畫素密度史上最高!麻省理工開發垂直堆疊全彩 Micro LED

2023/02/06


隨著 LED 尺寸不斷微縮,Mini LED、Micro LED 技術發展,更清晰、更高解析度的顯示器油然而生。然而,LED 發揮性能的同時,體積也達到極限,這種限制在 AR、VR 等近距離顯示尤其明顯,並造成「紗窗效應」(Screen Door Effect),即用戶感覺畫素間出現空隙和條紋。

傳統顯示器每個畫素由紅、綠、藍三個並排排列的子畫素組成,Micro LED 顯示器亦如此。科學家推測,雖然 Micro LED 無法像 OLED 畫素緊密,若每個 Micro LED 畫素跟一個子畫素寬(而非三個),就能在一定數量的螢幕空間擠出三倍畫素,大幅提高圖像解析度。麻省理工學院(MIT)團隊開發獨特方法,透過超薄膜製程垂直堆疊 Micro LED,而非橫向排列,讓封裝更緊密。

科學家先將紅、綠、藍 Micro LED 薄膜一層層堆疊,類似層蛋糕排列,再細細切成網格狀,分割成許多獨立畫素。每個堆疊畫素可產生全部商業色彩範圍,寬度約 4 微米,這些 Micro LED 可封裝成 5,000ppi,即每吋 5 千個畫素密度。

麻省理工學院機械工程副教授 Jeehwan Kim 指「這是最小 Micro LED 畫素,也是期刊報導的最高畫素密度」,垂直畫素化能在較小範圍有更高解析度。研究論文最近發表於《自然》雜誌(Nature)。

研究人員指出,傳統顯示器每個紅、綠、藍畫素都是橫向排列,限制創建每個畫素的大小。不過麻省理工學院是垂直堆疊所有三個畫素,理論可將畫素面積減少三分之一。

隨後,團隊展示透過改變施加到每個紅、綠、藍色膜的電壓,可在單畫素產生各種顏色。舉例如果紅色電流強、藍色電流弱一點,畫素就會呈粉色,有助創建所有混合顏色,使顯示器有接近所有可用商業色彩。

團隊正在研究可同時控制數百萬個 Micro LED 畫素的方法,研究人員透露「有源矩陣」(active matrix)將是需進一步開發的東西。

Micro LED 矩陣有效解析度為 5,000ppi,這是文獻最高畫素密度,相比之下,三星最新 OELD 顯示螢幕約 500ppi,目前最清晰 VR 設備也低於 1,000ppi。如果 Micro LED 商業化,垂直畫素能大幅提升解析度,尤其 VR 和 AR 應用,不過要為這種顯示器供電又是完全不同的挑戰。