나노와이어 LED가 AR 및 VR 디스플레이를 위한 궁극적인 조명 엔진이 될까요?

07 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 고해상도 밀도, 넓은 시야(FoV), 경량 및 소형 폼 팩터, 낮은 전력 소비는 증강 현실(AR) 및 가상 현실(VR) 디스플레이에 대한 까다로운 요구 사항입니다. 액정 디스플레이(LCD) 및 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이와 비교하여 microLED는 높은 피크 밝기, 우수한 암흑 상태, 고해상도 밀도, 작은 폼 팩터 및 긴 수명으로 인해 더 많은 관심을 받고 있습니다. 반면에 칩 크기가 줄어들수록 측벽 결함으로 인해 microLED 효율이 감소합니다. 따라서 고해상도 밀도와 외부 양자 효율(EQE)의 트레이드 오프는 높은 제조 비용 외에도 microLED를 AR/VR 조명 엔진으로 적용하는 데 있어 주요 과제입니다. 나노와이어 LED는 고해상도 밀도와 높은 EQE를 동시에 달성할 수 있는 큰 가능성을 보여줍니다. 각 픽셀은 서브미크론 나노와이어 어레이로 형성되기 때문에 나노와이어 LED의 효율은 픽셀 크기와 무관하다. 그림 1. (a) xz 평면에서 FDTD 시뮬레이션 모델의 개략도. (b) 파란색 육각형 나노와이어 LED의 평면도. (c) 직경이 다른 단일 나노와이어 LED의 측정된 EL 스펙트럼. (© Opto-Electronic Science) 2018년 Aledia는 피치 크기를 1000µm에서 5µm로 줄였을 때 EQE가 피치 크기와 무관한 나노와이어 LED를 보고했습니다. 다양한 나노와이어 구조 중에서 InGaN/GaN dot-in-wire 육각형 LED는 발광 파장이 와이어 직경에 의해 제어될 수 있고 전기적 성능이 우수하기 때문에 매력적입니다. 전자의 특징은 제작의 어려움을 크게 줄입니다. 그러나 이러한 나노와이어는 원거리장에서 빨강, 녹색 및 파랑 색상에 대해 서로 다른 각도 방사 패턴을 나타내어 눈에 띄는 각도 색상 이동을 일으킵니다. 또한 AR/VR 이미징 시스템의 수용 원뿔이 일반적으로 ±20° 이내이기 때문에 방향성 조명 엔진이 선호됩니다. 따라서 나노와이어의 형상은 XNUMX원색에 대한 일치된 방사 패턴, 높은 광 추출 효율(LEE) 및 좁은 각도 휘도 분포를 동시에 달성하도록 최적화되어야 합니다. 이 기사의 저자(광전자 과학, "AR 및 VR 디스플레이를 위한 각 색상 변이가 감소된 지향성 고효율 나노와이어 LED") 상용 파동 광학 시뮬레이션 소프트웨어 FDTD, Ansys Inc.)를 통해 3D 쌍극자 구름으로 InGaN/GaN 나노와이어 LED 형상을 최적화했습니다. 그림 2. (ac) 최적화되지 않은 (a) 청색, (b) 녹색 및 (c) 적색 LED에 대한 정규화된 2D 각도 분포. (d) 최적화되지 않은(실선) 나노와이어 LED와 최적화된(파선) 나노와이어 LED 간의 정규화된 1D 각도 분포 비교. (e) 최적화 전후 0°에서 30° 시야각으로 시뮬레이션된 평균 색상 이동. (© Opto-Electronic Science) 그들은 Ra의 실험 결과를 기반으로 다색 육각 단일 InGaN/GaN dot-in-nanowire LED 모델을 제안합니다. 그들은 3D 대형 박스 모니터와 소형 박스 모니터를 설정하여 각각의 비율로 광 추출 효율(LEE)을 정의하는 방출 전력과 쌍극자 전력을 계산했습니다. 게다가 원거리 분포 맵은 구조물 위에 배치된 2D 전력 모니터로 캡처됩니다. 그림 1(b)에서 알 수 있듯이 육각형 대칭으로 인해 각각 내접원과 외접원으로 정의되는 두 그룹의 쌍극자를 시뮬레이션합니다. 쌍극자 소스의 방출 파장은 필터링되지 않은 측정 방출 스펙트럼을 따릅니다(그림 1(c)의 실선). 컬러 필터가 없는 1개의 나노와이어는 모두 인듐 원자 확산을 완벽하게 제어하기 어렵기 때문에 사이드 로브 방출을 가지고 있습니다. 그림 20(c)의 파선에 표시된 것처럼 이 사이드 로브 방출은 컬러 필터를 적용한 후에 극적으로 억제됩니다. 원뿔을 수용하는 AR 이미징 시스템을 고려하여 작성자는 유효 LEE를 ±9.3° 이내의 LEE로 정의합니다. 최적화 후 청색, 녹색 및 적색 나노와이어 LED의 유효 LEE는 각각 [18.8%, 30.6%, 10.0%]에서 [25.6%, 33.0%, XNUMX%]로 증가합니다. 그림 3. (a) 청색 InGaN μLED, (b) 녹색 InGaN μLED 및 (c) 적색 AlGaInP μLED의 측정된 EQE와 나노와이어 LED(수평 점선)의 계산된 유효 EQE를 메사 직경의 함수로 비교. 수직 점선: 메사 크기가 10μm인 μLED의 EQE. (© Opto-Electronic Science) 크기에 따른 청색 및 녹색 InGaN μLED와 비교하여 생성된 빛의 100%가 이미징 시스템에 결합될 수 있다고 가정하면 파란색 나노와이어 LED가 메사 크기가 더 작은 μLED보다 우수한 성능을 나타냅니다. 그림 10(a)와 같이 3 µm보다 큽니다. 또한 그림 3(b)는 녹색 나노와이어 LED의 유효 LEE가 80μm μLED의 유효 LEE보다 훨씬 높다는 것을 나타냅니다. AlGaInP 적색 μLED와 비교할 때 적색 나노와이어 LED는 칩 크기가 20μm인 것보다 더 효율적입니다(그림 3(c)). 놀랍게도 10μm 메사 크기와 비교할 때 파란색 나노와이어 LED는 비슷한 밝기를 제공하는 반면 녹색 및 빨간색 나노와이어 LED는 각각 1.6배 및 1.4배 더 높은 효율을 제공할 수 있습니다. 따라서 나노와이어 LED는 작은 픽셀 크기와 고해상도 밀도에서 μLED보다 현저하게 높은 효율을 나타냅니다.

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• 출처: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62107.php