Традиционно красные, зелёные и синие субпиксели изготавливаются бок о бок и собраны в так называемые RGB-триады. Вместе они представляют один пиксель цветного изображения на экране, который может принимать любой цвет из доступного спектра. Международная группа учёных придумала технологию производства дисплеев micro-LED, где все три субпикселя укладываются вертикально друг на друга, что резко повышает разрешение экранов и качество картинки.
Источник изображения: Younghee Lee / MIT
Результаты работы были опубликованы в журнале Nature. Исследование провели учёные из Массачусетского технологического института, а также сотрудники Европейского технологического института Джорджии, Университета Седжонг и нескольких университетов США, Франции и Кореи.
Ранее группа учёных из MIT разработала метод изготовления чистых, ультратонких, высокопроизводительных полупроводниковых мембран с целью создания более компактной, тонкой, гибкой и функциональной электроники. Практически речь идет о создании двумерных или атомарно тонких материалов. В частности, группа разработала метод выращивания и отслаивания идеального двумерного монокристаллического материала от пластин кремния и других поверхностей. Этот подход был назван переносом слоя на основе двумерного материала — 2DLT.
В текущем исследовании ученые использовали этот же подход для выращивания ультратонких мембран красных, зеленых и синих светодиодов. Затем они отделили целые светодиодные мембраны от базовых пластин и сложили их вместе, чтобы получить слоёный пирог из красных, зеленых и синих мембран. После этого многослойная структура разрезалась на крошечные одиночные вертикальные пиксели, каждый из которых имел ширину всего 4 микрона.
С пикселем подобной ширины можно создать полноцветный светодиодный дисплей с плотностью 5000 точек на дюйм. Если бы все цветные субпиксели располагались рядом, а не вертикально один над другим, плотность сразу стала бы меньше. Эксперимент показал, что если на красную мембрану подавать больший ток, а на синюю меньший, то в итоге стопка пикселей светится розовым — налицо смешение цветов, как это происходит в дисплеях с горизонтальным размещением субпикселей.
«Это самый маленький микро-светодиодный пиксель и самая высокая плотность пикселей, о которой сообщалось в журналах, — заявил ведущий автор исследования. — Мы показали, что вертикальная пикселизация — это путь к дисплеям с более высоким разрешением при меньшей площади».
Следует добавить, что отдельные производители микродисплеев могут серийно выпускать дисплеи с более высоким разрешением, например, 12 000 ppi. В то же время в исследовании идёт речь о дисплеях micro-LED и для них планка в 5000 ppi пока никем не взята. Также необходимо учитывать сложность выравнивания субпикселей при сборке полноцветных micro-LED дисплеев. Красные, зелёные и синие массивы светодиодов для них изготавливаются отдельно и совмещаются на финальном этапе производства. Малейшая неточность совмещения отправляет изделие в брак. Предложенная технология вертикального совмещения в таком случае происходит проще и с более высокой точностью.
На следующем этапе работы учёные будут учиться создавать массивы пикселей из вертикально сложенных субпикселей. Пока они создали и испытали только одиночный пиксель, и путь к дисплею займёт какое-то время.