วิศวกรประดิษฐ์ LED ไมโครสโคปสีเต็มรูปแบบในแนวตั้ง

แต่เช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์ของคอมพิวเตอร์ LED กำลังถึงขีดจำกัดของขนาดที่เล็กลงในขณะที่ยังทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ขีดจำกัดนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในการแสดงผลในระยะใกล้ เช่น อุปกรณ์ความจริงเสริมและอุปกรณ์ความจริงเสมือน ซึ่งความหนาแน่นของพิกเซลที่จำกัดส่งผลให้เกิด "เอฟเฟกต์ประตูหน้าจอ" ซึ่งผู้ใช้จะมองเห็นลายเส้นในช่องว่างระหว่างพิกเซล ตอนนี้ วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาวิธีใหม่ในการสร้างการแสดงผลที่คมชัดขึ้นและปราศจากข้อบกพร่อง แทนที่จะแทนที่ไดโอดเปล่งแสงสีแดง เขียว และน้ำเงินเคียงข้างกันในแนวนอน ทีมงานได้คิดค้นวิธีการซ้อนไดโอดเพื่อสร้างพิกเซลหลากสีในแนวตั้ง พิกเซลแบบสแต็กแต่ละพิกเซลสามารถสร้างช่วงสีเชิงพาณิชย์ได้อย่างสมบูรณ์และวัดได้กว้างประมาณ 4 ไมครอน ไมโครสโคปพิกเซลหรือ "ไมโครแอลอีดี" สามารถบรรจุให้มีความหนาแน่น 5,000 พิกเซลต่อนิ้ว Jeehwan Kim รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT กล่าวว่า "นี่คือพิกเซลไมโคร LED ที่เล็กที่สุด และความหนาแน่นของพิกเซลสูงสุดที่รายงานในวารสาร "เราแสดงให้เห็นว่าการเรียงพิกเซลในแนวตั้งเป็นหนทางสู่การแสดงผลที่มีความละเอียดสูงขึ้นโดยใช้พื้นที่ขนาดเล็กลง" “สำหรับความจริงเสมือน ในตอนนี้มีข้อจำกัดว่าพวกมันจะดูสมจริงแค่ไหน” จีโฮ ชิน นักวิจัยหลังปริญญาเอกในกลุ่มวิจัยของคิมกล่าวเสริม "ด้วยไมโครแอลอีดีแนวตั้งของเรา คุณจะได้รับประสบการณ์ที่ดื่มด่ำอย่างสมบูรณ์และไม่สามารถแยกแยะความจริงเสมือนออกจากความเป็นจริงได้" ผลงานของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature ผู้เขียนร่วมของ Kim และ Shin ประกอบด้วยสมาชิกของห้องทดลองของ Kim นักวิจัยจาก MIT และผู้ทำงานร่วมกันจาก Georgia Tech Europe, Sejong University และมหาวิทยาลัยหลายแห่งในสหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส และเกาหลี การวางพิกเซล จอแสดงผลดิจิตอลในปัจจุบันสว่างผ่านไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) ซึ่งเป็นไดโอดพลาสติกที่เปล่งแสงเพื่อตอบสนองต่อกระแสไฟฟ้า OLED เป็นเทคโนโลยีจอแสดงผลดิจิตอลชั้นนำ แต่ไดโอดสามารถเสื่อมสภาพเมื่อเวลาผ่านไป ส่งผลให้เกิดการเบิร์นอินอย่างถาวรบนหน้าจอ เทคโนโลยีนี้ยังมาถึงขีดจำกัดขนาดที่ไดโอดสามารถหดได้ ซึ่งจำกัดความคมชัดและความละเอียด สำหรับเทคโนโลยีการแสดงผลยุคหน้า นักวิจัยกำลังสำรวจไมโครแอลอีดีอนินทรีย์ ซึ่งเป็นไดโอดที่มีขนาดหนึ่งในร้อยของแอลอีดีทั่วไป และทำจากวัสดุสารกึ่งตัวนำผลึกเดี่ยวอนินทรีย์ ไมโครแอลอีดีสามารถทำงานได้ดีกว่า ใช้พลังงานน้อยกว่า และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า OLED แต่การผลิตไมโครแอลอีดีต้องใช้ความแม่นยำสูงสุด เนื่องจากพิกเซลไมโครสโคป แม่สี แดง เขียว และน้ำเงินจำเป็นต้องปลูกแยกจากกันบนแผ่นเวเฟอร์ก่อน แล้วจึงวางลงบนจานอย่างแม่นยำโดยวางเรียงชิดกันเพื่อให้สะท้อนและผลิตสีต่างๆ ได้อย่างเหมาะสม และเฉดสี การได้รับความแม่นยำระดับจุลภาคดังกล่าวเป็นงานที่ยาก และอุปกรณ์ทั้งหมดจำเป็นต้องทิ้งหากพบว่าพิกเซลไม่เข้าที่ "การประดิษฐ์แบบหยิบและวางนี้มีแนวโน้มที่จะจัดตำแหน่งพิกเซลไม่ตรงในระดับที่เล็กมาก" คิมกล่าว "หากคุณวางไม่ตรงแนว คุณต้องทิ้งวัสดุนั้นไป มิฉะนั้นอาจทำให้จอแสดงผลเสียหายได้" กองสี ทีมงานของ MIT ได้คิดค้นวิธีที่อาจสิ้นเปลืองน้อยกว่าในการประดิษฐ์ LED ขนาดเล็กที่ไม่ต้องการการจัดตำแหน่งแบบพิกเซลต่อพิกเซลที่แม่นยำ เทคนิคนี้เป็นวิธีการ LED แนวตั้งที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ตรงกันข้ามกับการจัดเรียงพิกเซลแนวนอนแบบเดิม กลุ่มของ Kim เชี่ยวชาญในการพัฒนาเทคนิคเพื่อประดิษฐ์เมมเบรนที่บริสุทธิ์ บางเฉียบ และมีประสิทธิภาพสูง ด้วยมุมมองทางวิศวกรรมที่เล็กลง บางขึ้น ยืดหยุ่นมากขึ้น และใช้งานได้จริง ก่อนหน้านี้ ทีมงานได้พัฒนาวิธีการขยายและลอกวัสดุผลึกเดี่ยวที่สมบูรณ์แบบ สองมิติออกจากแผ่นเวเฟอร์ของซิลิคอนและพื้นผิวอื่นๆ ซึ่งเป็นแนวทางที่พวกเขาเรียกว่าการถ่ายโอนชั้นวัสดุแบบ 2 มิติ หรือ 2DLT ในการศึกษาปัจจุบัน นักวิจัยใช้วิธีการเดียวกันนี้ในการเพาะเลี้ยงเยื่อบางเฉียบของ LED สีแดง เขียว และน้ำเงิน จากนั้นพวกเขาลอกเมมเบรน LED ทั้งหมดออกจากเวเฟอร์ฐาน และเรียงซ้อนกันเพื่อสร้างเค้กชั้นที่มีเมมเบรนสีแดง เขียว และน้ำเงิน จากนั้นพวกเขาสามารถแกะสลักเค้กเป็นรูปแบบพิกเซลแนวตั้งขนาดเล็ก แต่ละพิกเซลมีขนาดเล็กถึง 4 ไมครอน "ในจอแสดงผลทั่วไป พิกเซล R, G และ B แต่ละพิกเซลจะถูกจัดเรียงด้านข้าง ซึ่งจำกัดขนาดพิกเซลที่คุณสามารถสร้างแต่ละพิกเซลได้" Shin กล่าว "เนื่องจากเรากำลังซ้อนพิกเซลทั้งสามในแนวตั้ง ในทางทฤษฎี เราสามารถลดพื้นที่พิกเซลลงได้หนึ่งในสาม" ในการสาธิต ทีมงานได้สร้างพิกเซล LED แนวตั้ง และแสดงให้เห็นว่าโดยการปรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับเมมเบรนสีแดง เขียว และน้ำเงินของพิกเซลแต่ละพิกเซล พวกเขาสามารถสร้างสีต่างๆ ได้ในพิกเซลเดียว "ถ้าคุณมีกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นเป็นสีแดง และอ่อนลงจนเป็นสีน้ำเงิน พิกเซลก็จะปรากฏเป็นสีชมพู เป็นต้น" Shin กล่าว "เราสามารถสร้างสีผสมทั้งหมดได้ และจอแสดงผลของเราสามารถครอบคลุมได้ใกล้เคียงกับพื้นที่สีเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่" ทีมงานมีแผนที่จะปรับปรุงการทำงานของพิกเซลแนวตั้ง จนถึงตอนนี้ พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าสามารถกระตุ้นโครงสร้างแต่ละส่วนเพื่อสร้างสเปกตรัมของสีได้อย่างเต็มที่ พวกเขาจะทำงานเพื่อสร้างอาร์เรย์ของไมโคร LED พิกเซลแนวตั้งจำนวนมาก "คุณต้องการระบบควบคุม LED 25 ล้านดวงแยกกัน" Shin กล่าว "ที่นี่ เราได้แสดงให้เห็นเพียงบางส่วนเท่านั้น การดำเนินการของเมทริกซ์ที่ใช้งานอยู่เป็นสิ่งที่เราจะต้องพัฒนาต่อไป" "สำหรับตอนนี้ เราได้แสดงให้ชุมชนเห็นว่าเราสามารถปลูก ลอก และวางซ้อน LED บางเฉียบได้" Kim กล่าว "นี่เป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับจอแสดงผลขนาดเล็ก เช่น สมาร์ทวอทช์และอุปกรณ์เสมือนจริง ซึ่งคุณต้องการพิกเซลที่มีความหนาแน่นสูงเพื่อสร้างภาพที่มีชีวิตชีวาและสดใส" งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ สำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมสหรัฐ (DARPA) ห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพอากาศ กระทรวงพลังงาน LG Electronics Rohm Semiconductor สำนักงานวิจัยแห่งชาติฝรั่งเศส และการวิจัยแห่งชาติ รองพื้นในเกาหลี.