2023年2月6日消息——麻省理工(MIT)最近宣布,其工程师已经开发出一种新方法来制造更清晰无瑕的显示器,也就是发明出了垂直全彩微型LED。
在保持有效性能的同时,微型LED逼近极限值。这种制约在增强现实和虚拟现实(AR/VR)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。
为了解决这一问题,麻省理工学院的一个团队发明了一种方法,将红色、绿色和蓝色LED(发光二极管)并排放置在水平拼接中,从而产生垂直的彩色像素。
根据麻省理工学院的说法,每个堆叠的像素可以产生完整的商业颜色范围,尺寸约为4微米宽(作为背景,人的头发的范围在17-181微米之间)。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,垂直像素化是在更小的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,”Kim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。”
该团队的研究结果已发表在《自然》上。Kim和Shin的共同作者包括Kim实验室的成员们,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。
在一篇报道该公告的博客文章中,麻省理工学院指出,今天的数字显示器是通过有机发光二极管(OLED)发光,这是领先的数字显示技术。然而,随着时间的推移,二极管会退化,导致屏幕上的永久老化效应。这项技术也达到了二极管尺寸的极限,限制了清晰度和分辨率。
对于下一代显示技术,麻省理工学院的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。根据麻省理工学院的说法,微型LED比OLED性能更好,耗能更少,寿命更长。
然而,微型LED的一个问题是,它们的制造需要极高的精度,微型像素需要极高的微观精度来确保精确对齐。如果发现像素不正确,整个设备都需要报废。
为了解决这个问题,麻省理工学院的团队提出了一种可能更节约的方法来制造微型LED,这种方法不需要精确的对像素逐一对齐。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。
Shin补充道:“在传统显示器中,每个红、绿和蓝像素都是横向排列的,这限制了每个像素的大小。”“我们将三个像素垂直堆叠,理论上可以将像素面积减少三分之一。”
该团队制作了一个垂直LED像素的演示,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解释说:“如果红色有更高的电流,蓝色有更弱的电流,像素就会呈现粉红色,以此类推。”“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。”
麻省理工学院的团队表示,他们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。工作将继续朝着制作许多垂直微型LED像素阵列的方向进行。
Kim指出:“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。”“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,这些设备需要高度密集的像素来制作生动图像。”
这项研究得到了美国国家科学基金会、美国国防高级研究计划局(DARPA)、美国空军研究实验室、美国能源部、LG电子、罗姆半导体、法国国家研究机构和韩国国家研究基金会的部分支持。
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