Nature | MIT竖直堆叠的小尺寸高密度 LED像素阵列

美国麻省理工学院MIT的一个研究团队提出了一种将发光二极管竖直堆叠的新方法，从而形成多色像素，实现更清晰的无缺陷显示器。近年来，尽管传统 LED 像素的尺寸一直在缩小，但尺寸缩小的程度已经达到会影响其性能的程度。这一点对于显示器设计尤其明显，例如增强虚拟现实设备中的显示器，其上有限的像素密度会对图像的感知质量不利。

MIT 提出了一种将红色、绿色和蓝色发光二极管竖直堆叠形成立式像素，而不是将它们水平并排放置在网格中。 立式堆叠的 micro-LED 实现了更小的像素和更高的像素密度。每个堆叠的像素都具有完整的色彩范围。相关研究成果已发表于Nature。

立式堆叠的像素阵列。

麻省理工学院的 Jeehwan Kim 表示，此项工作实现了有报道以来的最小的 Micro-LED 像素和最高的像素密度。立式像素化是在更小的空间内实现更高分辨率显示的有效方式。 而且，垂直堆叠的像素对于创造具有身临其境感受的视觉体验特别有价值，从而使用户实际上无法区分虚拟与现实。

麻省理工学院的 Jiho Shin表示，在传统的LED显示器中，每个 R、G 和 B 像素都是横向排列的，这在根本上限制了每个像素的尺寸。然而，本项工作由于竖直地堆叠所有三个颜色的像素，理论上可以将像素的面积减少三分之一。

制备相关的LED像素的技术建立在麻省理工学院之前研究的基础上，该研究主要解决了如何从硅晶圆和其他表面上生长和剥离完美的二维单晶材料，这种方法被称为基于二维材料的层转移 (2DLT)。在制备立式像素时，研究人员使用相同的方法来生长红色、绿色和蓝色 LED 的超薄膜。 然后，他们将整个 LED 薄膜从其基础晶圆上剥离，并将它们堆叠在一起，制成由红色、绿色和蓝色薄膜组成的三层结构。 最后，将其雕刻成微小的垂直像素图案，每个像素的尺寸只有 4 微米宽。

小型显示器的终极解决方案

目前，垂直 micro-LED 显示器试图通过堆叠独立的 RGB LED 薄膜和自上而下的制备技术来提高像素密度，但实际上堆叠式 micro-LED 的横向尺寸最小化是一个问题。

本项工组不仅实现了全彩、垂直堆叠的 micro-LED像素，而且还实现了迄今为止最高的阵列密度（每英寸 5,100 像素）和最小的尺寸（4 微米）。”

另外，在制备了立式 LED 像素后，实验结果表明，通过改变施加在红色、绿色和蓝色薄膜上的电压可以调控单个像素发出的颜色。 例如，在红色薄膜上施加较高的电流和在蓝色薄膜上施加较弱的电流结合后会产生粉红色。 因此，该技术可以涵盖大量的色彩空间。

在证明像素的全光谱输出能力后，该研究团队正在开发一个由多个垂直 micro-LED 像素组成的阵列。这个完全运行的系统将能够控制 2500 万个 LED。

该项目涉及到的生长、剥离和堆叠超薄 LED技术，将能够在智能手表和虚拟现实设备等小型显示器或需要高密度像素来制作生动、生动的图像的设备中具有潜在应用。