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总述:Micro-LED显现全彩化要害技能

日期: 2021-09-19 02:25:37 来源:乐鱼直播吧 作者:乐鱼软件

  在曩昔几十年,显现技能得到了广泛运用。咱们在生活中能够看到很多的运用,例如电视、大型视频广告牌、计算机、智能设备等。现在,液晶显现器(LCD)和有机发光二极管 (OLED) 显现技能占有显现商场。进一步地,显现器的各种新式运用,例如虚拟实际(VR)和增强实际(AR),促进了高功能显现技能的开展。微发光二极管显现器(micro-LED显现)是一种首要依据无机GaN基LED的新式技能,与LCD和OLED比较,它具有高对比度、低功耗、长寿命和快速呼应等长处。将来,micro-LED的运用能够从平板显现器扩展到空间显现器、可穿戴/可植入光电设备、光通信、生物医学检测等范畴。

  下图描绘了未来显现的一种运用场景:micro-LED可用作光电探测器来接纳外部信号,高带宽micro-LED发射器也能够经过显现器并行地将信息传输给顾客。(图1.1,引证文献:X. Liu et al. ACS Photonics, 6: 3186 (2019))高度集成的半导体信息显现是下一代信息显现技能的中心,它将空间3D光场显现(LFD)、多色照明(MCL)、准确空间定位(PSP)和可见光通信技能(LiFi)集成在一起。Micro-LED阵列是一种高效、低功耗的器材,能够将驱动器、照明和信号传输结合在一起。虽然micro-LED具有宽广的商业远景,但仍面对巨大应战:例如尺度减小对功能的影响,在单个晶圆上完成高密度集成以独立寻址全彩化micro-LED显现器,进步修正技能和产值等。

  文章介绍了micro-LED的结构、制备与衬底剥离技能,系统阐述了完成micro-LED显现全彩化的首要办法:资料成长、搬运打印、色转化。论文对三种要害技能的机理、完成办法、优缺点进行侧重介绍,并总结了要害技能所面对的应战及micro-LED显现全彩化未来的开展方向(图2.1)。

  Micro-LED的成长技能是取得micro-LED显现全彩化的方案之一,该办法能够完成超高分辨率显现。文中首要评论了纳米线LED、多色量子阱(QW)结构micro-LED和纳米环LED三种结构。

  搬运打印是完成micro-LED显现全彩化的要害技能。自John Rogers教授团队运用PDMS stamp搬运micro-LED,Martin Dawson教授团队完成纳米精度PDMS搬运后,各大公司提出了不同的搬运技能。本文依据很多论文、专利的常识,首要描绘了范德瓦尔斯力搬运打印、激光选择性开释、静电吸附、电磁力吸附、流体搬运五种办法。表1显现了转印技能的典型参数,包含要害资料、作用力、UPH和适用芯片尺度。以PDMS stamp拾取技能为例,UPH跟着PDMS stamp的尺度,像素密度和拾取周期的添加而上升。

  激光选择性开释是运用资料对激光的不同吸收系数,引起界面的热膨胀,然后引起献身层的烧蚀,使micro-LED从原始衬底搬运到接纳衬底,如图5所示。(图3.5,引证Sony的专利。)若为GaN外延片,界面处的GaN缓冲层分解成Ga和N2,完成芯片的别离和搬运。

  静电吸附是运用静电搬运头发生吸引力或许排斥力完成对micro-LED的拾取和放置。(图3.6,引证Apple的专利。)在拾取micro-LED阶段,在吸附搬运头和芯片上发生不同电荷,将micro-LED吸附拾取。在放置micro-LED阶段,经过调理表里电极电压差,使得电压差为零,将micro-LED放置到接纳衬底。键合办法包含共晶合金键合、瞬态液相键合或固态分散键合。

  电磁力吸附搬运技能有点相似于静电吸附搬运,不同的是,该办法是经过线圈电感发生电磁力的办法,将micro-LED吸附及放下,如图3.7所示。(图3.7,引证ITRI的专利。)在拾取micro-LED阶段,首要办法为去除献身层,使其处于悬空状况,电可编程磁性模块发生磁力,吸附拾取芯片;在打印micro-LED阶段,电可编程磁性模块经过加热工艺将导电模块与接纳器衬底对准并触摸,然后将micro-LED与接纳衬底键合。最终,断电消除磁力,拾取电可编程磁性模块。

  比较于上述说到的搬运技能,流体搬运技能的本钱更低、速度更快。这种技能是运用刷子的移动来操控流体中micro-LED的运动,最终使它落入接纳衬底的井中,如图3.8所示。(图3.8,引证eLux的专利。)当V0≫ Vcrit,,跟着电刷的平移和旋转,电刷周围的流体发生湍流,因而许多micro-LED集合在该区域中。首要,这些micro-LED被动地向上移动,并因为湍流而高速脱离基板外表;接下来,刷子持续移动,驱动这些micro-LED开端在基板外表上向前散射,然后经过流体、振动、减速,最终以低于Vcrit的速度沉入井中。

  色彩转化技能是完成micro-LED显现全彩化的另一种典型办法。这项技能开端是由Martin Dawson小组提出的。跟着这项技能的蓬勃开展,来自台湾交通大学、复旦大学和一些公司的团队也采用了相似的技能来完成全彩色显现。本文首要叙述了打印技能、紫外自对准固化技能和无机薄膜色转化三种办法。

  本文总结了近年来的各种micro-LED显现全彩化技能,包含成长技能、搬运打印技能、色彩转化技能。

  成长技能在结构和机理的研讨上现已取得了很大的发展,这在高分辨率和高功率的micro-LED显现全彩化运用中有巨大的潜力。可是,驱动器与micro-LED阵列的集成以及功率的进步是该技能面对的巨大应战。

  搬运打印技能已被许多公司广泛运用,可是本钱和产值是该技能开展的首要妨碍。色彩转化技能可完成低本钱和高PPI的micro-LED显现全彩化。可是,资料的能量丢失、低功率和不稳定性仍然是需求进一步地处理。

  现在,micro-LED显现商场仍处于起步阶段,没有大规模量产。对咱们而言,这不仅是机会,也是应战。许多企业(如苹果、华星光电等)现已出资了用于micro-LED显现全彩化的要害技能,例如搬运打印技能。在衍生产品方面,首要的制造商也已提早开端相关研讨。关于终端运用,大型野外和商用显现器将首要呈现,其次是轿车和可穿戴显现器。未来,跟着国际范围内要害技能地迅速开展,大面积、低本钱、高功率的Micro-LED显现屏有望成为未来的重要显现技能。

  这项作业得到了国家自然科学基金(61974031和61705041)、上海市技能标准方案(18DZ2206000)和国家重点研制方案(2017YFB0403603)项目的支撑。作者要感谢诺贝尔奖得主中村修二教授对本文的协助。

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