Светодиоды (LED) являются важными компонентами дисплеев, расположенных близко к глазам, таких как гарнитуры виртуальной и дополненной реальности, умные очки, а также электроника, например, камеры и медицинское оборудование.
Обычные светодиоды используют питание постоянного тока (DC), которое требует двух контактов — положительного и отрицательного, как при подключении батареи. Поскольку форм-факторы устройств продолжают уменьшаться, изготовление нано-светодиодов требует, чтобы сотни микроскопических компонентов касались обоих контактов, что создаёт сложную задачу для производителей устройств.
В журнале Applied Physics Letters исследователи из Нанкинского университета использовали питание переменным током (AC) для управления светодиодным устройством вместо постоянного тока, что значительно упростило процесс изготовления наноразмерных светодиодных устройств.
«Использование переменного тока было абсолютно необходимо для нашей конструкции», — сказал автор Тао Тао. «Это позволило нам исследовать новый режим поведения светодиодов».
Помимо упрощения конструкции за счёт использования переменного тока и одного контакта, исследователи разработали ключевые улучшения на протяжении всего процесса изготовления и общей производительности устройства.
«Мы стремились доказать, что одноконтактный нано-светодиод, управляемый переменным током, может работать эффективно, но мы не остановились на простой демонстрации», — сказал Тао. «Мы не только создали устройство, но и проанализировали его электрооптическое поведение и разработали модель для объяснения основных механизмов».
Контролируя частоту переменного тока, исследователи проверили, как устройство работает на квантовом уровне, где электроны превращаются в фотоны, а электрический ток преобразуется в свет.
«Это похоже на настройку источника переменного тока, выбор правильной частоты для конкретного применения», — сказал Тао. «Например, для дисплея, расположенного близко к глазам, вы можете выбрать достаточно высокую частоту, чтобы любое мерцание было вне диапазона человеческого зрения, но при этом следить за точкой насыщения, когда каждый цикл слишком короткий для генерации фотонов».
Их прототип был изготовлен путём наслоения полупроводниковых материалов и использования процесса травления для создания массива наностержней толщиной 300 нанометров на поверхности. Гладкие, однородные наностержни без шероховатостей и дефектов обеспечивают улучшение квантовой эффективности устройства — преобразования электрической энергии в свет.
«Именно здесь размер нано действительно меняет правила игры — вы не можете достичь плотности пикселей, необходимой для очков дополненной реальности следующего поколения, с помощью традиционных размеров светодиодов», — сказал Тао.
Хотя их анализ особенно актуален для дисплеев, расположенных близко к глазам, он также имеет применение в оптической связи и биомедицинских устройствах.
«Впереди как академические, так и прикладные исследования», — сказал Тао. «Потенциальная выгода — это устройства меньшего размера, более эффективные и предлагающие визуальные впечатления, которые являются шагом вперёд по сравнению с тем, что мы имеем сегодня».
Предоставлено Американским институтом физики.