垂直的、全彩的微型led被开发出来

照明的见解

• 麻省理工学院的研究人员已经开发出一种方法，通过堆叠红色、绿色和蓝色发光二极管(led)来制造垂直的彩色像素，从而制造出更清晰、无缺陷的显示器。
• 这一发展可能使完全沉浸式虚拟现实显示器和更高分辨率的数字屏幕成为可能，而这两种显示器正开始达到极限。

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多年来，单个像素的尺寸不断缩小，这使得更多的像素可以装入设备中，以产生更清晰、分辨率更高的数字显示器。然而，就像计算机晶体管一样，发光二极管(led)在高效工作的同时也达到了其尺寸的极限。这种限制在增强和虚拟现实设备等近距离显示中尤其明显，在这些设备中，有限的像素密度会导致“纱门效应”，这样用户就会在像素之间的空间中感知条纹。

麻省理工学院的工程师已经开发出一种制造更清晰、无缺陷显示器的方法。该团队发明了一种方法，将这些二极管堆叠在一起，以产生垂直的彩色像素，而不是将红色、绿色和蓝色led并排地替换为水平拼接。

每个堆叠的像素可以产生完整的商业颜色范围，宽度约为4微米。这种微型像素或“微型led”的密度可以达到每英寸5000个像素。

麻省理工学院机械工程副教授Jeehwan Kim说:“这是最小的微型led像素，也是期刊中报道的最高像素密度。”“我们的研究表明，垂直像素是在更小的占地面积上实现更高分辨率显示器的方法。”

“对于虚拟现实来说，目前它们的真实程度是有限的，”金博士所在研究小组的博士后Jiho Shin说。“通过我们的垂直微型led，你可以拥有完全沉浸式的体验，而且无法区分虚拟和现实。”

该团队的结果是发表在杂志中大自然。Kim和Shin的共同作者包括Kim实验室的成员，麻省理工学院的研究人员，以及来自乔治亚理工学院欧洲分校、世宗大学以及美国、法国和韩国多所大学的合作者。

将像素

今天的数字显示器是通过有机发光二极管(oled)发光的，这是一种塑料二极管，在电流的作用下发光。oled是领先的数字显示技术，但随着时间的推移，二极管会退化，导致屏幕永久老化。这项技术也达到了二极管尺寸的极限，限制了它们的清晰度和分辨率。

对于下一代显示技术，研究人员正在探索无机微型led，这种二极管的尺寸是传统led的百分之一，由无机单晶半导体材料制成。与oled相比，微型led性能更好，能耗更低，寿命更长。

然而，微型led的制造需要极高的精度，因为红色、绿色和蓝色的微观像素需要首先分别生长在晶圆上，然后精确地放置在板上，彼此精确对齐，以便正确地反射和产生各种颜色和阴影。要达到这样的微观精度是一项艰巨的任务，如果发现像素不正确，整个设备都需要报废。

Kim说:“这种拾取放置的制造方法很可能会在很小的范围内导致像素错位。”“如果你有错位，你必须扔掉这些材料，否则它可能会破坏展示。”

颜色堆栈

麻省理工学院的团队提出了一种可能更节省浪费的方法来制造微型led，这种方法不需要精确的逐像素对齐。该技术是一种完全不同的垂直LED方法，与传统的水平像素排列形成鲜明对比。

Kim的团队专注于开发制造纯超薄高性能薄膜的技术，以期制造更小、更薄、更灵活和功能更强的电子产品。该团队之前开发了一种方法，可以从硅片和其他表面上生长和剥离完美的二维单晶材料，他们称之为二维材料层转移(2D material based layer transfer，简称2DLT)。

在这项研究中，研究人员采用了同样的方法来培养红色、绿色和蓝色led的超薄膜。然后，他们将整个LED薄膜从基片上剥离，并将它们堆叠在一起，制成红色、绿色和蓝色薄膜的层饼。然后，他们可以将蛋糕雕刻成微小的垂直像素图案，每个像素只有4微米宽。

Shin说:“在传统显示器中，每个R、G和B像素都是横向排列的，这限制了每个像素的大小。”“因为我们将三个像素垂直堆叠，理论上我们可以将像素面积减少三分之一。”

作为演示，该团队制作了一个垂直LED像素，并表明通过改变施加在每个像素的红色、绿色和蓝色膜上的电压，他们可以在单个像素中产生各种颜色。

Shin说:“如果你对红色有更高的电流，而对蓝色有更弱的电流，像素就会呈现粉红色，等等。”“我们能够创造所有的混合颜色，我们的显示器可以覆盖接近可用的商业色彩空间。”

该团队计划改进垂直像素的操作。到目前为止，他们已经证明他们可以刺激一个单独的结构来产生全光谱的颜色。他们将致力于制作一个由许多垂直微型led像素组成的阵列。

Shin说:“你需要一个单独控制2500万个led的系统。”“在这里，我们只是部分地证明了这一点。主动矩阵运算是我们需要进一步发展的东西。”

“目前，我们已经向社区展示了我们可以种植、剥离和堆叠超薄led，”Kim说。“这是智能手表和虚拟现实设备等小型显示器的终极解决方案，在这些设备上，你需要高度密集的像素来制作生动、生动的图像。”

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