Dans cet article, nous mettons en évidence les progrès importants réalisés dans le domaine des écrans MicroLED et/ou QD à l'aide de diapositives technologiques. Plus précisément, nous abordons les écrans en silicium 3600PPI, les microbilles imprimées par héliogravure, les convertisseurs de couleur QD imprimés par électrohydrodynamique, l'OLL et le transfert laser pour les MicroLED, les QD par rapport aux phosphores, les économies d'énergie réalisées grâce aux MicroLED.
Ces avancées technologiques seront présentées lors de la conférence mondiale de TechBlick, qui se déroulera sur deux jours et portera sur les "Mini- & Micro-LED Displays : Markets, Manufacturing Innovations, Applications, Promising Start-ups" qui se déroulera en ligne sur la plate-forme virtuelle de TechBlick du 30 novembre au 1er décembre 2022. L'ordre du jour comprend des représentants de Samsung, Sharp, AUO, Coherent, ASMPT, Komori, CEA, Micledi, 3D Micromac, Allows Semiconductors, et bien d'autres. L'agenda complet peut être consulté ici www.TechBlick.com/microLEDs.
Des écrans "siliconés" avec une incroyable couleur de 3600 ppifull utilisant la technologie microLED et QD ?
Sharp (HIRANO Yasuakie et al) a développé cette technologie. Comme le montre la diapositive ci-dessous, les premières uLEDs uniquement bleues sont formées sur un substrat en saphir. Ici, un réseau de LED contient 352 x 198 matrices de micro LED d'une taille de 24 um x 8 um. En parallèle, une puce LSI contenant le circuit de commande est formée sur une plaquette de silicium. Ici, la cathode (électrode de type N) et l'anode (électrode de type P) sont fabriquées pour chaque puce micro-LED afin d'appliquer une tension d'attaque indépendante à chaque puce. Les électrodes à bosses en Au sont fabriquées en fonction du pas des puces LED. Les deux substrats sont reliés par flip-chip à l'aide d'un collage Au-Au. Ici, on peut déjà voir le parallèle avec l'industrie du silicium et de l'optoélectronique (par opposition à l'industrie traditionnelle des écrans à couche mince !) Ensuite, la couche de saphir est enlevée par laser. Enfin, des points quantiques sans Cd (vert et rouge) sont déposés sur les matrices microLED pour permettre la conversion des couleurs R G. De cette façon, on obtient des couleurs RGB. De cette façon, on obtient des couleurs RVB
L'architecture du dispositif est présentée dans la diapositive 2, où l'on peut voir l'emplacement des puces GaN uLED, des bosses Au, ainsi que des parois de protection contre la lumière et des points quantiques (QD). De cette manière, un écran couleur de 1 053 ppi est formé.
Cependant, étant donné la petite taille de la zone émissive des uLEDs, la luminosité est faible. Une solution innovante consiste à remplacer les électrodes de cathode de commande individuelles par une électrode commune, ce qui libère davantage d'espace pour les uLED. Comme le montre la troisième diapositive, l'émission de lumière dans un pixel a été améliorée de 23 % à 38 %. En conséquence, une luminosité de 11 tricots a été atteinte. Il s'agit d'un excellent progrès. Bien entendu, il ne s'agit pas de la partie finale, car même à 11 nœuds, la luminosité n'est pas encore suffisante pour les applications de RA en extérieur.
Rejoignez-nous, ainsi que vos homologues du secteur, du 30 novembre au 1er décembre 2022, lors de notre tout premier événement spécialisé dans les microLED et les QD, pour en savoir plus sur cette technologie grâce à Yasuakie-san et al : www.TechBlick.com/microLEDs
Microbilles imprimées en héliogravure pour les microLEDs
Comme les microLEDs rétrécissent inévitablement en taille, les exigences de micro-bossage pour les matrices de microLEDs deviennent plus difficiles. L'impression directe sur tranche basée sur les techniques d'héliogravure offset offre une solution prometteuse à cet égard. En effet, c'est un autre domaine où l'électronique imprimée peut jouer un rôle.
Komori a récemment obtenu d'excellents résultats, qui seront dévoilés lors du prochain événement microLED de TechBlick, du 30 novembre au 1er décembre 2022.: www.TechBlick.com/microLEDs
Comme on peut le voir dans les diapositives ci-dessous, l'impression en héliogravure permet d'imprimer des microbilles imprimées à l'aide de pâte de flux, en atteignant une précision d'impression de 5 µm dans une plage de 300 mm. Les premières diapositives montrent la précision de la position d'impression sur un wafer. En particulier, elles la comparent à la sérigraphie, montrant comment l'héliogravure améliore la capacité d'impression de détails fins par rapport à la sérigraphie (+/-10 um, bien que la sérigraphie puisse également progresser).
Comme le montre la deuxième diapositive, le diamètre minimum qui peut être imprimé avec la pâte à braser SAC (Sn, Ag, Cu) est de 6 μm et la distance entre les centres des bosses est de 30 μm. La refusion a donné de bons résultats avec un diamètre minimum de 10 µm. De cette façon, par exemple, une puce microLED de la taille de 30um par 50 ou 80um peut être supportée.
En outre, comme le montre la troisième diapositive, cette technique offre également la possibilité de contrôler l'épaisseur en imprimant plusieurs diamètres. Plus le diamètre de la bosse est petit, plus le rapport d'aspect est élevé.
Ces résultats sont très intéressants et montrent la viabilité de la technique d'impression en héliogravure pour les microbilles. Cette technologie peut prendre en charge les générations actuelles et à court terme de microLED, mais évoluera-t-elle à mesure que les matrices de microLED se réduiront à plus long terme ?
MicroLEDs RVB à haute IPP, électronique imprimée et points quantiques ?
Ces trois thèmes sont étroitement liés, car les QD peuvent être imprimés numériquement en tant que matériaux de conversation des couleurs sur des microLED bleues pour permettre des affichages uLED RVB à large gamme de couleurs sans nécessiter une étape de transfert distincte pour chaque couleur.
Le jet d'encre est la technologie couramment utilisée à cette fin. Cependant, comme le montre le professeur Armin Wedel ci-dessous, sa gouttelette de 4pL est trop grosse, permettant au mieux un pixel de 40 um et ne pouvant même pas atteindre 850 dpi.
L'impression électrohydrodynamique (EHD) peut toutefois résoudre ce problème. Dans l'EHD, les gouttelettes sont tirées par un champ électrique à partir d'une buse qui se trouve à proximité (environ 50 um) de la surface et nécessite donc une bonne installation d'impression.
Comme indiqué ci-dessous, le volume des gouttelettes n'est que de 0,5 pL, ce qui permet d'obtenir des pixels de 1 à 10 um en laboratoire et de 15 um de manière reproductible. Cela permet d'atteindre 850ppi et 1000ppi !
La diapositive 2 montre un exemple de filtre coloré QD (QD-CF) pour un écran microLED déposé par EHDJet. Ici, un pas de 15um est rapporté, permettant d'atteindre 1000ppi. La feuille de route sera de faire évoluer la technologie vers même 2000ppi !
Il s'agit là d'excellentes avancées artistiques et technologiques, qui ouvrent la voie au développement de la technologie microLED à haute PPI.
Bien sûr, l'EHDJet est une technologie relativement nouvelle. Elle est principalement à tête unique et lente, bien que des têtes d'impression à têtes multiples apparaissent. Néanmoins, il s'agit d'une solution élégante pour déposer des filtres de couleur sur les écrans microLED à haute IPP.
Pour en savoir plus sur ces technologies, joignez-vous à l'événement spécialisé de TechBlick sur les microLED et les Quantum Dots, où le professeur Wedel fera également une présentation: www.TechBlick.com/microLEDs
Des QDs sans Cd stables et conformes à la directive RoHS pour les microLEDs ?
Cette technologie est nécessaire pour simplifier la fabrication des microLEDs - de cette façon, il n'est pas nécessaire de transférer les uLEDs R G B mais seulement les uLEDs bleues déjà efficaces et obtenir la couleur RGB via la conversation de couleur des QDs rouges et verts.
Il existe bien sûr de nombreux défis matériels, notamment la réalisation de QD verts et rouges sans Cd avec (1) une stabilité thermique et lumineuse suffisamment élevée pour une intégration directe dans les puces microLED, (2) une absorbance bleue élevée même à faible épaisseur pour éviter les fuites de couleur bleue, (3) une FWHM étroite et un QY élevé, (4) une faible auto-excitation, etc.
QustomDot - spin-off du groupe de Zeger Hens à l'université de Gand - fait d'excellents progrès dans ce domaine. Ils disposent d'un nouveau processus de synthèse hautement contrôlé pour les QD à base d'InP. L'année dernière, lors du TechBlick, ils ont partagé des données intéressantes sur la stabilité de l'intégration des QD dans les macro LED et les LED à couche mince. Ces résultats sont présentés dans les diapositives ci-dessous. Ils montrent une voie claire vers le développement de QDs pour l'intégration directe sur les LEDs.
Le niveau de QD de 500um d'épaisseur intégré sur une macro LED montre une stabilité de >>300 heures même sous 1W/cm2, et un film mince de QD de 100-150um sous 130mW/cm2 montre également >>1500 heures de photostabilité dans des conditions d'insertion.
Ces résultats datent de l'année dernière. Pour entendre les derniers développements de QustomDot sur les QD sur microLED, veuillez vous joindre à l'événement microLED et QD de TechBlick. Consultez l'agenda de classe mondiale à l'adresse suivante www.TechBlick.com/microLEDs
Comment définir les micro-, mini- et traditionnelles LEDs ?
Eric Virey - super analyste sur le terrain Yole Group - a préparé le tableau ci-dessous, qui montre les principales différences entre les deux.
Les LED traditionnelles se présentent sous la forme de boîtiers SMD ou de boîtiers à trous traversants et les puces mesurent généralement 1 mm ou plus. Cette application bien établie est utilisée dans l'éclairage général, l'éclairage automobile et le rétro-éclairage des écrans LCD.
Les mini-LED ont une taille de puce généralement inférieure à 200 um mais supérieure à 50 um, et sont présentées dans des boîtiers SMD ou CoB (chip-on-board). Elles sont actuellement commercialisées et trouvent des applications dans les rétroéclairages d'écrans LCD et de claviers, les LED à vision directe à pas de pixel étroit et d'autres secteurs. Dans le secteur des LCD, elles sont adaptées pour fournir un gradateur local afin d'améliorer le contraste, ce qui rapproche les LCD des OLED sur cette caractéristique.
et les micro-LED sont très petites, généralement inférieures à 50 um. La taille des microLED devrait encore diminuer au fur et à mesure que la technologie progresse pour réduire le coût des LED (plus de LED par plaquette) et le coût/temps de transfert (par exemple, plus de LED transférées dans le même timbre).
De toute évidence, chaque catégorie de LED est très différente dans tous les sens du terme, des techniques de croissance aux performances en passant par les applications.
Participez à l'événement microLED de TechBlick pour écouter Eric et 30 autres orateurs de haut niveau couvrant tous les aspects de l'industrie microLED. www.TechBlick.com/microLEDs
Comment les lasers aident-ils à la production d'écrans MicroLED ?
Voir les diapositives ci-dessous pour en savoir plus. L'un des plus grands défis de la production d'écrans uLED est l'étape du transfert, compte tenu des exigences de vitesse et de rendement. Comme le montrent les diapositives ci-dessous d'Oliver Haupt de Coherent Inc, les lasers peuvent jouer un rôle important dans cette étape, aussi bien lorsque les microLEDs des trois couleurs (R G B) que lorsque seules les microLEDs bleues doivent être transférées.
Le déroulement du processus pour les deux cas est présenté ci-dessous. Dans le cas des microLEDs RGB, un support temporaire est d'abord fixé au substrat de saphir sur lequel les uLEDs GaN sont cultivées. Un laser LLO (Laser Lift Off) est déployé pour décoller le substrat de saphir, libérant la tranche de support avec les microLEDs GaN détachées. Ensuite, des spots UV contrôlés sont utilisés pour libérer les microLED individuelles sur le substrat final contenant les couches actives du fond de panier du TFT. Ce processus peut être répété trois fois, chaque fois pour une couleur de uLED différente. Dans toutes les étapes, bien sûr, un contrôle excellent et optimisé du profil/paramètres du laser en harmonie avec les bonnes propriétés du matériau adhésif est nécessaire.
Dans le cas des microLEDs uniquement bleues, le substrat final du fond de panier est mis en contact avec le substrat saphir GaN. Les uLEDs en GaN sont transférées sur le substrat final via le processus LLO. La capacité à produire trois couleurs est ensuite obtenue par la conversation de couleur, par exemple, des QD ou des phosphores de petite taille.
Les résultats montrent l'exemple du transfert des microLED RGVB. Les paramètres sont indiqués dans la diapositive, notamment la taille des microLED, le pas, la densité d'énergie laser, la distance donneur-récepteur, etc. On peut constater qu'une couleur différente est transférée à chaque tir. Ainsi, en trois coups, toutes les microLEDs R G B sont placées au bon endroit ! Comme le montre le sous-ensemble de la diapositive 2, le laser peut, à chaque étape/tirage, traiter une surface d'environ 2,83 cm2.
Pour en savoir plus, participez à notre événement de classe mondiale sur les microLEDs et les QDs, où Coherent présentera également cette technologie. Plus d'informations sur www.TechBlick.com/microLEDs
MicroLEDs : peuvent-elles contribuer à combler le déficit énergétique des appareils électroniques ?
Pourquoi la technologie microLED peut-elle contribuer à réduire le déficit énergétique des appareils électroniques ? @Khaled Ahmed d'Intel Corporation a offert une évaluation unique et riche en données lors de l'événement sur les écrans de TechBlick en 2021. La première diapositive montre l'écart entre les batteries. Ahmed a recueilli des données annuelles montrant que la demande en énergie des téléphones dépasse largement le niveau d'alimentation des batteries, créant ainsi un "écart entre les batteries" qui se creuse chaque année à mesure que des fonctionnalités plus gourmandes en énergie sont ajoutées, alors que les technologies des batteries ne s'améliorent que progressivement. L'écran représente environ 70 % de la consommation d'énergie d'un téléphone mobile ou d'une tablette, ce qui montre l'importance capitale qu'il revêt pour réduire cet écart.
La deuxième diapositive montre l'amélioration de l'efficacité (lm/W) des dispositifs OLED "sortis" chaque année. L'efficacité des OLED a clairement atteint un plateau dans les produits fabriqués ou commercialisés. Le point arrière représente le potentiel prévu des microLEDs, montrant comment la technologie microLED peut changer la donne.
La troisième diapositive montre qu'il existe un écart entre l'EQE des OLED de laboratoire et celui des produits commercialisés. Les origines ne sont pas claires mais impliquent probablement des compromis nécessaires à la production et des compromis entre la stabilité de la durée de vie et l'EQE.
Le quatrième côté compare l'efficacité des LEDs GaNw à différentes longueurs d'onde par rapport aux LEDs organiques (des diapositives précédentes). Il montre que les LED GaN offrent des niveaux d'EQE considérablement plus élevés par rapport aux OLEDs à toutes les longueurs d'onde sauf le rouge. En effet, il existe un écart d'efficacité dans le rouge dans la technologie microLED GaN, dont le comblement fait l'objet d'une intense R&D au niveau mondial.
Ces graphiques montrent clairement que si la technologie OLED semble avoir atteint un plateau et ne pourra donc probablement jamais combler le fossé des batteries, la technologie émergente des microLED est très prometteuse. Bien sûr, le développement et la fabrication des microLEDs impliquent d'autres défis tels que le transfert rapide et la production à haut rendement, que nous aborderons ailleurs.
Pour en savoir plus sur les technologies microLED, participez à la toute première conférence mondiale spécialisée sur le sujet. Consultez l'agenda de classe mondiale sur www.TechBlick.com/microLEDs
Phosphores ou QDs pour la conversion des couleurs dans les LCD et les microLEDs ? Lequel l'emportera ?
Il s'agit d'un espace technologique intéressant et évolutif à surveiller. James E. Murphy et al de GE Research ont développé les meilleurs phosphores rouges et verts à bande étroite de leur catégorie, et font maintenant évoluer la technologie vers les microLEDs et l'intégration sur puce. Le phosphore rouge KSF est un excellent convertisseur de couleur à bande étroite pour les écrans à large gamme de couleurs. Il émet 5 pics, chacun d'entre eux présentant un FWHM ultra étroit de 5 nm. Le pic principal est centré autour de 631nm. C'est un matériau stable dans des conditions de flux lumineux élevé et de haute température. En effet, il peut être intégré sur une puce en remplacement direct des phosphores jaunes existants. Il s'agit d'un succès commercial majeur avec plus de 19 licenciés et plus de 40 milliards de LED contenant du KFS vendues dans le monde entier dans le secteur de l'affichage. Comme le montre la diapositive ci-dessous, présentée au TechBlick de juillet 2021, la technologie KFS évolue. Au début, en 2014, la taille moyenne des particules était de 25-30um. Elle est maintenant descendue à 3-9um et évolue vers des particules submicroniques et même nanométriques, permettant une intégration directe avec les microLEDs d'aujourd'hui et de demain ! Il s'agit d'une tendance technologique importante car elle amène la compétition entre les QD et les phosphores jusque dans l'espace des microLEDs (auparavant, les QDs étaient les seuls en ville en raison de leur petite taille). En outre, le KSF de GE peut désormais être formulé dans des encres stables à l'air basées sur des phosphores sans encapsulant, adaptées à l'impression jet d'encre sans colmatage des buses. Cela signifie qu'il peut même être imprimé comme un convertisseur de couleur au sommet des microLED, permettant notamment d'utiliser des microLEDs bleues efficaces pour créer une couleur rouge et/ou de transférer uniquement une couleur de microLED bleue. James E. Murphy propose également une comparaison intéressante entre les QDs InP sans Cd et les KSF pour les microLEDs. Il affirme que pour les films très fins (<10um), les QDs sont plus efficaces. Cependant, à mesure que la couche s'épaissit, peut-être pour éviter les fuites de couleur bleue, les effets d'auto-abosrption peuvent intervenir, réduisant l'EQE. Ainsi, on peut affirmer que le KSF l'emporte clairement à une épaisseur >20um étant donné qu'il n'y a pas d'auto-absorption.
Enfin, le manque de phosphores verts à bande ultra étroite laisse la place aux QDs. En particulier, les QDs verts en pérovskite sont très forts dans ce domaine. Cependant, GE avance dans le développement de ses phosphores verts à bande étroite. Comme indiqué ci-dessous, ces matériaux permettent un DCI-P3 à 100%. Les performances sont comparables à celles du Beta Sialon, mais sans diaphonie avec un émetteur rouge KSF. De plus, il offre une stabilité HTHH de 100%, permettant une intégration directe sur puce. Enfin, il s'attend à ce que les niveaux de QE approchent >90%. Bien sûr, tout comme KFS, il a un temps de décroissance PL lent de l'ordre de 90-450 um (QD est ns).
Pour en savoir plus sur les QD et les microLED, participez à l'événement organisé par TechBlick du 30 novembre au 1er décembre : www.TechBlick.com/microLEDs
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