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。
傳統顯示器中,每個畫素由紅、綠、藍三個並排排列的子畫素組成,Micro LED 顯示器亦是如此。科學家推測,雖然 Micro LED 無法像 OLED 畫素那樣緊密,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中擠出三倍畫素,大幅提高圖像解析度。對此,麻省理工學院(MIT)團隊開發出獨特方法,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 薄膜一層一層堆疊起來,類似層蛋糕排列,再將其細細地切成網格狀,分割成許多獨立畫素。每個堆疊畫素可產生全部的商業色彩範圍,寬度約 4 微米,這些 Micro LED 可封裝成 5,000 ppi,即每吋 5,000 個畫素密度。
麻省理工學院機械工程副教授 Jeehwan Kim 指出,「這是最小的 Micro LED 畫素,也是期刊中報導的最高畫素密度」,垂直畫素化能在較小範圍內實現更高解析度。而這項研究論文最近發表在《自然》雜誌(Nature)。
研究人員指出,在傳統顯示器中,每個紅、綠、藍畫素都是橫向排列,這限制能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 1/3。
隨後,團隊展示透過改變施加到每個紅、綠、藍色膜上的電壓,可以在單個畫素中產生各種顏色。舉例來說,如果紅色電流強、藍色電流弱一點,畫素就會呈現粉色,這有助於創建所有混合顏色,使顯示器接近所有可用的商業色彩空間。
目前團隊正在研究可以同時控制數百萬個 Micro LED 畫素的方法,研究人員透露「有源矩陣」(active matrix)將是需要進一步開發的東西。
該團隊的 Micro LED 矩陣的有效解析度為 5,000 ppi,這是文獻中出現最高的畫素密度,相比之下,三星最新 OELD 顯示螢幕約 500 ppi,目前最清晰的 VR 設備也低於 1,000 ppi。如果 Micro LED 未來商業化,垂直畫素將能大幅提升解析度,尤其是在 VR 和 AR 應用,不過要為這種顯示器供電又是一個完全不同的挑戰。
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