Nuevos avances en la tecnología de diodos emisores de luz, en concreto relacionada con los micro-LED (μLED), podrían revolucionar la forma en que vemos las pantallas de realidad virtual. Actualmente, cuando se usa un casco de realidad virtual, la imagen puede verse a través de una malla oscura que da la impresión de estar mirando a través de una pantalla. Sin embargo, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado un nuevo proceso basado en materiales en dos dimensiones (2D) que permite crear pantallas LED con píxeles más pequeños y delgados, lo que promete pantallas más claras y realistas.
El equipo acaba de mostrar los resultados de su investigación en un paper publicado en la revista Nature titulado «Vertical full-colour micro-LEDs via 2D materials-based layer transfer». Entre los coautores figuran también investigadores de la Universidad de Sejong (Corea) y de otras instituciones de Estados Unidos y Corea del Sur.
El estudio demostró que las pantallas pixeladas más finas y pequeñas del mundo pueden conseguirse mediante una tecnología de separación de capas activas que utiliza materiales 2D como el grafeno y el boro para hacer posibles micro-LEDs de alta densidad de matriz que permiten la realización de pantallas micro-LED a todo color.
Realidad virtual y aumentada con microLEDs
Las pantallas planas actuales, utilizadas en cascos y gafas de realidad virtual y aumentada, utilizan píxeles visibles a simple vista, junto con pequeños espacios oscuros no iluminados entre cada píxel que pueden aparecer como una ‘rejilla’ negra en forma de malla.
La tecnología microLED tiene la capacidad de resolver estos problemas con una mayor luminancia y unos píxeles por pulgadas extremadamente altos. Sin embargo, los procesos de fabricación convencionales basados en el en el ensamblaje lateral de μLED rojos, verdes, azules (RGB) tienen importantes limitaciones para la mejorar la densidad de píxeles.
Abdallah Ougazzaden, catedrático de Georgia Tech-Europa, y Suresh Sundaram, investigador científico de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech, han colaborado con investigadores del MIT para dar la vuelta al proceso convencional de fabricación de LED.
En lugar de utilizar los procesos actuales basados en la colocación de LED rojos, verdes y azules (RGB) uno al lado del otro, lo que limita la densidad de píxeles, el equipo apiló verticalmente membranas de LED RGB ultrafinas y autónomas, consiguiendo una densidad de matriz de 5.100 píxeles por pulgada y con un tamaño de píxel de solo 4 μm.
“Aquí presentamos μLED apilados verticalmente a todo color que, hasta donde sabemos, alcanzan la mayor densidad de matriz (5.100 píxeles por pulgada) y el menor tamaño (4 μm) registrados hasta la fecha”, señalan los investigadores.
Esto ha sido posible gracias a una técnica de transferencia de capas basada en materiales bidimensionales que permite el crecimiento de LED RGB de un grosor cercano a la submicra sobre sustratos recubiertos de materiales bidimensionales mediante epitaxia remota o de van der Waals, la liberación mecánica y el apilamiento de los LED, seguido de la fabricación descendente.
La altura de apilamiento ‘más pequeña conseguida hasta ahora’, de unos 9 μm, es el factor clave que permite alcanzar una densidad récord en los conjuntos de μLED. Esta pila vertical ultrapequeña se consiguió mediante la tecnología de epitaxia van der Waals sobre nitruro de boro 2D desarrollada en el laboratorio Georgia Tech-Europe y la tecnología de epitaxia remota sobre grafeno desarrollada en el MIT.
Una faceta única de la técnica de transferencia de capas bidimensional basada en materiales (2DLT) es que permite reutilizar las obleas epitaxiales. La reutilización de este costoso sustrato podría reducir considerablemente el coste de fabricación de pantallas más pequeñas, delgadas y realistas.
“Hemos logrado demostrar que esta tecnología avanzada de crecimiento y transferencia 2D basada en materiales puede superar a la tecnología convencional de crecimiento y transferencia en ámbitos específicos, como las pantallas de realidad virtual y aumentada», afirma Ougazzaden.
Estas técnicas avanzadas se desarrollaron en reactores de deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD), la herramienta clave para la producción de LED a escala de oblea. La técnica 2DLT puede reproducirse a escala industrial con un alto rendimiento. Esta tecnología tiene el potencial de llevar el campo de la realidad virtual y aumentada a un nivel superior, haciendo posible la próxima generación de pantallas de micro-LED inmersivas y realistas.
“Esta tecnología emergente tiene un enorme potencial para la electrónica flexible y la integración heterogénea en optoelectrónica, que creemos que desarrollará nuevas funcionalidades y atraerá a la industria para desarrollar productos comerciales, desde pantallas de teléfonos inteligentes hasta dispositivos médicos”, concluye Ougazzaden.
Imagen de portada: Ilustración de LED apilados. Créditos de imagen: Younghee Lee
