Переход на переменный ток открывает путь к созданию нано-светодиодов для VR-шлемов

Оптические и сканирующие электронные микроскопические изображения нано-светодиодного устройства, использующего переменный ток вместо постоянного, что может стать прорывом для создания более четких дисплеев ближнего поля. Автор: Тао Тао

Светодиоды (LED) являются ключевыми компонентами дисплеев ближнего поля, таких как шлемы виртуальной и дополненной реальности, умные очки, а также электроники вроде камер и медицинского оборудования.

Обычные светодиоды используют постоянный ток, что требует двух контактов — положительного и отрицательного для подключения к источнику питания. Поскольку форм-факторы устройств продолжают уменьшаться, создание нано-светодиодов требует, чтобы каждый из сотен микроскопических компонентов касался обоих контактов, что создает сложную проблему юстировки для производителей.

В журнале Applied Physics Letters исследователи из Нанкинского университета использовали для питания светодиодного устройства переменный ток вместо постоянного, что значительно снизило сложность изготовления наноразмерных светодиодных устройств.

«Использование переменного тока было абсолютно необходимым для нашей конструкции, — заявил автор работы Тао Тао. — Это позволило нам исследовать новый режим поведения светодиодов».

Помимо упрощения конструкции за счет использования переменного тока и всего одного контакта, исследователи разработали ключевые улучшения во всем процессе изготовления и общей производительности устройства.

«Мы стремились доказать, что нано-светодиод с одним контактом, управляемый переменным током, может эффективно работать, но мы не остановились на простой демонстрации, — сказал Тао. — Мы не только создали устройство, но и проанализировали его электрооптическое поведение и разработали модель, объясняющую лежащие в основе механизмы».

Контролируя частоту переменного тока, исследователи тестировали, как устройство работает на квантовом уровне, где электроны превращаются в фотоны, а электрический ток преобразуется в свет.

«Это похоже на настройку шкалы источника переменного тока, выбор правильной частоты для приложения, — объяснил Тао. — Например, для дисплея ближнего поля вы можете выбрать частоту, достаточно высокую, чтобы любое мерцание было далеко за пределами диапазона человеческого зрения, но вы также следите за точкой насыщения, где каждый цикл слишком короток для генерации фотонов».

Их прототип был изготовлен путем наслоения полупроводниковых материалов и использования процесса травления для создания массива наностержней толщиной 300 нанометров на поверхности. Гладкие, однородные наностержни без шероховатостей или дефектов обеспечивают улучшение квантовой эффективности устройства — преобразования электрической мощности в свет.

«Именно здесь наноразмер действительно меняет правила игры — вы не можете достичь плотности пикселей, необходимой для очков AR следующего поколения, с традиционными размерами светодиодов», — отметил Тао.

Хотя их анализ особенно актуален для дисплеев ближнего поля, он также имеет применение в оптической связи и биомедицинских устройствах.

«Впереди как академические, так и прикладные исследования, — сказал Тао. — Потенциальная выгода — это устройства, которые меньше, эффективнее и предлагают визуальные ощущения, которые представляют собой скачок по сравнению с тем, что мы имеем сегодня».

Больше информации: Investigation on fabrication and physical mechanisms of single-contact AC-driven nano-LED devices, Applied Physics Letters (2025). DOI: 10.1063/5.0292605

Источник: American Institute of Physics

Интересный факт: современные VR-шлемы высокого класса, такие как Meta Quest 3, уже используют дисплеи с плотностью пикселей около 30 пикселей на градус, но для достижения эффекта «экрана-окна» без видимой пикселизации требуется плотность свыше 60 PPD, что и обещают технологии нано-светодиодов.

* Meta, Facebook и Instagram запрещены в России.