Nous soulignons dans cet article les avancées importantes en matière d'écrans MicroLED et/ou QD à l'aide de diapositives technologiques. Ces avancées seront présentées lors de la conférence mondiale de TechBlick, d'une durée de deux jours, intitulée "Mini- & Micro-LED Displays : Markets, Manufacturing Innovations, Applications, Promising Start-ups" qui se déroulera en ligne sur la plateforme "in-person virtual" 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
Quel sera le marché futur des microLEDs en termes de ventes unitaires, d'application, de type de puce et de fond de panier ?
Les diapositives ci-dessous présentent quelques prévisions et analyses clés de Jerry Kang d'Omdia - l'un des principaux analystes dans ce domaine - qui fera une présentation en ligne lors de l'événement microLED et QD de TechBlick, du 30 novembre au 1er décembre. www.TechBlick.com/microLEDs
La diapositive 1 montre que le marché des microLED connaîtra une croissance substantielle dans les années à venir. En 2021, les ventes ne devraient être que de 0,12k unités, reflétant le manque de maturité de la technologie et le coût de fabrication élevé/faible rendement. En 2029, le chiffre devrait atteindre 12,7 millions d'unités par zone. Il s'agit d'une croissance transformationnelle, qui ne représente pourtant que 0,3% du marché total des FPD !
La diapositive 1 montre également la répartition du marché - en milliers d'unités - par application. Les écrans publics ont été les premiers à arriver, en raison des faibles barrières techniques et des matrices beaucoup plus grandes, ainsi que des PPI ultra-faibles. Les téléviseurs haut de gamme sont également arrivés et vont se développer. Dans ce domaine, la performance supérieure de la gamme de couleurs, de la luminance et du contraste apporte de la valeur. Les montres intelligentes seront un moteur des ventes unitaires, car ici la petite taille et le PPI plus faible se traduisent par des barrières techniques moins importantes.
La diapositive 2 montre l'évolution du marché par technologie de fond de panier. La technologie MicroLED sur silicium (sur CMOS) est adaptée aux dispositifs AR ou HUD à PPI élevé. Le fond de panier LTPS est idéal pour les applications de petite et moyenne taille, comme les montres intelligentes, en raison de la grande mobilité du LTPS, mais ce dernier n'est pas adapté aux grandes surfaces en raison de la très grande non-uniformité du p-Si. Les TFT à l'oxyde peuvent être adaptés à la génération 8, tandis que les PCB seront utilisés pour les écrans de très grande taille tels que les enseignes.
La diapositive 2 montre également la répartition des prévisions par type de puce. L'option "on-wafer" consiste à faire croître la matrice d'uLED directement sur l'epiwafer. Dans ce cas, les pixels peuvent être très petits mais la taille globale est limitée par la taille de la plaquette (6-12 pouces). L'option Flip Chip signifie que les microLEDs auront des électrodes inférieures afin qu'elles puissent être montées sur le substrat/plan arrière cible.
Rejoignez-nous du 30 novembre au 1er décembre 2022 pour en savoir plus sur la technologie et le marché des microLED et des points Qunatum. Vous entendrez une fantastique brochette d'intervenants, dont Samsung, AUO, Sharp, ST Micro, Omdia, Yole, Coherent, Allos, etc. Consultez l'ordre du jour ici
Capteurs d'images QD-Si - battant l'InGaAs et le SiGe dans les régions NIR et SWIR avec un pas de pixel de 1,62-2,2 um.
Il a fallu environ 20 ans de R&D pour commercialiser les capteurs d'images à base de points quantiques colloïdaux (CQD), qui sont les premiers produits commerciaux sur le marché à utiliser les CQD dans des dispositifs électro-actifs, contrairement à tous les autres produits actuels qui utilisent les CQD en mode photoluminescence.
Tout d'abord, pourquoi des points quantiques ? La taille des particules de PbS QDs peut être réglée pour absorber dans toute la région SWIR allant de 1000nm à 2500nm. Ceci est illustré dans la diapositive ci-dessous, qui montre également que ces QDs peuvent également absorber dans les régions NIR, visible et UV en même temps.
Deuxièmement, pourquoi des points quantiques + silicium ? De toute évidence, la technologie d'imagerie la plus avancée est basée sur le silicium. Cependant, le silicium n'est pas sensible au NIR et au SWIR. C'est pourquoi les capteurs InGaAs et SiGe se sont emparés de ce marché. Cependant, ils sont souvent coûteux et leur intégration hétérogène avec le circuit de lecture en silicium (ROIC) peut ajouter à la complexité et limiter la taille/les pas des pixels, bien que les progrès du collage Cu-Cu puissent changer cela.
Comme le montre la diapositive ci-dessous, les QD peuvent être déposés par centrifugation sur une tranche de silicium de 300 mm. Les QDs de PbS sont formés en films minces de QDs avec une matrice de ligands. À partir de ces films, une photodiode QF (film quantique) est formée avec des électrodes supérieure et inférieure (qui doivent être transparentes à un large spectre lumineux). Ces photodiodes QD sont formées au-dessus du BEOL d'un capteur d'images éclairé par le haut. Des vias en cuivre sont ensuite utilisés pour connecter la couche de QD au capteur d'image.
En plus d'amener la technologie des capteurs d'images au silicium dans le spectre NIR/SWIR, la technologie QD peut également permettre un facteur de remplissage de 100 % et contribuer à réduire la taille d'un pixel d'obturateur global complexe (qui nécessiterait autrement un espace plus grand pour la photodiode).
Dans cette étude, qui sera présentée à la conférence Quantum Dot and microLED de TechBlick du 30 novembre au 1er décembre, Jonathan Steckel de ST présentera l'état de l'art, en montrant comment des pas de pixels de 1,62 à 2,2 um ont été démontrés sur des plaquettes de 300 mm. L'efficacité quantique (QE) est >60% (940-1400nm).
Pour en savoir plus, rejoignez Jonathan et de nombreux autres orateurs de renommée mondiale du 30 novembre au 1er décembre en ligne sur la plateforme interactive et d'engagement de TechBlick.
Transfert de masse des uLEDs : Surmonter les variations dimensionnelles et de fabrication grâce à la technologie des têtes et des tampons magnétiques
La technologie des écrans microLED nécessite une technologie de transfert parallèle massif. Il s'agit d'une technologie complexe en l'état et qui le sera encore plus à mesure que l'on envisage des écrans avec des matrices plus petites et des PPI élevés. C'est l'une des frontières du développement de l'industrie uLED.
De nombreuses approches de transfert parallèle ont été proposées. La plupart sont basées sur un type de tampon qui prélève les puces microLED sur le substrat de croissance et les transfère sur les substrats cibles, en les plaçant au bon endroit.
L'un des principaux défis consiste à surmonter les inévitables variations de hauteur et de dimensions des uLED en utilisant la technologie standard des microLEDs à base d'élastomère, qui, si elles ne sont pas gérées correctement, peuvent avoir un impact négatif sur ce chiffre si important : le rendement !
LuxNour Technologies Inc. propose une nouvelle approche basée sur des tampons électromagnétiques qui peuvent - comme le montre la diapositive 1 - tolérer des dizaines de σ dans la variation des uLEDs ! Cela permet d'augmenter le rendement et de relâcher la pression sur le contrôle exact des dimensions des microLEDs pendant la croissance. Rejoignez la conférence TechBlick sur les microLEDs les 30 novembre et 1er décembre pour en savoir plus www.TechBlick.com/microLEDs
Dans la première diapositive, Makarem Hussein montre la structure d'une telle tête électromagnétique, qui contient un élément électromagnétique massif à l'arrière, un élément diélectrique non magnétique entre les deux, et un motif de matériaux à haute perméabilité (par exemple, Ni) et d'ouvertures. Les zones de haute perméabilité protègent l'électromagnétique de masse, empêchant son flux de sortir. En revanche, les ouvertures représentent des discontinuités dans le blindage, permettant à la force électromagnétique de pénétrer à l'extérieur. La diapositive 2 montre un gros plan de la structure ainsi que le flux magnétique qui en résulte.
Dans cette approche, les microLEDs devront également être recouvertes d'une couche de métallisation avec un matériau ferroélectrique. Comme le montre la diapositive 2, lorsque le champ magnétique est activé, les microLEDs - quelles que soient les variations de hauteur - sont captées par la force électromagnétique à l'emplacement des ouvertures/discontinuités. Lorsque le champ est désactivé, les matrices sont libérées (ou placées).
La diapositive 3 montre un exemple de matrice de 100mx100mm sur une plaquette de Si de 150mm. Ici, le matériau à haute perméabilité est le nickel. Ce tampon peut accueillir des puces microLED de 15 um avec un espacement de seulement 7,5 um.
Il s'agit d'une technologie très intéressante qui présente un excellent potentiel. Bien sûr, il existe un savoir-faire, une expertise et une technologie importants dans le développement du tampon/de la tête EM (voir le brevet : ). En outre, les fabricants de plaquettes microLED doivent adopter leur étape de métallisation pour déposer un matériau ferreux.
Makarem Hussein se joindra à des intervenants de Samsung, Sharp, AUO, ST, Coherent et bien d'autres pour discuter du présent et de l'avenir de la technologie microLED du 30 novembre au 2 décembre - voir l'agenda ici www.TechBlick.com/microLEDs
MicroLEDs, électronique imprimée et impression laser ?
Holst a développé et perfectionné la technologie LIFT pour permettre le transfert ou l'impression au laser de microcomposants tels que les microLED avec une précision de l'ordre de 1 um.
Dans la première diapositive, vous pouvez voir une comparaison entre le transfert avant induit par laser (LIFT) classique et la technique développée par Holst, à savoir l'impression laser contrôlée par le volume (VCLP).
Dans le cas du LIFT, l'illumination laser provoque un jet d'encres de faible à moyenne viscosité sur le substrat accepteur ou cible. Cette technologie n'est pas toute jeune et certains la considèrent comme la numérisation de la sérigraphie. Dans l'exemple ici, vous pouvez voir des points de 200um de pâte conductrice imprimés avec le procédé LIFT.
Le VCLP est différent. Ici, le laser libère de fines gouttelettes sur le substrat cible/accepteur. Étant donné le contrôle du volume, une meilleure résolution est accessible. L'exemple présenté ici montre des points de 40 um de pâte à souder très visqueuse imprimés à l'aide de la technologie VCLP. Notez qu'ici, le dépôt à haut débit d'interconnexions ultrafines, telles que des adhésifs conducteurs et des pâtes à souder, se fait à partir d'une plaque de support structurée recouverte d'un revêtement anti-adhésif permanent exclusif.
Une caractéristique importante de la technique VCLP est le contrôle du flux thermique. Sans cela, l'impression laser peut donner lieu à des impressions floues ou de mauvaise définition. Pour gérer le flux thermique, Holst a mis au point un empilement "permanent" exclusif permettant une impression propre et fine des interconnexions. Dans la deuxième diapositive, vous pouvez voir l'impact positif de cette couche pour obtenir une impression laser haute résolution bien définie.
Ce qui est étonnant, c'est que non seulement les encres et les pâtes (également les adhésifs et les soudures) peuvent être imprimées, mais aussi les microcomposants tels que les matrices de microLED. Dans le schéma de la diapositive 3, vous pouvez voir les concepts. Ici, les microLED sont placées sur la pile "permanente" exclusive et sont ensuite libérées par laser à travers l'espace d'impression sur le substrat accepteur/cible. Les matrices peuvent être <10um avec une rue de découpe <5um. Cette technique peut atteindre >10M UPH (unités par heure) avec une précision d'assemblage de 1um.
La dernière diapositive montre des exemples de mini et de micro LED transférées à l'aide de cette technique. Les mini LEDs font 125x125x80 um3 et les microLEDs font 60x60x10 um3.
Il s'agit là de résultats incroyables qui pointent vers une nouvelle technique d'impression laser à haut débit capable d'imprimer des lignes fines d'encres ainsi que des pâtes très visqueuses, et des mini et micro composants.
Pour en savoir plus, participez à notre événement microLED en ligne du 30 novembre au 1er décembre, où cette technologie sera présentée.
Intégration monolithique à l'échelle de la puce de convertisseurs de couleur QD avec des puces microLED GaN
La fabrication en particulier le transfert de masse et la réparation restent les plus grands défis dans la réalisation des écrans microLED. Pour simplifier le processus, beaucoup proposent de transférer uniquement la LED bleue (ou même une UV) et d'obtenir le RVB en déposant des convertisseurs de couleur tels que des points quantiques. Cela nécessite une étape de dépôt supplémentaire. Mais que se passerait-il si l'on pouvait réaliser une intégration monolithique à l'échelle de la puce de QDs et de microLEDs en GaN ? C'est exactement ce que propose Saphlux, qui présentera son projet du 30 novembre au 1er décembre 2022 lors de l'événement MicroLED et QD de TechBlick. www.TechBlick.com/microLEDs
Saphlux a poussé cette approche un peu plus loin. Au lieu du dépôt de QD après transfert, leur technologie permet l'intégration à l'échelle de la puce de points quantiques et de microLEDs. Dans cette technique, une structure nano-poreuse est directement formée à l'intérieur des LED pour servir de réceptacle naturel à l'intégration in situ des QD. Le trajet effectif de la lumière peut être étendu par la structure nano-poreuse afin d'augmenter l'efficacité globale en raison du fort effet de diffusion. La fiabilité des points quantiques est également améliorée grâce à la haute conductivité thermique du nitrure de gallium.
Il est important de noter que cette technologie prétend pouvoir intégrer des pixels rouges, verts et bleus de manière monolithique dans une seule puce afin de réduire considérablement la complexité et le coût de fabrication des écrans micro-LED.
Dans cette technique, les nanopores dans les LED peuvent être créés en plongeant le matériau dans une solution acide et en appliquant une tension de polarisation, ce qui entraîne la gravure électrochimique du GaN de type n. En ajustant la tension de gravure, on obtient des nanopores dans le matériau. En ajustant la tension de gravure, on peut modifier à la fois la porosité et la taille des nanopores. Les LED bleues sont ensuite collées, avec les nanopores de GaN exposés, à un panneau de commande de courant et des QD rouges/verts sont chargés de manière sélective pour obtenir une conversion en couleurs des Micro-LED.
Saphlux présentera ce projet du 30 novembre au 1er décembre 2022 lors de l'événement MicroLED et QD de TechBlick. www.TechBlick.com/microLEDs
Hybridation ou intégration monolithique de microLEDs en GaN sur des drivers CMOS en Si : revue technologique
Les micro-LED peuvent être directement intégrées à des pilotes CMOS (au lieu du fond de panier TFT habituel), ce qui permet d'obtenir des affichages à forte IPP adaptés aux lunettes AR/MR, aux métavers et même, dans certains cas, aux affichages de grande surface. Le principal défi technologique à relever est l'hybridation et/ou l'intégration monolithique des micro-LED GaN et des CMOS. Ce n'est pas une mince affaire, car cela implique une hybridation ou une intégration hétérogène de deux systèmes de matériaux différents : GaN et Si.
Au fil des ans, plusieurs technologies ont été proposées par des entreprises et des institutions pour hybrider ces deux éléments. Elles vont des techniques d'hybridation à l'intégration 3D monolithique complète. Ces options - explorées au cours de la dernière décennie, de 2011 à 2022 - sont représentées dans la diapositive ci-dessous, qui offre une catégorisation claire des techniques, par exemple, hybridation vs intégration monolithique, collage direct vs indirect, aligné vs non aligné, etc.
Dans cette présentation, François Templier du CEA-Leti passera en revue ces techniques et expliquera les défis liés à leur fabrication lors de l'événement spécialisé de TechBlick sur les micro-LEDs le 30NOV-1Dec. www.TechBlick.com/microLEDs. Quelques exemples de solutions seront donnés, comme la technologie des microtubes et les résultats récents obtenus avec le collage hybride.
Plus d'informations www.TechBlick.com/microLEDs
Des LED GaN produites par R2R sur des feuilles de métal au lieu de coûteuses plaquettes de saphir ?
Des diodes électroluminescentes GaN produites par R2R et peut-être même des transistors HEMT GaN/AlGaN sur des feuilles métalliques au lieu de substrats saphir coûteux et de petite surface ? Il pourrait s'agir d'une technologie révolutionnaire, qui permettrait d'appliquer la technologie des LED inorganiques robustes et efficaces à de grandes surfaces. Dans les écrans microLED, cela pourrait signifier une intégration monolithique, conduisant à des écrans de taille mobile et de grande taille fabriqués sans étape de transfert de la plaquette au substrat.
Comme illustré ci-dessous, iBeam Materials développe une telle technologie. Elle commence par planariser une feuille de métal rugueuse, puis utilise un faisceau d'ions pour former une couche d'un nm d'épaisseur avec des grains alignés. Ce "modèle" sert ensuite de substrat de croissance au lieu, par exemple, d'une tranche de saphir.
Comme on peut le voir ci-dessous, cette technologie a déjà été utilisée pour démontrer une LED GaN fonctionnelle ainsi qu'un HEMT GaN/AlGaN. En juillet 2021 (date à laquelle les résultats ont été présentés à TechBlick), le PL atteignait 70 % de celui des LED normales. Cependant, une comparaison directe n'est pas encore juste car l'approche standard bénéficie de décennies et de décennies de savoir-faire accumulé et d'expertise de production.
À l'heure actuelle, les DEL ne sont pas encore fabriquées selon la méthode R2R, bien que le "modèle" puisse être fabriqué selon la méthode R2R sur un substrat de 20 pouces de large. La prochaine étape du développement consistera à démontrer une croissance R2R de GaN par MOCVD. La production R2R du modèle n'est pas le goulot d'étranglement, mais la croissance d'une LED GaN épaisse (environ 5 um).
Enfin, Vladimir Matias affirme que cette technologie a le potentiel de réduire le coût de production d'un facteur x25. Une analyse détaillée des coûts est présentée ci-dessous, démontrant les étapes techniques qui doivent être franchies pour permettre cette feuille de route des coûts.
Pour en savoir plus sur cet exposé et sur les microLED, participez au premier événement spécialisé sur les microLED organisé par TechBlick :
[This is automatically translated from English]
