拆开你的笔记本电脑屏幕，在它的中心，你会发现一个由红色、绿色和蓝色led像素组成的盘子，首尾相连，就像一个细致的Lite Brite显示屏。当电源供电时，led可以产生彩虹中的每一种颜色，从而产生全彩显示器。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。

但是，就像电脑晶体管一样，led的体积越来越小，同时性能也越来越好。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。

现在，麻省理工学院的工程师们已经开发出一种新方法来制造更清晰、无缺陷的显示器。该团队发明了一种方法，将这些发光二极管堆叠在一起，从而产生垂直的彩色像素，而不是将红色、绿色和蓝色发光二极管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，目前它们看起来的真实程度是有限的。”Kim研究小组的博士后Jiho Shin补充道。“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。”

该团队的研究结果今天发表在《自然》杂志上。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。

但是微型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。

金姆说:“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)。

在目前的研究中，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，对蓝色有更弱的电流，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。”

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。”

此次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、韩国国家研究财团的部分支持。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。