この記事では、MicroLEDやQDディスプレイにおける重要な進歩について、技術スライドを使用して紹介する。具体的には、3600ppiの「シリコン」ディスプレイ｜グラビア印刷されたマイクロバンプ｜電気流体力学的に印刷されたQDカラーコンバータ｜マイクロLEDのレーザーLLOと転写｜QDと蛍光体｜マイクロLEDの省エネ性能について取り上げています。
これらの技術的進歩は、TechBlickが2日間にわたって開催するグローバルカンファレンス「Mini & Micro-LED Displays」で発表される予定です。2022年11月30日から12月1日にかけて、TechBlickの「対面式バーチャル」プラットフォームで開催される「Mini & Micro-LED Display: Markets, Manufacturing Innovations, Applications, Promising Start-ups」（市場、製造イノベーション、アプリケーション、有望な新興企業）に関する2日間のグローバルカンファレンスで、これらの技術の進歩が紹介されます。アジェンダには、Samsung、Sharp、AUO、Coherent、ASMPT、Komori、CEA、Micledi、3D Micromac、Allows Semiconductors、その他多くの企業が参加しています。アジェンダの全容はこちらでご覧いただけます。 www.TechBlick.com/microLEDs.
マイクロLEDとQD技術で3600ppifullの驚異的な色彩を持つ "シリコン "ディスプレイ？
この技術を開発したのは、シャープ（平野康明ほか）です。 下のスライドに示すように、まず青色のみのuLEDをサファイア基板上に形成しています。ここでは、1つのLEDアレイに24 um x 8 umサイズの352 x 198個のマイクロLEDダイを搭載しています。これと並行して、駆動回路を含むLSIチップをシリコンウエハ上に形成する。ここでは、各マイクロLEDダイに独立に駆動電圧を印加するために、カソード（N型電極）とアノード（P型電極）をそれぞれ作製しています。Auバンプ電極は、LEDチップのピッチに合わせて作製します。2枚の基板は、Au-Auボンディングでフリップチップ接合されています。ここですでに、シリコンやオプトエレクトロニクス産業（従来の薄膜ディスプレイ産業とは異なる！）との並行関係を見ることができる。次に、レーザーリフトオフでサファイア層を除去する。最後に、Cdを含まない量子ドット（緑と赤）をマイクロLEDのダイの上に蒸着し、RGBの色変換を可能にする。このようにして、RGBカラーを実現します。
デバイスの構造はスライド2-に示すとおりで、GaN uLEDダイ、Auバンプ、遮光壁、量子ドット（QD）の位置がわかります。このようにして、1,053ppiのフルカラーディスプレイが形成されます。
しかし、uLEDは発光面積が小さいため、輝度が低いという問題がある。そこで、カソードの駆動電極を個別から共通にすることで、uLEDの搭載スペースを確保するという画期的な解決策を講じた。スライド3に示すように、1画素の発光量が23%から38%に向上しました。その結果、11ニットの明るさを達成しました。これは素晴らしい進歩です。もちろん、11ニットでも屋外用ARアプリケーションにはまだ十分な輝度ではないので、最終戦ではありません。
2022年11月30日～12月1日に開催される初のmicroLEDとQDの専門イベントに参加し、Yasuakieさんらからこの技術についてもっと話を聞いてみませんか？ www.TechBlick.com/microLEDs
グラビア印刷によるマイクロLED用微細バンプの開発
マイクロ LED の小型化に伴い、マイクロ LED 用金型のマイクロバンピング要件はより困難になっています。この点、グラビアオフセット技術を用いたウェーハベースのダイレクトプリントは、有望な解決策となります。この分野もプリンテッドエレクトロニクスが活躍できる分野です。
小森は、最近優れた結果を達成しました。この結果は、2022年11月30日から12月1日に開催されるTechBlickのマイクロLEDイベントで発表される予定です。www.TechBlick.com/microLEDs
以下のスライドにあるように、グラビア印刷では、フラックスペーストで印刷した微細なバンプを、300mmの範囲で5μmの印刷精度を実現することができます。最初のスライドは、ウェーハ上の印刷位置の精度を示したものです。特にスクリーン印刷との比較で、グラビア印刷の方がスクリーン印刷よりも微細な印刷ができることがわかります（±10umですが、スクリーン印刷でも可能ですし、今後も可能です）。
スライド2のように、SAC（Sn、Ag、Cu）ソルダーペーストで印刷可能な最小径は6μm、バンプ中心間距離は30μmです。リフローは最小径10μmで成功しています。こうすることで、例えば30um×50umや80umのサイズのマイクロLEDのチップに対応することができます。
さらに、スライド3に示すように、この技術では、いくつかの直径を印刷することで厚みを制御することも可能です。バンプ径を小さくすればするほど、アスペクト比を高くすることができます。
このように、マイクロバンプのグラビア印刷技術の有効性を示す、非常に素晴らしい結果となっています。この技術は、現在および近い将来の世代のマイクロLEDをサポートすることができますが、長期的にはマイクロLEDのダイがさらに縮小するにつれて、進化するのでしょうか？
高精細RGBマイクロLED、プリンテッドエレクトロニクス、量子ドット？
QDを青色マイクロLEDの上に色会話材料としてデジタル印刷することで、色ごとの転写工程を必要としない広色域のRGB uLEDディスプレイを実現できるため、この3つのテーマは密接に結びついている。
このような目的のためには、インクジェットが一般的な技術として研究されています。以下に示すように アーミン・ヴェーデル教授 しかし、4pLの液滴は大きすぎるため、せいぜい40umの画素で、850dpiにも達しない。 しかし、EHD（Electrohydrodynamic Printing）は、この問題を解決することができます。EHDでは、液滴は表面に近い（50um程度）ノズルから電界によって引き出されるため、優れた印刷設備が必要とされます。
下図のように、液滴の体積はわずか0.5pLで、ラボでは1～10umの画素、再現性では15umを実現することができます。これにより、850ppiや1000ppiを達成することができます。
スライド2は、EHDJetで成膜したマイクロLEDディスプレイ用QDカラーフィルタ（QD-CF）の例です。ここでは、15umピッチで1000ppiを達成したと報告されています。ロードマップは、2000ppiまで進化させる予定です。
これらは、高PIマイクロLED技術開発への道を切り開く、素晴らしい技術進歩です。
もちろん、EHDJetは比較的新しい技術です。マルチヘッドのプリントヘッドも登場していますが、主にシングルヘッド接合で、速度も遅いです。しかし、高輝度LEDディスプレイのカラーフィルター成膜には最適なソリューションです。
これらの技術に関する最新情報は、Wedel教授も講演するTechBlickのマイクロLEDと量子ドットの専門イベントに参加してください。www.TechBlick.com/microLEDs
安定したRoHS指令準拠のCdフリーQDをマイクロLEDに？
この技術は、マイクロLEDの製造を簡素化するために必要です。この方法では、R G B uLEDを移植する必要はなく、すでに効率的な青色uLEDを移植するだけで、赤と緑のQDカラー会話によってRGBカラーを実現することができます。
もちろん、Cdフリーの緑と赤のQDを実現するためには、（1）マイクロLEDチップに直接組み込むのに十分な高い熱・光安定性、（2）青色漏れを防ぐために低い厚さでも高い青色吸収率、（3）狭いFWHMと高いQY、（4）低い自己励起、などの複数の材料課題がある。 QustomDot（カスタムドット -ほうしん ゼーガーヘンズ この分野では、ゲント大学（Ghent University）のグループが素晴らしい進展を遂げている。彼らは、InPベースのQDのための新しい高制御の合成プロセスを持っています。昨年のTechBlickで、彼らは、マクロおよび薄膜LEDにおけるQDの集積に関する興味深い安定性データを発表しました。これらの結果は、以下のスライドに示されています。これらのデータは、LEDに直接組み込むためのQDの開発への明確な道筋を示しています。
マクロLEDに集積された500μmのQDレベルは、1W/cm2下でも300時間以上の安定性を示し、130mW/cm2下の100-150μmのQD薄膜も挿入条件下で1500時間以上の光安定性を示している。
これらは昨年の結果です。QD-on-microLEDに関するQustomDotの最新動向を聞くには、TechBlickのmicroLEDとQDのイベントに参加してください。世界レベルのアジェンダは下記からご確認ください。www.TechBlick.com/microLEDs
マイクロ、ミニ、トラディショナルLEDはどのように定義されていますか？
エリック・ビレイ - 現場のスーパーアナリスト ヨールグループ - は、それぞれの主な違いを示す下表を用意しました。 従来のLEDはSMDまたはスルーホールパッケージで、ダイは通常1mm以上です。一般照明、車載照明、LCDバックライトなどに使用されている。
Min-LEDは、一般的にダイサイズが200μm以下、50μm以上で、SMDまたはCoB（チップオンボード）パッケージで提供されます。現在では、LCDやキーボードのバックライト、狭ピクセルピッチのLED直視型LEDなど、さまざまな分野で実用化されている。液晶ディスプレイの分野では、コントラストを向上させるための局所調光に適しており、液晶ディスプレイを有機ELに近づけることができる。
とマイクロLEDは非常に小さく、通常50um以下である。マイクロLEDのサイズは、LEDのコスト削減（ウェーハあたりのLEDの数）と転送コスト/時間の削減（例えば、同じスタンプ内に転送されるLEDの数）のために、技術の進歩とともにさらに小さくなると予想される。
明らかに、各LEDクラスは、成長技術から性能、アプリケーションまであらゆる意味で大きく異なっている。
TechBlickのmicroLEDイベントに参加し、エリックをはじめとする30名のトップクラスのスピーカーから、microLED業界のあらゆる側面を網羅する講演をお聞きください。www.TechBlick.com/microLEDs
MicroLEDディスプレイの生産にレーザーはどう役立つのか？
以下のスライドをご覧ください。uLEDディスプレイの製造における最大の課題は、スピードと歩留まりを要求される搬送工程です。以下のスライドにあるように オリバー・ハウプト from コヒーレント社., この工程では、3色（R G B）のマイクロLEDをすべて転送する場合と、青色のマイクロLEDのみを転送する場合の両方で、レーザーが重要な役割を果たします。 両者のプロセスフローは以下の通りです。RGBマイクロLEDの場合、まずサファイア基板に仮のキャリアを貼り付け、その上にGaN uLEDを成長させます。レーザーリフトオフ（LLO）によりサファイア基板の接合を解除し、キャリアウェハとGaNマイクロLEDを分離します。次に、制御されたUVスポットによって、個々のマイクロLEDをTFTアクティブバックプレーン層を持つ最終基板上に放出する。この工程は3回繰り返すことができ、毎回異なる色のuLEDを作成することができる。もちろん、どの工程でも、レーザーのプロファイルやパラメーターを最適に制御し、適切な接着剤材料の特性と調和させることが必要である。
青色のみのマイクロLEDの場合、最終的にバックプレーン基板をGaNサファイア基板に接触させます。GaN uLEDは、LLOプロセスを経て最終基板に転写される。その後、QDや小型蛍光体などの色会話により、3色機能を実現する
結果は、microLED RGVBの転写の例を示しています。スライドには、microLEDのサイズ、ピッチ、レーザーエネルギー密度、ドナー-レシーバー距離などのパラメータが示されています。ショットごとに異なる色が転写されていることがわかります。このように、3回のショットですべてのR G BマイクロLEDが正しい位置に配置されました。スライド2のサブセットにあるように、レーザーは1ステップ/ショットで約2.83cm2の面積を処理することができます。
コヒレント社もこの技術を紹介する予定です。詳細はこちらwww.TechBlick.com/microLEDs
マイクロLED：電子デバイスのエネルギーギャップ克服に貢献できるか？
なぜmicroLED技術は、電子機器のエネルギーギャップを縮めることができるのか？インテル株式会社の@Khaled Ahmed氏は、2021年に開催されたTechBlickの展示イベントで、豊富なデータによるユニークな評価を行いました。
Ahmed氏は、携帯電話の電力需要がバッテリーの電力供給レベルをはるかに超えていることを示すデータを年ごとに収集し、「バッテリーギャップ」を作り出していることを明らかにしました。携帯電話やタブレット端末の消費電力の約70％はディスプレイによるものであり、このギャップを縮めるためにはディスプレイの重要性が非常に高いことがわかります。
2枚目のスライドは、発売された有機ELデバイスの効率（lm/W）が1年ごとに向上している様子を示したものである。有機ELの効率は、生産・発売された製品で明らかに頭打ちになっています。バックドットは、マイクロLEDの潜在的な可能性を示しており、マイクロLED技術がいかにゲームチェンジャーとなり得るかを示しています。
3枚目のスライドは、実験用OLEDの外部量子効率と発売済み製品の外部量子効率の間にギャップがあることを示している。その原因は明らかではないが、生産に必要なトレードオフや、寿命安定性と外部量子効率のトレードオフが関係していると思われる。
4面は、様々な波長でのGaNw LEDの効率と有機LED（前のスライドより）を比較したものです。赤色を除くすべての波長において、GaN LEDは有機ELと比較して劇的に高い外部量子効率レベルを提供することがわかります。実際、GaN マイクロ LED 技術では赤色の効率にギャップがあり、これを埋めるために世界的な研究開発が行われています。
このグラフを見ると、有機ELはすでに頭打ちで、バッテリーギャップを克服することはできないが、マイクロLEDは克服できる可能性が高いことがよくわかる。もちろん、マイクロLEDの開発と製造には、迅速な移転や高歩留まり生産など、他の課題もありますが、それは別のところで説明します。
マイクロLED技術についてもっと知りたい方は、このトピックに関する世界初の専門技術展にご参加ください。世界最高レベルのアジェンダをご覧ください。 www.TechBlick.com/microLEDs
LCDやmicroLEDの色変換は蛍光体とQDのどちらを使う？どちらが勝つか？
これは、興味深い進化を遂げる技術領域であり、注目すべきものです。GE Research の James E. Murphy 氏らは、クラス最高の狭帯域赤色および緑色蛍光体を開発し、現在、この技術をマイクロ LED とオンチップ集積化に向けて進化させているところです。
赤色KSF蛍光体は、広色域ディスプレイ用の狭帯域色変換素子として優れている。5つのピークを発し、それぞれのピークの半値幅は5nmと非常に狭い。メインピークは631nm付近に集中しています。また、高光束・高温条件下でも安定した材料である。実際、既存の黄色蛍光体の直接の代替品としてオンチップ集積化することが可能である。KFSは商業的に大きな成功を収めており、19社以上のライセンシーと、ディスプレイ業界向けに世界中で400億個以上（さらに増加中）のKFS含有LEDが販売されています。
2021年7月のTechBlickで発表された以下のスライドが示すように、KFS技術は進化しています。2014年の当初、平均粒子径は25-30umでした。それが今では3～9umになり、サブミクロン、さらにはナノサイズの粒子へと進化しており、今日と明日のマイクロLEDとの直接統合を可能にしています これは、QDと蛍光体の競争をマイクロLEDの分野にも持ち込むという意味で、重要な技術トレンドです（以前は、QDはサイズが小さいため、この分野ではQDだけが唯一のゲームでした）。
さらに、GEのKSFは、ノズルを詰まらせることなくインクジェット印刷に適した、封止剤を使用しない蛍光体をベースにした空気安定性インクに配合することができるようになった。特に、効率的な青色マイクロLEDを使用して赤色を作成したり、青色マイクロLEDの色だけを転送したりすることができます。
James E. Murphyは、CdフリーのInP QDとマイクロLED用KSFの興味深い比較も行っています。非常に薄い膜（10μm未満）では、QDの方が効率的であると論じています。しかし、おそらく青の色漏れを防ぐために膜を厚くすると、自己吸収効果が働き、外部量子効率が低下する可能性があります。したがって、20μm以上の厚さでは、自己吸収がないKSFが明らかに勝っていると主張する。
最後に、超狭帯域の緑色蛍光体がないため、QDにスペースが残されている。特に、緑色のペロブスカイト型QDはこの分野では非常に強い。しかし、GEは狭帯域の緑色蛍光体の開発を進めている。下図に示すように、これらの材料は100％DCI-P3を可能にする。ベータサイアロンに匹敵する性能でありながら、KSF赤色発光体とのクロストークがない。さらに、100%のHTHH安定性を提供し、オンチップでの直接統合を可能にします。さらに、QEレベルは90%以上に近づくことが期待されます。もちろん、KFSと同様に、90-450um（QDはns）のオーダーの遅いPL減衰時間を有している。
QDとマイクロLEDの詳細については、11月30日～12月1日に開催されるTechBlickのイベントにご参加ください。 www.TechBlick.com/microLEDs
[This is automatically translated from English]
