepsze rozwiązanie dla małych wyświetlaczy, takich jak inteligentne zegarki i urządzenia wirtualnej rzeczywistości, w których chcesz, aby bardzo zagęszczone piksele tworzyły żywe obrazy”.
Źródło: https://techxplore.com/news/2023-02-stacking-side-enable-fully-immersive.html
Cool? Ranking DIY
