如果拆開你的筆記本電腦屏幕，你會發現其核心是一塊由紅色、綠色和藍色LED像素組成的平板，端對端排列，就像一塊整齊的Lite Brite顯示屏。當通電時，這些LED可以產生彩虹中的每一種顏色，從而形成全彩顯示器。多年來，單個像素的尺寸已經不斷縮小，使得更多的像素可以被封裝到設備中，以生產更清晰、更高分辨率的數字顯示器。

但與計算機晶體管一樣，LED在保證其有效性能的同時，也達到了其物理尺寸極限。這種限制在近距離顯示設備（如ARVR設備）中尤其明顯，有限的像素密度會導致“屏幕門效應”，從而會讓用戶感知到像素之間的波紋。

目前，麻省理工學院的工程師們已經開發出一種新的方法來制造更清晰、無缺陷的顯示器。該團隊發明了一種堆疊二極管的方法，以創建垂直的多色像素，而不是水平地并排放置紅色、綠色和藍色LED。

每個堆疊的像素可以產生各種可見顏色，寬度約為4微米。這種微型像素或“MicroLED”的堆疊密度可以達到每英寸5000像素。

麻省理工學院機械工程副教授Jeehwan Kim表示：“這是最小的MciroLED像素，也是目前所知的可達到的最高像素密度。我們證明了，垂直像素化是以更小面積實現更高分辨率顯示器的方法?！?/p>

“對于VR來說，它們目前的觀看真實程度是有限的，”Kim教授研究小組的博士后Jiho Shin補充道?！拔覀兊拇怪盡icroLED，可以讓您獲得完全沉浸式的體驗，而且無法區分虛擬與現實的差別?！?/p>

像素放置

目前的數字顯示器是通過有機發光二極管（OLED）來發光的，OLED是一種塑料二極管，通過響應電流來發光。OLED是目前領先的數字顯示技術，但隨著時間的推移，二極管會退化，從而導致屏幕永久老化。這項技術也面臨著二極管尺寸達到極限的問題，限制了它們的清晰度和分辨率。

對于下一代顯示技術，研究人員正在探索無機MicroLED，這種二極管的尺寸是傳統LED的百分之一，由無機單晶半導體材料制成。MicroLED比OLED具有更好性能，但只需更少的能量，使用時間也更長。

但MicroLED的制造需要極高的精度，因為紅色、綠色和藍色的微型像素需要首先在晶圓上單獨生長，然后將它們精確地放置在基板上，彼此精確對齊，以便能正確反射并產生各種顏色和色調。實現這樣的微觀精度是一項艱巨的任務，如果像素放置不正確，則整個設備都將報廢。

“這種拾取和放置的制造很可能會在很小的范圍內使像素錯位，”Kim表示?！叭绻坏┏霈F錯位，你就必須舍棄這些材料，否則可能會毀了整塊顯示器。”

顏色堆疊

麻省理工學院的團隊提出了一種潛在的、更環保的方法來制造MicroLED，這種方法不需要精確的逐像素對準。與傳統的水平像素排列相比，該技術是一種完全不同的垂直LED方法。

Kim的團隊致力于開發制造超薄、高性能的純薄膜技術，以期設計出更小、更薄、更靈活、更實用的電子產品。該團隊之前開發了一種從硅晶圓和其他表面生長和剝離出完美二維單晶材料的方法——他們稱之為基于二維材料的層轉移（2DLT）。

在目前的研究中，研究人員采用了同樣的方法來生長紅色、綠色和藍色LED超薄膜。然后，他們將整個LED膜從基片上剝離，并將它們堆疊在一起，形成一層由紅色、綠色和藍色膜組成的模塊。然后，他們可以將該模塊切割成微小的垂直像素圖案，每個像素的寬度只有4微米。

Shin指出：“在傳統顯示器中，每個R、G和B像素都是橫向排列的，這限制了您可以創建每個像素的大小。因為我們垂直堆疊這三個像素，理論上我們可以將像素面積減少三分之一。”

為了演示，該團隊制作了一塊垂直LED像素，并證明了可通過改變施加到每個像素中的紅、綠和藍膜上的電壓，在該像素中可以產生各種顏色。

Shin表示：“如果通過紅色像素的電流高，而通過藍色的電流弱，像素就會呈現粉紅色，以此類推。我們能夠創造所有的混合色，我們的顯示器可以囊括幾乎所有可用的商業色彩?！?/p>

該團隊計劃再改進對垂直像素的處理。到目前為止，他們已經證明了，他們可以刺激一個單獨的結構，產生全光譜的顏色。他們將致力于制作一個由許多垂直MicroLED像素組成的陣列。

“需要有一個可單獨控制2500萬個LED的系統，”Shin表示。“目前我們只是部分證明了這一點。有源矩陣運算是我們需要進一步研究的?！?/p>

“目前，我們已經展示了我們可以生長、剝離和堆疊超薄LED，”Kim表示?！斑@是對于智能手表和VR設備等小型顯示設備來說的最優解決方案，在這些設備中，需要高密度像素來生成清晰、生動的圖像。”

編輯：黃飛

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