Perovskiet LED's op nanoschaal breken records in grootte en efficiëntie voor beeldschermen van de toekomst

Wetenschappers van Zhejiang Universiteit en de Universiteit van Cambridge hebben perovskiet-LED's op nanoschaal onthuld met een diameter van slechts 90 nanometer. Deze LED's verbrijzelen het vorige record voor LED-miniaturisatie terwijl ze nog steeds een hoge efficiëntie leveren.

In tegenstelling tot traditionele micro-LED's op basis van III-V halfgeleiders, die de neiging hebben om veel efficiëntie te verliezen onder de 10 micrometer, behouden deze perovskiet LED's ongeveer 20 procent externe kwantumefficiëntie over een breed bereik van pixelgroottes (van 650 tot 3,5 micrometer). Deze prestatie kan een revolutie betekenen voor de hoge-resolutie displaytechnologie, vooral voor geavanceerde AR/VR-systemen.

Deze nieuwe nano-PeLED's hebben een verbazingwekkende 127.000 pixels per inch (PPI) - de hoogste pixeldichtheid die tot nu toe in een LED-array is gerapporteerd. Standaard LED-technologie heeft meestal te lijden onder een sterke daling van de efficiëntie wanneer deze wordt verkleind tot de kleinere afmetingen die nodig zijn voor beeldschermen van de volgende generatie.

Professor Zhao Baodan van de Zhejiang Universiteit benadrukte het belang van deze prestatie: "Momenteel zijn micro-LED's de meest geavanceerde technologie voor beeldschermtoepassingen. Ze zijn de beste lichtbron voor augmented reality (AR) en virtual reality (VR) toepassingen. De efficiëntie van micro-LED's daalt echter snel wanneer de pixelgrootte kleiner is dan 10 micrometer, wat de gewenste pixelgrootte is voor high-end AR/VR-toepassingen met ultrahoge resoluties."

Het team bedacht een innovatieve fabricagetechniek om de gebruikelijke uitdagingen van het werken met perovskietmaterialen te overwinnen. Promovendus Lian Yaxiao, hoofdauteur van het artikel, merkte op: "Conventionele fotolithografische processen zijn niet geschikt voor het direct aanbrengen van patronen op de perovskietlagen; ze zouden de perovskietmaterialen beschadigen, zodat we in plaats daarvan patronen op de andere functionele lagen moeten aanbrengen."

Hun methode is gebaseerd op een gelokaliseerde contactproductieopstelling die gebruik maakt van lithografisch gecreëerde vensters in een isolerende laag. Dit ontwerp houdt actieve pixels uit de buurt van elektrode-randen, waardoor niet-stralingsverliezen, die normaal gesproken de efficiëntie van LED's ondermijnen, worden beperkt.

Buiten het laboratorium hebben de onderzoekers al stappen gezet in de richting van praktische toepassingen. In samenwerking met het in Hangzhou gevestigde LinkZill, een bedrijf dat gespecialiseerd is in dunnefilmtransistortechnologie (TFT), ontwikkelden zij een prototype van een actief matrix micro-PeLED beeldscherm dat wordt aangestuurd door een TFT backplane. Dit scherm, dat gedetailleerde afbeeldingen en videoclips kan weergeven, brengt deze geavanceerde LED's een stap dichter bij commercieel gebruik.