垂直堆叠发光二极管，而不是并排放置，可以实现完全身临其境的虚拟现实显示器和更高分辨率的数字屏幕。
麻省理工学院工程师开发了一种制造更清晰、无缺陷显示器的新方法。该团队发明了一种堆叠二极管以创建垂直、多色像素的方法，而不是在水平拼凑中并排标记红色、绿色和蓝色二极管。
图片：YoungheeLee的插图
拆开笔记本电脑屏幕，在它的核心，你会发现一个带有红色、绿色和蓝色LED像素图案的盘子，从头到尾排列，就像一丝不苟的LiteBrite显示器。当供电时，LED一起可以产生彩虹中的每个部分，以生成全彩显示器。多年来，单个像素的尺寸缩小了，使更多的像素被打包到设备中，以生产更清晰、更高分辨率的数字显示器。
但与计算机晶体管非常相似，LED正在达到其体积的限制，这种体积限制允许其能有效运行。这种限制在增强现实和虚拟现实设备等近距离显示器中尤为明显，其中有限的像素密度导致“屏幕门效应”，使用户能够感知像素之间空间中的条纹。
现在，麻省理工学院的工程师开发了一种制作更清晰、无缺陷显示器的新方法。该团队没有在水平方向的拼接中并排替换红色、绿色和蓝色发光二极管，而是发明了一种堆叠二极管以创建垂直、多色像素的方法。
每个堆叠的像素可以生成完整的颜色范围，尺寸约为4微米宽。微观像素或“微型LED”可以封装到每英寸像素的密度（即dpi)。
麻省理工学院机械工程副教授JeehwanKim说：“这是期刊上报道的最小的微型LED像素，也是最高的像素密度。我们表明，垂直像素化是在较小的面积下实现更高分辨率显示器的方法。”
Kim研究小组博士后JihoShin补充说：“对于虚拟现实来说，现在它们的真实程度是有限的。”“有了我们的垂直微型LED，您可以拥有完全身临其境的体验，并且无法区分虚拟和现实。”
该团队的结果今天发表在《自然》杂志上。Kim和Shin的合著者包括Kim实验室的成员、麻省理工学院的研究人员，以及来自佐治亚理工大学欧洲、世宗大学以及美国、法国和韩国多所大学的合作者。
今天的数字显示器是通过有机发光二极管（OLED）发光来显示的，OLED是响应电流而发光的塑料二极管。OLED是领先的数字显示技术，但二极管可能会随着时间的推移而降解，导致屏幕永久坏点（burn-in)效应。该技术还达到了二极管缩小尺寸的极限，限制了其清晰度和分辨率。
对于下一代显示技术，研究人员正在探索无机MicroLED——这种二极管的大小是传统LED的百分之一，由无机、单晶半导体材料制成。与OLED相比，MicroLED可以性能更好，需要更少的能量，并且持续时间更长。
但MicroLED制造需要极高的准确性，因为红色、绿色和蓝色的微观像素首先需要分别生长在晶圆上，然后精确地放置在板上，相互精确对齐，以便正确反射和产生各种颜色和色调。实现这种微观精度是一项艰巨的任务，如果发现像素不合适，则整个显示设备需要报废。
Kim说：“这种挑选和放置的制造很可能会在非常小的范围内对齐像素。”“如果你错位，你必须扔掉那些材料，否则可能会破坏显示器。”
麻省理工学院团队想出了一种可能不那么浪费的方法来制造不需要精确、逐像素对齐的微型LED。与传统的水平像素排列形成鲜明对比的是，该技术是一种完全不同的垂直LED方法。
Kim的团队专门开发制造纯净、超薄、高性能膜的技术，以期设计更小、更薄、更灵活和功能齐全的电子产品。该团队之前开发了一种从硅片和其他表面的晶片中生长和剥离完美、二维、单晶材料的方法——他们称之为基于2D材料的层转移或2DLT的方法。
在目前的研究中，研究人员采用了同样的方法来生长红色、绿色和蓝色LED的超薄膜。然后，他们将整个LED膜从基片上剥离，并将它们堆叠在一起，制成带有一层红色、一层绿色和一层蓝色膜的多层蛋糕。然后，他们可以将蛋糕雕刻成微小的垂直像素图案，每个像素小至4微米宽。
Shin指出：“在传统显示器中，每个R、G和B像素都是横向排列的，这限制了您可以创建每个像素的大小。”“因为我们是垂直堆叠所有三个像素，因此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，并表明通过改变每个像素的红色、绿色和蓝色膜的电压，他们可以在单个像素中产生各种颜色。
Shin说：“如果你将大电流给红色，弱电流给到到蓝色，像素会显示为粉红色，以此类推。”“我们能够创建所有混合颜色，我们的显示器可以覆盖商业可用的差不多全部色彩空间。”
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激励单个结构来产生全方位的颜色。他们将致力于制作包含许多垂直微型LED像素的阵列。
Shin说：“你需要一个系统来单独控制万个LED（的每一个）。”“在这里，我们只部分地证明了这一点。主动矩阵操作是我们需要进一步发展的东西。”
Kim说：“目前，我们已经表明，我们可以种植、剥离和堆叠超薄LED。”“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，在这些显示器中，您希望高度密度的像素能够制作生动、清晰的图像。”
编译htb,信息来源自mit.edu，作者JenniferChu，略有修改
