Nieuwe perovskietgroeimethode leidt tot micro-LED-displays met ultrahoge resolutie

Microschaal light-emitting diodes (micro-LED’s) zijn in opkomst als een weergavetechnologie van de volgende generatie voor optische communicatie, augmented en virtual reality, en draagbare apparaten. Metaalhalide-perovskieten vertonen een groot potentieel voor efficiënte lichtemissie, transport over lange afstanden en schaalbare productie, waardoor ze potentieel ideale kandidaten zijn voor heldere LED-displays.

De productie van dunnefilm-perovskieten die geschikt zijn voor micro-LED-displays staat echter voor serieuze uitdagingen. Perovskieten met een dunne film kunnen bijvoorbeeld een inhomogene lichtemissie vertonen, en hun oppervlakken kunnen onstabiel zijn wanneer ze aan lithografie worden onderworpen. Om deze redenen zijn er oplossingen nodig om dunnefilm-perovskieten compatibel te maken met micro-LED-apparaten.

Onlangs heeft een team van Chinese onderzoekers onder leiding van professor Wu Yuchen van het Technisch Instituut voor Natuurkunde en Scheikunde van de Chinese Academie van Wetenschappen aanzienlijke vooruitgang geboekt bij het overwinnen van deze uitdagingen. Het team heeft een nieuwe methode ontwikkeld voor de epitaxiale groei op afstand van continue kristallijne dunne films van perovskiet. Deze vooruitgang maakt naadloze integratie mogelijk in micro-LED’s met ultrahoge resolutie en pixels van minder dan 5 μm.

De resultaten van hun onderzoek, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie beschrijf op 15 januari een epitaxiale groeitechniek op afstand die gebruik maakt van een grafeen-tussenlaag om continue kristallijne dunne perovskietfilms te creëren over een gebied van 4 cm². Deze methode elimineert effectief korrelgrenzen en bereikt een zuivere kristallografische oriëntatie buiten het vlak.

Met behulp van deze single-kristallijne, vrijstaande dunne perovskietfilms bereikten de onderzoekers opmerkelijke resultaten voor micro-LED’s, waaronder een elektroluminescentie-efficiëntie van 16,1%, een helderheid van 4 x 10⁵ cd m^-2en ultrahoge resolutie met een pixelgrootte van 4 μm.

De vrijstaande perovskieten kunnen eenvoudig worden geïntegreerd met commerciële elektronische platforms, waardoor onafhankelijke en dynamische controle van elke pixel mogelijk wordt. Deze mogelijkheid kan worden toegepast op zowel statische afbeeldingen als videoweergaven.

Deze methode maakt het mogelijk om full-colour micro-LED-displays te construeren door meerdere perovskietcomponenten te integreren. Bovendien kunnen de perovskietfilms monolithisch worden geïntegreerd met nanofotonische structuren, zoals resonante metasurfaces en fotonische kristallen, wat de weg vrijmaakt voor de ontwikkeling van ultracompacte fotonische apparaten.