07 de enero de 2023 (Noticias de Nanowerk) La densidad de alta resolución, el amplio campo de visión (FoV), el factor de forma liviano y compacto y el bajo consumo de energía son requisitos exigentes para las pantallas de realidad aumentada (AR) y realidad virtual (VR). En comparación con las pantallas de cristal líquido (LCD) y las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED), microLED atrae más atención debido a su alto brillo máximo, excelente estado oscuro, densidad de alta resolución, factor de forma pequeño y larga vida útil. Por otro lado, a medida que disminuye el tamaño del chip, la eficiencia del microLED disminuye debido a defectos en las paredes laterales. Por lo tanto, la compensación de densidad de alta resolución y eficiencia cuántica externa (EQE) es un gran desafío para aplicar microLED como motor de luz AR/VR, además del alto costo de fabricación. Los LED de nanocables muestran un gran potencial para lograr una densidad de alta resolución y un alto EQE al mismo tiempo. Dado que cada píxel está formado por una matriz de nanocables submicrométricos, la eficiencia del LED de nanocables es independiente del tamaño del píxel.
Fig. 1. (a) Esquema del modelo de simulación FDTD en el plano xz. (b) Vista superior del LED de nanocable hexagonal azul. ( c ) Espectros EL medidos de LED de nanocables individuales con diferentes diámetros. (© Opto-Electronic Science) En 2018, Aledia informó sobre un LED de nanocables cuyo EQE es independiente del tamaño del paso cuando el tamaño del paso se reduce de 1000 µm a 5 µm. Entre las diferentes estructuras de nanocables, el LED hexagonal de punto en cable InGaN/GaN es atractivo porque su longitud de onda de emisión puede controlarse mediante el diámetro del cable y su rendimiento eléctrico es excelente. La primera característica reduce significativamente las dificultades de fabricación. Sin embargo, estos nanocables exhiben diferentes patrones de radiación angular para los colores rojo, verde y azul en el campo lejano, lo que lleva a un cambio de color angular notable. Además, se prefiere el motor de luz direccional ya que el cono de aceptación en el sistema de imágenes AR/VR está típicamente dentro de ±20°. Por lo tanto, la geometría del nanocable debe optimizarse para lograr patrones de radiación coincidentes para los tres colores primarios, alta eficiencia de extracción de luz (LEE) y distribución de luminancia angular estrecha simultáneamente. Los autores de este artículo (Ciencias optoelectrónicas, "LED de nanocables direccionales de alta eficiencia con cambio de color angular reducido para pantallas AR y VR") optimizó la geometría LED de nanocables InGaN/GaN mediante una nube de dipolo 3D a través de un software comercial de simulación de óptica de ondas Finite-Difference Time-Domain (FDTD, Ansys inc.).
Fig. 2. (ac) Distribución angular 2D normalizada para LED (a) azul, (b) verde y (c) rojo no optimizados. ( d ) Comparación de la distribución angular 1D normalizada entre LED de nanocables no optimizados (líneas continuas) y optimizados (líneas discontinuas). (e) Cambio de color promedio simulado de 0° a 30° de ángulo de visión antes y después de la optimización. (© Opto-Electronic Science) Proponen un modelo de LED de punto en nanocable InGaN/GaN hexagonal único multicolor basado en los resultados experimentales de Ra. Configuraron un monitor de caja grande 3D y un monitor de caja pequeña para calcular la potencia de emisión y la potencia del dipolo, respectivamente, lo que define la eficiencia de extracción de luz (LEE) por su relación. Además, el mapa de distribución de campo lejano es capturado por un monitor de energía 2D colocado sobre la estructura. Como se indica en la Fig. 1(b), debido a la simetría hexagonal, simulan dos grupos de dipolos que están definidos por un círculo inscrito y un círculo circunscrito, respectivamente. La longitud de onda de emisión de las fuentes dipolares sigue los espectros de emisión medidos sin filtrar (líneas continuas en la Fig. 1 (c)). Los tres nanocables sin filtros de color tienen emisión de lóbulo lateral ya que la difusión de Indium adatom es difícil de controlar perfectamente. Como se indica en las líneas discontinuas en la Fig. 1 (c), esta emisión de lóbulo lateral se suprime drásticamente después de aplicar filtros de color. Al considerar el cono de aceptación del sistema de imágenes AR, los autores definen el LEE efectivo como el LEE dentro de ±20°. Después de la optimización, el LEE efectivo de los LED de nanocables azul, verde y rojo aumenta de [9.3 %, 18.8 %, 30.6 %] a [10.0 %, 25.6 %, 33.0 %], respectivamente.
Fig. 3. Comparación entre el EQE efectivo calculado del LED de nanocables (líneas discontinuas horizontales) con el EQE medido de (a) µLED azules de InGaN, (b) µLED verdes de InGaN y (c) µLED rojos de AlGaInP en función del diámetro de la mesa. Líneas discontinuas verticales: EQE de µLED con un tamaño de mesa de 10 µm. (© Opto-Electronic Science) En comparación con el µLED InGaN azul y verde dependiente del tamaño y suponiendo que el 100 % de la luz producida se pueda acoplar al sistema de imágenes, su LED azul de nanocables muestra un mejor rendimiento que el µLED cuyo tamaño de mesa es más pequeño de 10 µm como se muestra en la Fig. 3(a). Además, la figura 3(b) indica que el LEE efectivo de los LED de nanocables verdes es incluso mayor que el del LED de 80 µm. En comparación con los µLED rojos de AlGaInP, su LED rojo de nanocables es más eficiente que el que tiene un tamaño de chip de 20 µm (Fig. 3(c)). Sorprendentemente, en comparación con el tamaño de mesa de 10 µm, el LED de nanocable azul proporciona un brillo similar, mientras que los LED de nanocable verde y rojo pueden ofrecer una eficiencia 1.6x y 1.4x mayor, respectivamente. Por lo tanto, los LED de nanocables muestran una eficiencia mucho mayor que los µLED con un tamaño de píxel pequeño y una densidad de alta resolución.
Fig. 1. (a) Esquema del modelo de simulación FDTD en el plano xz. (b) Vista superior del LED de nanocable hexagonal azul. ( c ) Espectros EL medidos de LED de nanocables individuales con diferentes diámetros. (© Opto-Electronic Science) En 2018, Aledia informó sobre un LED de nanocables cuyo EQE es independiente del tamaño del paso cuando el tamaño del paso se reduce de 1000 µm a 5 µm. Entre las diferentes estructuras de nanocables, el LED hexagonal de punto en cable InGaN/GaN es atractivo porque su longitud de onda de emisión puede controlarse mediante el diámetro del cable y su rendimiento eléctrico es excelente. La primera característica reduce significativamente las dificultades de fabricación. Sin embargo, estos nanocables exhiben diferentes patrones de radiación angular para los colores rojo, verde y azul en el campo lejano, lo que lleva a un cambio de color angular notable. Además, se prefiere el motor de luz direccional ya que el cono de aceptación en el sistema de imágenes AR/VR está típicamente dentro de ±20°. Por lo tanto, la geometría del nanocable debe optimizarse para lograr patrones de radiación coincidentes para los tres colores primarios, alta eficiencia de extracción de luz (LEE) y distribución de luminancia angular estrecha simultáneamente. Los autores de este artículo (Ciencias optoelectrónicas, "LED de nanocables direccionales de alta eficiencia con cambio de color angular reducido para pantallas AR y VR") optimizó la geometría LED de nanocables InGaN/GaN mediante una nube de dipolo 3D a través de un software comercial de simulación de óptica de ondas Finite-Difference Time-Domain (FDTD, Ansys inc.).
Fig. 2. (ac) Distribución angular 2D normalizada para LED (a) azul, (b) verde y (c) rojo no optimizados. ( d ) Comparación de la distribución angular 1D normalizada entre LED de nanocables no optimizados (líneas continuas) y optimizados (líneas discontinuas). (e) Cambio de color promedio simulado de 0° a 30° de ángulo de visión antes y después de la optimización. (© Opto-Electronic Science) Proponen un modelo de LED de punto en nanocable InGaN/GaN hexagonal único multicolor basado en los resultados experimentales de Ra. Configuraron un monitor de caja grande 3D y un monitor de caja pequeña para calcular la potencia de emisión y la potencia del dipolo, respectivamente, lo que define la eficiencia de extracción de luz (LEE) por su relación. Además, el mapa de distribución de campo lejano es capturado por un monitor de energía 2D colocado sobre la estructura. Como se indica en la Fig. 1(b), debido a la simetría hexagonal, simulan dos grupos de dipolos que están definidos por un círculo inscrito y un círculo circunscrito, respectivamente. La longitud de onda de emisión de las fuentes dipolares sigue los espectros de emisión medidos sin filtrar (líneas continuas en la Fig. 1 (c)). Los tres nanocables sin filtros de color tienen emisión de lóbulo lateral ya que la difusión de Indium adatom es difícil de controlar perfectamente. Como se indica en las líneas discontinuas en la Fig. 1 (c), esta emisión de lóbulo lateral se suprime drásticamente después de aplicar filtros de color. Al considerar el cono de aceptación del sistema de imágenes AR, los autores definen el LEE efectivo como el LEE dentro de ±20°. Después de la optimización, el LEE efectivo de los LED de nanocables azul, verde y rojo aumenta de [9.3 %, 18.8 %, 30.6 %] a [10.0 %, 25.6 %, 33.0 %], respectivamente.
Fig. 3. Comparación entre el EQE efectivo calculado del LED de nanocables (líneas discontinuas horizontales) con el EQE medido de (a) µLED azules de InGaN, (b) µLED verdes de InGaN y (c) µLED rojos de AlGaInP en función del diámetro de la mesa. Líneas discontinuas verticales: EQE de µLED con un tamaño de mesa de 10 µm. (© Opto-Electronic Science) En comparación con el µLED InGaN azul y verde dependiente del tamaño y suponiendo que el 100 % de la luz producida se pueda acoplar al sistema de imágenes, su LED azul de nanocables muestra un mejor rendimiento que el µLED cuyo tamaño de mesa es más pequeño de 10 µm como se muestra en la Fig. 3(a). Además, la figura 3(b) indica que el LEE efectivo de los LED de nanocables verdes es incluso mayor que el del LED de 80 µm. En comparación con los µLED rojos de AlGaInP, su LED rojo de nanocables es más eficiente que el que tiene un tamaño de chip de 20 µm (Fig. 3(c)). Sorprendentemente, en comparación con el tamaño de mesa de 10 µm, el LED de nanocable azul proporciona un brillo similar, mientras que los LED de nanocable verde y rojo pueden ofrecer una eficiencia 1.6x y 1.4x mayor, respectivamente. Por lo tanto, los LED de nanocables muestran una eficiencia mucho mayor que los µLED con un tamaño de píxel pequeño y una densidad de alta resolución.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62107.php
