تعد مصابيح NanoLED الصغيرة بإمكانيات عرض جديدة

لقد كانت شاشات MicroLED، التي يبلغ عرضها ميكرومترًا فقط، شائعة في عالم العرض منذ فترة طويلة. الآن، بدأ صانعو microLED في تقليص إبداعاتهم إلى عالم النانو المجهول. في شهر يناير، كشفت شركة ناشئة تدعى Polar Light Technologies عن نموذج أولي لمصابيح LED زرقاء يبلغ عرضها أقل من 500 نانومتر. وهذا يثير سؤالاً مغريًا: إلى أي مدى يمكن أن تتقلص مصابيح LED؟

نحن نعلم أن الإجابة، على الأقل، أصغر بكثير. في العام الماضي، قامت مجموعتان بحثيتان مختلفتان بعرض وحدات بكسل LED بأحجام 100 نانومتر أو أقل.

هذه بعض من أصغر مصابيح LED التي تم إنشاؤها على الإطلاق. إنها تترك الكثير مما هو مرغوب فيه من حيث كفاءتها، ولكن في يوم من الأيام، يمكن لمصابيح LED النانوية تشغيل شاشات الواقع الافتراضي فائقة الدقة والضوئيات ذات النطاق الترددي العالي على الرقاقة. والمفتاح لصنع مصابيح LED أصغر حجمًا، إذا كانت هذه المحاولات المبكرة لها أي سابقة، قد يكون صنع المزيد من مصابيح LED غير العادية.

طرق جديدة ل LED

خذ مثال بولار لايت. مثل العديد من مصابيح LED، تم تصميم الثنائيات الخاصة بالشركة الناشئة في السويد من أشباه الموصلات III-V مثل نيتريد الغاليوم (GaN) ونيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). على عكس العديد من مصابيح LED، التي يتم حفرها في أشباه الموصلات من الأعلى إلى الأسفل، يتم تصنيع مصابيح Polar Light عن طريق بناء أهرامات سداسية الشكل بشكل غريب من الأسفل إلى الأعلى.

صممت Polar Light أهراماتها لسوق microLED الأكبر حجمًا، وتخطط لبدء الإنتاج التجاري في أواخر عام 2026. لكنهم أرادوا أيضًا اختبار مدى صغر حجم أهراماتهم. لقد صنعوا حتى الآن أهرامات يبلغ عرضها 300 نانومتر. يقول أوسكار فجرسون، الرئيس التنفيذي لشركة Polar Light: “لم نصل إلى الحد الأقصى بعد”. “هل نعرف الحد الأقصى؟ لا، لا نعرف ذلك، ولكننا نستطيع ذلك [make] منهم أصغر.”

وفي أماكن أخرى، قام الباحثون بذلك بالفعل. تأتي بعض أصغر مصابيح LED في العالم من مجموعات تخلت عن أشباه الموصلات القياسية III-V لصالح أنواع أخرى من مصابيح LED، مثل OLEDs.

يقول تشيه جين شيه، وهو مهندس كيميائي في ETH Zurich في سويسرا: “نحن نفكر في مسار مختلف لأشباه الموصلات العضوية”. كان شيه وزملاؤه مهتمين بإيجاد طريقة لتصنيع شاشات OLED صغيرة على نطاق واسع. باستخدام تقنية تعتمد على الطباعة الحجرية ذات الشعاع الإلكتروني، قاموا بصناعة مصفوفات من OLEDs الخضراء ذات وحدات بكسل صغيرة يصل عرضها إلى 100 نانومتر.

حيث تحتوي أفضل شاشات العرض اليوم على 14000 بكسل لكل بوصة، فإن مصابيح LED النانوية هذه – التي تم تقديمها في أكتوبر 2025 الضوئيات الطبيعة الورق – يمكن أن يصل إلى 100000 بكسل في البوصة.

وقد جربت مجموعة أخرى استخدام البيروفسكايت، وهي مواد على شكل قفص تشتهر ببراعتها في تصنيع الألواح الشمسية عالية الكفاءة. اكتسبت البيروفسكايت مؤخرًا قوة جذب في مصابيح LED أيضًا. يقول داوي دي، المهندس في جامعة تشجيانغ في هانغتشو بالصين: “أردنا أن نرى ما سيحدث إذا جعلنا مصابيح البيروفسكايت LED أصغر حجمًا، وصولاً إلى مقياس الطول بالميكرومتر والنانومتر”.

بدأت مجموعة دي ببكسلات LED البيروفسكايت الضخمة نسبيًا، والتي تقيس مئات الميكرومترات. ثم قاموا بتصنيع تسلسلات من وحدات البكسل الأصغر فأصغر، كل منها أصغر من سابقتها. وحتى بعد علامة 1 ميكرومتر، لم تتوقف: 890 نانومتر، ثم 440 نانومتر، ووصلت إلى القاع عند 90 نانومتر فقط. تم تقديم هذه البكسلات الحمراء والخضراء مقاس 90 نانومتر في مارس 2025 طبيعة من المحتمل أن يمثل الورق أصغر مصابيح LED التي تم الإبلاغ عنها حتى الآن.

تحديات الكفاءة

ولسوء الحظ، فإن الحجم الصغير له تكلفة: فتقلص مصابيح LED يؤدي أيضًا إلى تقليص كفاءتها. تتمتع مصابيح البيروفسكايت النانوية التي طورها فريق دي بكفاءات كمية خارجية – وهي مقياس لعدد الإلكترونات المحقونة التي يتم تحويلها إلى فوتونات – بحوالي 5 إلى 10 بالمائة؛ كان أداء مصفوفات nano-OLED الخاصة بمجموعة شيه أفضل قليلاً، حيث تجاوزت 13 بالمائة. للمقارنة، يمكن لمصابيح LED النموذجية ذات الحجم المليمتري III-V أن تصل إلى 50 إلى 70 بالمائة، اعتمادًا على لونها.

ومع ذلك، فإن شيه متفائل بأن تعديل كيفية تصنيع شاشات OLED النانوية يمكن أن يعزز كفاءتها. يقول شيه: “من حيث المبدأ، يمكنك تحقيق كفاءة كمية خارجية بنسبة 30% أو 40% باستخدام OLEDs، حتى مع وجود بكسل أصغر، لكن الأمر يستغرق وقتًا لتحسين العملية”.

ويعتقد دي أن الباحثين يمكن أن يأخذوا مصابيح البيروفسكايت النانوية إلى كفاءة أقل خطورة عن طريق تعديل المادة. وعلى الرغم من أن مجموعته تركز الآن على مصابيح microLED الكبيرة المصنوعة من البيروفسكايت، إلا أن دي يتوقع أن يأخذ الباحثون في نهاية المطاف في الاعتبار الفجوة في كفاءة مصابيح LED النانوية. يقول دي إنه إذا أصبحت تطبيقات مصابيح LED الأصغر حجمًا جذابة، “فإن هذه المشكلة قد تصبح ذات أهمية متزايدة”.

ما الذي يمكن استخدام مصابيح NanoLED فيه؟

ما الذي يمكنك فعله بالفعل باستخدام مصابيح LED الصغيرة هذه؟ اليوم، يأتي الدفع نحو وحدات البكسل الأصغر حجمًا إلى حد كبير من أجهزة مثل النظارات الذكية وسماعات الواقع الافتراضي. إن صانعي شاشات العرض هذه متعطشون لوحدات بكسل أصغر وأصغر في سعيهم للحصول على جودة صورة متطورة مع استهلاك منخفض للطاقة (أحد أسباب أهمية الكفاءة). يقول فجرسون من Polar Light إن مصنعي الزجاج الذكي اليوم يبحثون بالفعل عن 3 ميكرومتر بكسل.

لكن الباحثين يشككون في أن شاشات الواقع الافتراضي ستحتاج إلى وحدات بكسل أصغر من حوالي 1 ميكرومتر. قم بتقليص وحدات البكسل إلى ما هو أبعد من ذلك، وسوف تتقاطع مع الضوء الخاص بها حد الحيود– وهذا يعني أنها ستصبح صغيرة جدًا بحيث يتعذر على العين البشرية حلها. لقد تجاوزت مجموعتا Shih وDi بالفعل الحد الأقصى بوحدات البكسل ذات الـ 100 نانومتر و90 نانومتر.

بدلاً من ذلك، قد يتم استخدام مصابيح LED الصغيرة جدًا في أنظمة الضوئيات الموجودة على الرقاقة، مما يسمح لأمثال مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي بالتواصل مع نطاقات ترددية أكبر مما هي عليه اليوم. عملاق تصنيع الرقائق TSMC هو تحاول بالفعل تجربة وصلات microLEDومن السهل أن نتخيل تحول صانعي الرقائق إلى مصابيح LED أصغر حجمًا في المستقبل.

لكن أصغر مصابيح LED النانوية قد يكون لها تطبيقات أكثر غرابة، لأنها أصغر من الأطوال الموجية للضوء. يقول شيه: “من وجهة نظر عملية، فأنت تصنع مكونًا جديدًا لم يكن ممكنًا في الماضي”.

على سبيل المثال، أظهرت مجموعة شيه أن شاشات OLED النانوية الخاصة بهم يمكن أن تشكل سطحًا فوقيًا، وهو هيكل يستخدم أحجام البكسلات النانوية للتحكم في كيفية تفاعل كل بكسل مع جيرانه. يومًا ما، يمكن لأجهزة مماثلة تركيز ضوء nanoLED في أشعة تشبه الليزر أو إنشاء شاشات ثلاثية الأبعاد ثلاثية الأبعاد بتقنية nanoLED.