In diesem Artikel werden anhand von Technologiefolien wichtige Fortschritte bei MicroLED- und/oder QD-Displays vorgestellt. Genauer gesagt, behandeln wir 3600PPI "Silizium" Displays | Gravur gedruckte Microbumps | Elektrohydrodynamisch gedruckte QD Farbkonverter | Laser LLO und Transfer für MicroLEDs | QD vs Phosphor | Energiesparende Eigenschaften von MicroLEDs
Diese Fortschritte werden auf der 2-tägigen globalen Konferenz von TechBlick zum Thema "Mini- & Micro-LED Displays" vorgestellt: Märkte, Fertigungsinnovationen, Anwendungen, vielversprechende Start-ups" vorgestellt, die vom 30. November bis 1. Dezember 2022 online auf der virtuellen Plattform von TechBlick stattfindet. Auf der Tagesordnung stehen unter anderem Samsung, Sharp, AUO, Coherent, ASMPT, Komori, CEA, Micledi, 3D Micromac, Allows Semiconductors und viele mehr. Die vollständige Tagesordnung finden Sie hier www.TechBlick.com/microLEDs.
"Silizium"-Displays mit unglaublichen 3600 ppifull Farben unter Verwendung von microLED- und QD-Technologie?
Sharp (HIRANO Yasuakie et al) hat diese Technologie entwickelt. Wie auf der Folie unten zu sehen ist, werden die ersten rein blauen uLEDs auf einem Saphirsubstrat hergestellt. Dabei enthält ein LED-Array 352 x 198 Mikro-LED-Dies mit einer Größe von 24 um x 8 um. Parallel dazu wird ein LSI-Chip, der die Ansteuerungsschaltung enthält, auf einem Siliziumwafer hergestellt. Hier werden die Kathode (N-Typ-Elektrode) und die Anode (P-Typ-Elektrode) für jeden Mikro-LED-Die hergestellt, um eine unabhängige Ansteuerspannung an jeden Die anzulegen. Die Au-Bump-Elektroden werden in Übereinstimmung mit dem Abstand der LED-Dies hergestellt. Die beiden Substrate werden im Flip-Chip-Verfahren mit Au-Au-Bonding verbunden. Hier kann man bereits die Parallele zur Silizium- und Optoelektronikindustrie erkennen (im Gegensatz zur traditionellen Dünnschicht-Displayindustrie!). Als nächstes wird die Saphirschicht per Laserlift-off entfernt. Schließlich werden Cd-freie Quantenpunkte (grün und rot) auf die microLED-Dies aufgebracht, um eine R-G-Farbumwandlung zu ermöglichen. Auf diese Weise erhält man RGB-Farben.
Die Architektur des Bauelements ist auf Folie 2 dargestellt - hier sieht man die Lage der GaN uLED-Dies, der Au-Bumps sowie der lichtabschirmenden Wände und Quantenpunkte (QDs). Auf diese Weise entsteht ein Vollfarbdisplay mit 1.053 ppi.
Aufgrund der geringen Größe der emittierenden Fläche von uLEDs ist die Helligkeit jedoch gering. Eine innovative Lösung besteht darin, von einzelnen Kathodenelektroden auf eine gemeinsame umzusteigen und so mehr Platz für uLEDs zu schaffen. Wie in Folie drei gezeigt, konnte die Lichtemission in einem Pixel von 23 % auf 38 % verbessert werden. Dadurch wurde eine Helligkeit von 11 Knits erreicht. Dies ist ein ausgezeichneter Fortschritt. Natürlich ist das noch nicht das Ende der Fahnenstange, denn selbst bei 11 Knit ist die Helligkeit noch nicht ausreichend für AR-Anwendungen im Freien.
Kommen Sie mit uns und Ihren Branchenkollegen vom 30. NOV - 1. DEZ 2022 zu unserer allerersten Fachveranstaltung für microLED und QD, um mehr über diese Technologie von Yasuakie-san et al. zu erfahren: www.TechBlick.com/microLEDs
Im Tiefdruckverfahren gedruckte Microbumps für MicroLEDs
Da Mikro-LEDs unweigerlich schrumpfen, werden die Anforderungen an das Mikro-Bumping für die Mikro-LED-Dies immer anspruchsvoller. Der Wafer-Direktdruck auf der Grundlage von Tiefdruck-Offsetverfahren bietet hier eine vielversprechende Lösung. Dies ist in der Tat ein weiterer Bereich, in dem gedruckte Elektronik eine Rolle spielen kann.
Komori hat vor kurzem hervorragende Ergebnisse erzielt, die auf der kommenden microLED-Veranstaltung von TechBlick (30. November bis 1. Dezember 2022) vorgestellt werden: www.TechBlick.com/microLEDs
Wie in den nachstehenden Dias zu sehen ist, können mit dem Tiefdruckverfahren unter Verwendung von Flussmittelpaste gedruckte Mikrobumps mit einer Druckgenauigkeit von 5 µm in einem Bereich von 300 mm hergestellt werden. Die ersten Folien zeigen die Präzision der Druckposition auf einem Wafer. Insbesondere wird ein Vergleich mit dem Siebdruck angestellt, der zeigt, wie der Tiefdruck die Fähigkeit zum Drucken feiner Merkmale im Vergleich zum Siebdruck verbessert (+/-10 um, obwohl auch der Siebdruck eine Verbesserung erreichen kann und wird).
Wie in Folie zwei gezeigt, beträgt der Mindestdurchmesser, der mit SAC-Lotpaste (Sn, Ag, Cu) gedruckt werden kann, 6 μm und der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Bumps 30 μm. Das Reflow-Verfahren ist mit einem Mindestdurchmesser von 10 µm erfolgreich gewesen. Auf diese Weise kann z. B. ein Mikro-LED-Die in der Größe von 30 um mal 50 oder 80 um unterstützt werden.
Darüber hinaus bietet diese Technik, wie in Folie drei gezeigt, die Möglichkeit, die Dicke durch das Drucken verschiedener Durchmesser zu steuern. Je kleiner der Bump-Durchmesser ist, desto höher ist das Seitenverhältnis.
Dies sind sehr gute Ergebnisse, die die Machbarkeit der Tiefdrucktechnik für Mikrobumps zeigen. Diese Technologie kann die aktuellen und kurzfristigen Generationen von Mikro-LEDs unterstützen, aber wird sie sich längerfristig weiterentwickeln, wenn die Mikro-LEDs weiter schrumpfen?
RGB-Mikro-LEDs mit hohem Leistungsumfang, gedruckte Elektronik und Quantenpunkte?
Die drei Themen sind eng miteinander verknüpft, da QDs digital als Farbkonversionsmaterialien auf blaue Mikro-LEDs gedruckt werden können, um RGB uLED-Displays mit großem Farbumfang zu ermöglichen, ohne dass ein separater Übertragungsschritt für jede Farbe erforderlich ist.
Inkjet ist die übliche Technologie, die zu diesem Zweck untersucht wird. Wie im Folgenden von Prof. Armin Wedel gezeigt wird, ist das 4pL-Tröpfchen jedoch zu groß und erlaubt bestenfalls einen 40um-Pixel und kann nicht einmal 850 dpi erreichen
Der elektrohydrodynamische Druck (EHD) kann dieses Problem jedoch lösen. Beim elektrohydrodynamischen Druck werden die Tröpfchen durch ein elektrisches Feld aus einer Düse herausgezogen, die sich nahe (etwa 50 um) an der Oberfläche befindet und daher eine gute Druckeinrichtung erfordert.
Wie unten dargestellt, beträgt das Tröpfchenvolumen nur 0,5 pL, was im Labor 1-10 um Pixel und reproduzierbar 15 um ermöglicht. Damit kann man 850ppi und 1000ppi erreichen!
Folie 2 zeigt ein Beispiel eines QD-Farbfilters (QD-CF) für ein microLED-Display, das mit EHDJet abgeschieden wurde. Hier wird ein Abstand von 15 um angegeben, wodurch 1000 ppi erreicht werden. Der Fahrplan sieht vor, die Technologie bis zu 2000 ppi weiterzuentwickeln!
Dies sind hervorragende Fortschritte in der Kunst und Technologie, die den Weg für die Entwicklung von microLED-Technologien mit hohem ppi ebnen.
Natürlich ist EHDJet eine relativ neue Technologie. Sie wird hauptsächlich mit einem Druckkopf betrieben und ist langsam, obwohl sich Mehrkopfdruckköpfe abzeichnen. Nichtsdestotrotz ist es eine elegante Lösung für die Aufbringung von Farbfiltern auf microLED-Displays mit hohem PPI.
Um das Neueste über diese Technologien zu erfahren, besuchen Sie die TechBlick-Fachveranstaltung über microLEDs und Quantum Dots, auf der auch Prof. Wedel sprechen wird: www.TechBlick.com/microLEDs
Stabile RoHS-konforme Cd-freie QDs für Mikro-LEDs?
Diese Technologie ist erforderlich, um die Herstellung von Mikro-LEDs zu vereinfachen - auf diese Weise muss man keine R G B uLEDs übertragen, sondern kann nur die bereits effizienten blauen uLEDs übertragen und RGB-Farben durch rote und grüne QD-Farbkonversion erreichen.
Es gibt natürlich mehrere Materialherausforderungen, darunter das Erreichen Cd-freier grüner und roter QDs mit (1) ausreichend hoher thermischer und Lichtstabilität für die direkte Integration in Mikro-LED-Chips, (2) hoher blauer Absorption selbst bei geringen Dicken, um blaue Farbverluste zu verhindern, (3) schmalem FWHM und hohem QY, (4) geringer Selbsterregung, usw.
QustomDot - eine Abspaltung der Gruppe von Zeger Hens an der Universität Gent - macht auf diesem Gebiet hervorragende Fortschritte. Sie haben ein neuartiges, hochkontrolliertes Syntheseverfahren für InP-basierte QDs entwickelt. Letztes Jahr haben sie auf der TechBlick einige interessante Stabilitätsdaten für die Integration von QDs in Makro- und Dünnfilm-LEDs vorgestellt. Diese Ergebnisse sind auf den folgenden Folien dargestellt. Sie zeigen einen klaren Weg zur Entwicklung von QDs für die direkte Integration in uLEDs
Die 500um dicke QD-Ebene, die auf einer Makro-LED integriert ist, zeigt selbst bei 1W/cm2 eine Stabilität von >>300 Stunden, und eine 100-150um QD-Dünnschicht zeigt bei 130mW/cm2 ebenfalls eine Photostabilität von >>1500 Stunden unter Einsatzbedingungen
Dies sind Ergebnisse aus dem letzten Jahr. Um die neuesten Entwicklungen von QustomDot zu QD-on-microLED zu erfahren, besuchen Sie bitte TechBlick's microLED und QD Event. Die Agenda der Weltklasse finden Sie unter www.TechBlick.com/microLEDs
Wie werden Mikro-, Mini- und herkömmliche LEDs definiert?
Eric Virey - Superanalyst im Bereich der Yole-Gruppe - hat die nachstehende Tabelle erstellt, die die wichtigsten Unterschiede zwischen den einzelnen Produkten aufzeigt.
Herkömmliche LEDs werden in SMD- oder Through-Hole-Gehäusen geliefert, und die Chips sind in der Regel 1 mm oder größer. Diese bewährte Anwendung wird in der allgemeinen Beleuchtung, der Automobilbeleuchtung und der LCD-Hintergrundbeleuchtung eingesetzt.
Min-LEDs haben in der Regel eine Chipgröße von weniger als 200 um, sind aber größer als 50 um und werden in SMD- oder CoB-Gehäusen (Chip-on-Board) geliefert. Sie sind derzeit im Handel erhältlich und werden unter anderem für LCD- und Tastatur-Hintergrundbeleuchtungen sowie für LED-Direktanzeige-LEDs mit kleinem Pixelabstand eingesetzt. Im LCD-Sektor eignen sie sich für die lokale Dimmung zur Verbesserung des Kontrasts, wodurch LCDs in dieser Hinsicht OLEDs ähnlicher werden.
und Mikro-LEDs sind sehr klein, in der Regel kleiner als 50 um. Es wird erwartet, dass die Größe der Mikro-LEDs im Zuge des technologischen Fortschritts weiter schrumpfen wird, um die LED-Kosten (mehr LEDs pro Wafer) und die Übertragungskosten/-zeit (z. B. mehr LEDs, die mit demselben Stempel übertragen werden) zu senken.
Offensichtlich ist jede Klasse von LEDs in jeder Hinsicht sehr unterschiedlich, von den Wachstumstechniken über die Leistung bis hin zur Anwendung.
Nehmen Sie an der microLED-Veranstaltung von TechBlick teil und hören Sie Eric und 30 weitere hochkarätige Redner, die alle Aspekte der microLED-Industrie abdecken. www.TechBlick.com/microLEDs
Wie helfen Laser bei der Produktion von MicroLED-Displays?
Siehe Folien unten, um mehr zu erfahren. Eine der größten Herausforderungen bei der Herstellung von uLED-Displays ist der Übertragungsschritt angesichts der Anforderungen an Geschwindigkeit und Ertrag. Wie in den folgenden Folien von Oliver Haupt von Coherent Inc. gezeigt wird, können Laser in diesem Schritt eine wichtige Rolle spielen, sowohl wenn alle drei Farben (R G B) microLEDs als auch wenn nur blaue microLEDs übertragen werden müssen.
Der Prozessablauf für beide Fälle ist unten dargestellt. Bei RGB-Mikro-LEDs wird zunächst ein temporärer Träger auf dem Saphir-Substrat angebracht, auf dem GaN uLEDs gezüchtet werden. Mittels Laser Lift Off (LLO) wird das Saphirsubstrat abgelöst und der Trägerwafer mit den abgelösten GaN-MikroLEDs freigegeben. Anschließend werden die einzelnen Mikro-LEDs mit kontrollierten UV-Spots auf das endgültige Substrat mit den aktiven TFT-Backplane-Schichten aufgebracht. Dieser Prozess kann dreimal wiederholt werden, jedes Mal für eine andere uLED-Farbe. Bei allen Schritten ist natürlich eine ausgezeichnete und optimierte Steuerung des Laserprofils/der Laserparameter in Übereinstimmung mit den richtigen Klebstoffeigenschaften erforderlich.
Bei rein blauen Mikro-LEDs wird das endgültige Backplane-Substrat mit dem GaN-Saphir-Substrat in Kontakt gebracht. Die GaN uLEDs werden über den LLO-Prozess auf das endgültige Substrat übertragen. Die Drei-Farben-Fähigkeit wird dann durch Farbkonversion erreicht, z. B. durch QDs oder kleine Leuchtstoffe.
Die Ergebnisse zeigen das Beispiel der RGVB-Übertragung von microLEDs. Die Parameter sind auf der Folie dargestellt, einschließlich der Größe der microLED, des Abstandes, der Laserenergiedichte, des Donor-Empfänger-Abstandes usw. Es kann gezeigt werden, dass mit jedem Schuss eine andere Farbe übertragen wird. Bei drei Aufnahmen sind also alle R G B microLEDs an der richtigen Stelle platziert! Wie die Teilmenge in Folie 2 zeigt, kann der Laser in jedem Schritt/Schuss eine Fläche von etwa 2,83 cm2 bearbeiten.
Um mehr zu erfahren, besuchen Sie unsere Weltklasse-Veranstaltung über microLEDs und QDs, auf der Coherent diese Technologie ebenfalls vorstellen wird. Mehr Infos auf www.TechBlick.com/microLEDs
Mikro-LEDs: Können sie dazu beitragen, die Energielücke in elektronischen Geräten zu schließen?
Warum kann die microLED-Technologie dazu beitragen, die Energielücke in elektronischen Geräten zu schließen? @Khaled Ahmed von der Intel Corporation bot auf der TechBlick-Display-Veranstaltung im Jahr 2021 eine datenreiche und einzigartige Einschätzung.
Die erste Folie zeigt die Batterielücke - Ahmed hat nach Jahren aufgeschlüsselt Daten gesammelt, die zeigen, dass der Strombedarf von Mobiltelefonen das Stromversorgungsniveau von Batterien bei weitem übersteigt, wodurch eine "Batterielücke" entsteht, die sich jedes Jahr vergrößert, da immer mehr stromhungrige Funktionen hinzugefügt werden, während sich die Batterietechnologien nur schrittweise verbessern. Etwa 70 % des Stromverbrauchs eines Mobiltelefons oder Tablets entfallen auf das Display, was zeigt, wie wichtig es für die Verringerung dieser Lücke ist.
Die zweite Folie zeigt die Verbesserungen der Effizienz (lm/W) von OLED-Geräten, die pro Jahr auf den Markt kommen. Die OLED-Effizienz hat bei produzierten oder freigegebenen Produkten eindeutig ein Plateau erreicht. Der hintere Punkt stellt das prognostizierte Potenzial von Mikro-LEDs dar und zeigt, dass die Mikro-LED-Technologie einen entscheidenden Wandel bewirken kann.
Die dritte Folie zeigt, dass es eine Lücke zwischen der EQE von Labor-OLEDs und der von freigegebenen Produkten gibt. Die Ursachen dafür sind unklar, aber wahrscheinlich handelt es sich um Kompromisse, die bei der Produktion notwendig sind, und um Kompromisse zwischen Lebensdauerstabilität und EQE.
Die vierte Seite vergleicht die Effizienz von GaNw-LEDs bei verschiedenen Wellenlängen mit der von organischen LEDs (aus den vorherigen Folien). Sie zeigt, dass GaN-LEDs im Vergleich zu OLEDs bei allen Wellenlängen mit Ausnahme von Rot eine dramatisch höhere EQE aufweisen. In der Tat gibt es eine rote Effizienzlücke in der GaN-Mikro-LED-Technologie, an deren Schließung weltweit intensiv geforscht wird.
Diese Diagramme zeigen deutlich, dass die OLED-Technologie ein Plateau erreicht zu haben scheint und daher die Batterielücke wahrscheinlich nie überwinden wird, während die aufkommende microLED-Technologie vielversprechend ist. Natürlich ist die Entwicklung und Herstellung von Mikro-LEDs mit anderen Herausforderungen verbunden, wie z. B. dem schnellen Transfer und der Produktion mit hoher Ausbeute, die wir an anderer Stelle erläutern werden.
Wenn Sie mehr über mikroLED-Technologien erfahren möchten, nehmen Sie an der weltweit ersten Fachkonferenz zu diesem Thema teil. Informieren Sie sich über das hochkarätige Programm unter
Phosphore oder QDs für die Farbumwandlung in LCD und microLED ? Was wird sich durchsetzen?
Dies ist ein interessanter und sich weiterentwickelnder Technologiebereich, den es zu beobachten gilt. James E. Murphy et al. von GE Research haben die besten roten und grünen Schmalband-Leuchtstoffe ihrer Klasse entwickelt und sind nun dabei, die Technologie in Richtung Mikro-LEDs und On-Chip-Integration weiterzuentwickeln
Der rote KSF-Leuchtstoff ist ein hervorragender Schmalband-Farbkonverter für Displays mit großem Farbumfang. Er emittiert 5 Peaks, von denen jeder eine extrem schmale 5-nm-FWHM aufweist. Der Hauptpeak liegt im Bereich von 631nm. Es handelt sich um ein stabiles Material für hohe Lichtströme und hohe Temperaturen. Es kann sogar als direkter Ersatz für bestehende gelbe Leuchtstoffe auf dem Chip integriert werden. Es ist ein großer kommerzieller Erfolg mit >19 Lizenznehmern und >40 MILLIARDEN (mit steigender Tendenz) KFS-haltigen LEDs, die weltweit in der Display-Industrie verkauft werden.
Wie die nachstehende Folie, die auf der TechBlick im Juli 2021 vorgestellt wurde, zeigt, entwickelt sich die KFS-Technologie weiter. Anfangs, im Jahr 2014, lag die durchschnittliche Partikelgröße bei 25-30 um. Inzwischen ist sie auf 3-9 um gesunken und entwickelt sich weiter in Richtung Submikron- und sogar Nanogröße, was eine direkte Integration in Mikro-LEDs von heute und morgen ermöglicht! Dies ist ein wichtiger Technologietrend, da er den Wettbewerb zwischen QDs und Leuchtstoffen auch auf den Bereich der Mikro-LEDs ausweitet (zuvor waren QDs aufgrund ihrer geringen Größe die einzigen Akteure in der Stadt).
Darüber hinaus kann der KSF von GE jetzt in luftstabilen Tinten formuliert werden, die auf verkapselungsfreien Leuchtstoffen basieren und für den Tintenstrahldruck geeignet sind, ohne dass die Düsen verstopfen. Das bedeutet, dass es sogar als Farbkonverter auf microLEDs gedruckt werden kann, was es insbesondere ermöglicht, effiziente blaue microLEDs zu verwenden, um rote Farbe zu erzeugen und/oder nur eine blaue microLED-Farbe zu übertragen.
James E. Murphy bietet auch einen interessanten Vergleich zwischen Cd-freien InP QDs und KSF für Mikro-LEDs. Er argumentiert, dass QDs bei sehr dünnen Schichten (<10um) effizienter sind. Wenn die Schicht jedoch dicker wird, vielleicht um ein Auslaufen der blauen Farbe zu verhindern, können Selbstabsorptionseffekte eintreten, die die EQE verringern. Daher wird argumentiert, dass KSF bei einer Schichtdicke von mehr als 20 um eindeutig gewinnt, da es keine Selbstabsorption gibt.
Schließlich gibt es keine grünen Ultra-Schmalband-Leuchtstoffe, so dass der Raum für QDs offen ist. Insbesondere die grünen Perowskit-QDs sind in diesem Bereich sehr stark. GE treibt jedoch die Entwicklung seiner schmalbandigen GRÜNEN Leuchtstoffe voran. Wie unten dargestellt, ermöglichen diese Materialien 100 % DCI-P3. Die Leistung ist vergleichbar mit der von Beta Sialon, jedoch ohne Übersprechen mit einem roten KSF-Emitter. Darüber hinaus bietet es eine 100%ige HTHH-Stabilität, die eine direkte On-Chip-Integration ermöglicht. Und schließlich wird ein QE-Niveau von >90% erreicht. Natürlich hat es, genau wie KFS, eine langsame PL-Abklingzeit in der Größenordnung von 90-450 um (QD ist ns)
Um mehr über QDs und microLEDs zu erfahren, besuchen Sie TechBlick's Veranstaltung am 30NOV-1Dec: www.TechBlick.com/microLEDs
[This is automatically translated from English]
