En este artículo destacamos importantes avances en las pantallas MicroLED y/o QD mediante diapositivas tecnológicas. Más concretamente, cubrimos las pantallas de "silicio" de 3600PPI | Microbombas impresas en huecograbado | Convertidores de color QD impresos electrohidrodinámicamente | LLO y transferencia láser para MicroLEDs | QD frente a fósforos | Credenciales de ahorro de energía de MicroLED
Estos avances de la técnica se presentarán en la conferencia mundial de dos días de TechBlick sobre "Mini- & Micro-LED Displays: Mercados, innovaciones de fabricación, aplicaciones, empresas emergentes prometedoras" que tendrá lugar en línea en la plataforma "virtual en persona" de TechBlick del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022. La agenda incluye a empresas como Samsung, Sharp, AUO, Coherent, ASMPT, Komori, CEA, Micledi, 3D Micromac, Allows Semiconductors y muchas más. El programa completo puede verse aquí www.TechBlick.com/microLEDs.
Pantallas de "silicio" con un increíble color de 3600ppifull utilizando tecnología microLED y QD?
Sharp (HIRANO Yasuakie et al) ha desarrollado esta tecnología. Como se muestra en la siguiente diapositiva, los primeros uLED de color azul se forman sobre un sustrato de zafiro. En este caso, una matriz de LEDs contiene 352 x 198 micropuntas de LEDs de 24 um x 8 um de tamaño. Paralelamente, en una oblea de silicio se forma un chip LSI que contiene los circuitos de accionamiento. El cátodo (electrodo de tipo N) y el ánodo (electrodo de tipo P) se fabrican para cada matriz de micro LED, con el fin de aplicar una tensión de accionamiento independiente a cada matriz. Los electrodos de Au se fabrican de acuerdo con el paso de las matrices de los LEDs. Los dos sustratos se pegan mediante un sistema de unión Au-Au. Aquí ya se puede ver el paralelismo con la industria del silicio y la optoelectrónica (frente a la industria tradicional de pantallas de película fina). A continuación, se retira la capa de zafiro con un láser. Por último, se depositan puntos cuánticos sin Cd (verdes y rojos) sobre las matrices de los microLED para permitir la conversión de color R G. De este modo se consiguen colores RGB
La arquitectura del dispositivo se muestra en la diapositiva 2- aquí se puede ver la ubicación de las matrices uLED de GaN, las protuberancias de Au, así como las paredes de protección de la luz y los puntos cuánticos (QD). De este modo, se forma una pantalla a todo color de 1.053 ppi.
Sin embargo, dado el pequeño tamaño del área emisora de los uLED, la luminosidad es baja. Una solución innovadora en este caso es pasar de los electrodos catódicos de conducción individuales a uno común, con lo que se liberan más espacios para los uLED. Como se muestra en la tercera diapositiva, la emisión de luz en un píxel se ha mejorado del 23% al 38%. Como resultado, se consiguió una luminosidad de 11 puntos. Se trata de un progreso excelente. Por supuesto, no es el juego final, ya que incluso con 11 puntos la luminosidad no es todavía suficiente para las aplicaciones de RA en exteriores.
Únase a nosotros y a sus colegas del sector del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022 en nuestro primer evento especializado en microLED y QD para obtener más información sobre esta tecnología de la mano de Yasuakie-san y otros: www.TechBlick.com/microLEDs
Microbombas impresas en huecograbado para microLEDs
A medida que los microLEDs se reducen inevitablemente en tamaño, los requisitos de micro-bumping para las matrices de los microLEDs se vuelven más desafiantes. La impresión directa en obleas basada en técnicas de offset de huecograbado ofrece una solución prometedora a este respecto. De hecho, este es otro campo en el que la electrónica impresa puede desempeñar un papel importante.
Komori ha logrado recientemente excelentes resultados, que se darán a conocer en el próximo evento de microLED de TechBlick, que tendrá lugar del 30 de noviembre al 1 de diciembre de 2022: www.TechBlick.com/microLEDs
Como se puede ver en las siguientes diapositivas, la impresión en huecograbado puede imprimir microburbujas con pasta fundente, logrando una precisión de impresión de 5 µm en un rango de 300 mm. Las primeras diapositivas muestran la precisión de la posición de impresión en una oblea. En particular, se compara con la serigrafía, mostrando cómo la impresión en huecograbado adelanta la capacidad de impresión de rasgos finos con respecto a la serigrafía (+/-10 um aunque la serigrafía también puede avanzar y lo hará)
Como se muestra en la diapositiva dos, el diámetro mínimo que puede imprimirse con pasta de soldadura SAC (Sn, Ag, Cu) es de 6 μm y la distancia entre los centros de los topes es de 30 μm. El reflujo ha tenido éxito con un diámetro mínimo de 10 µm. De esta manera, por ejemplo, se puede soportar un troquel de microLED del tamaño de 30um por 50 u 80um.
Además, como se muestra en la tercera diapositiva, esta técnica también ofrece la posibilidad de controlar el grosor imprimiendo varios diámetros. Cuanto menor sea el diámetro de la protuberancia, mayor será la relación de aspecto.
Se trata de unos resultados muy buenos, que demuestran la viabilidad de la técnica de impresión en huecograbado para los microbumps. Esta tecnología puede servir para las generaciones actuales y próximas de microLED, pero ¿evolucionará a medida que las matrices de los microLED sigan reduciéndose a largo plazo?
¿MicroLEDs RGB de alto PPP, electrónica impresa y puntos cuánticos?
Los tres temas están estrechamente relacionados, ya que los QD pueden imprimirse digitalmente como materiales de conversación de color encima de los microLED azules para permitir pantallas uLED de amplia gama de colores RGB sin necesidad de un paso de transferencia separado para cada color.
La inyección de tinta es la tecnología habitual que se investiga para tal fin. Sin embargo, como muestra el Prof. Armin Wedel, su gota de 4pL es demasiado grande, permitiendo en el mejor de los casos un píxel de 40um y no pudiendo alcanzar ni siquiera 850 dpi
Sin embargo, la impresión electrohidrodinámica (EHD) puede resolver este problema. En la EHD, las gotas son arrastradas por un campo eléctrico desde una boquilla que se sitúa cerca (50um más o menos) de la superficie y, por tanto, requiere una buena instalación de impresión.
Como se muestra a continuación, el volumen de las gotas es de sólo 0,5pL, lo que permite obtener píxeles de 1-10um en el laboratorio y de 15um de forma reproducible. ¡Esto permitirá alcanzar 850ppi y 1000ppi!
La diapositiva 2 muestra un ejemplo de un filtro de color QD (QD-CF) para una pantalla microLED depositado mediante EHDJet. En este caso, se informa del paso de 15um, con lo que se consiguen 1000ppi. ¡La hoja de ruta será evolucionar la tecnología hacia incluso 2000ppi!
Se trata de excelentes avances de la técnica y la tecnología, que allanan el camino para el desarrollo de la tecnología microLED de alto PPI
Por supuesto, EHDJet es una tecnología relativamente nueva. Es principalmente de un solo cabezal y lenta, aunque están apareciendo cabezales de impresión múltiples. No obstante, es una solución elegante para depositar filtros de color en pantallas microLED de alto PPP.
Para conocer lo último sobre estas tecnologías, únase al evento especializado de TechBlick sobre microLEDs y Quantum Dots, donde el profesor Wedel también presentará: www.TechBlick.com/microLEDs
¿QDs estables que cumplen con la directiva RoHS para microLEDs?
Esta tecnología es necesaria para simplificar la fabricación de microLEDs - de esta manera no es necesario transferir uLEDs R G B sino que sólo se pueden transferir los ya eficientes uLEDs azules y conseguir el color RGB mediante la conversación de color de los QDs rojos y verdes.
Por supuesto, existen múltiples retos en cuanto a los materiales, como conseguir QD verdes y rojos sin Cd con (1) una estabilidad térmica y lumínica lo suficientemente alta como para integrarlos directamente en los chips microLED, (2) una alta absorbencia azul incluso a bajos grosores para evitar la fuga de color azul, (3) un FWHM estrecho y un QY alto, (4) una baja autoexcitación, etc.
QustomDot -spin off del grupo de Zeger Hens en la Universidad de Gante- está haciendo excelentes progresos en este campo. Disponen de un novedoso proceso de síntesis altamente controlado para QDs basados en InP. El año pasado, en TechBlick, compartieron algunos datos interesantes sobre la estabilidad de la integración de los QD en los LEDs de macro y de capa fina. Estos resultados se muestran en las siguientes diapositivas. Muestran un camino claro hacia el desarrollo de QDs para la integración directa en los LEDs
El nivel de QD de 500um de grosor integrado en un macro LED muestra >>300 horas de estabilidad incluso bajo 1W/cm2, y una película fina de QD de 100-150um bajo 130mW/cm2 también muestra >>1500 horas de fotoestabilidad en condiciones de inserción
Estos son resultados del año pasado. Para escuchar los últimos desarrollos de QustomDot sobre QD en microLED por favor únase al evento de microLED y QD de TechBlick. Consulte la agenda de clase mundial en www.TechBlick.com/microLEDs
¿Cómo se definen los micro, mini y tradicionales LEDs?
Eric Virey -analista de campo del Grupo Yole- ha elaborado el siguiente gráfico, en el que se muestran las principales diferencias entre unos y otros.
Los LED tradicionales se presentan en paquetes SMD o con orificios pasantes y las matrices suelen ser de 1 mm o más. Esta aplicación bien establecida se utiliza en la iluminación general, la iluminación del automóvil y la retroiluminación de las pantallas LCD.
Los Min-LEDs suelen tener un tamaño de matriz inferior a 200um pero superior a 50um, y vienen en paquetes SMD o CoB (chip-on-board). Actualmente se comercializan y tienen aplicaciones en la retroiluminación de LCD y teclados, en los LED de visión directa con paso de píxel estrecho y en otros sectores. En el sector de las pantallas de cristal líquido, son adecuados para proporcionar una atenuación local para mejorar el contraste, lo que hace que las pantallas de cristal líquido se parezcan más a los OLED en esta característica.
y los microLED son muy pequeños, normalmente inferiores a 50um. Se espera que el tamaño de los microLED se reduzca aún más a medida que la tecnología progrese para reducir el coste de los LED (más LED por oblea) y el coste/tiempo de transferencia (por ejemplo, más LED transferidos dentro del mismo sello).
Evidentemente, cada clase de LED es muy diferente en todos los sentidos, desde las técnicas de crecimiento hasta el rendimiento y la aplicación.
Únase al evento de microLED de TechBlick para escuchar a Eric y a otros 30 ponentes de primera clase que cubren todos los aspectos de la industria de los microLED. www.TechBlick.com/microLEDs
¿Cómo ayuda el láser en la producción de pantallas MicroLED?
Vea las diapositivas a continuación para aprender. Uno de los mayores retos de fabricación en la producción de pantallas uLED es el paso de transferencia, dados los requisitos de velocidad y rendimiento. Como se muestra en las siguientes diapositivas de Oliver Haupt, de Coherent Inc., los láseres pueden desempeñar un papel importante en este paso, tanto cuando hay que transferir los tres colores (R G B) de los microLED como cuando sólo hay que transferir los microLED azules.
A continuación se muestra el flujo del proceso para ambos casos. En el caso de los microLEDs RGB, primero se fija un soporte temporal al sustrato de zafiro sobre el que se cultivan los uLEDs de GaN. Se utiliza el láser Lift Off (LLO) para despegar el sustrato de zafiro, liberando la oblea portadora con los microLEDs de GaN desprendidos. A continuación, se utilizan puntos UV controlados para liberar los microLED individuales en el sustrato final que contiene las capas activas de la placa posterior del TFT. Este proceso puede repetirse tres veces, cada vez para un color de uLED diferente. En todos los pasos, por supuesto, se requiere un control excelente y optimizado del perfil/parámetros del láser en armonía con las propiedades adecuadas del material adhesivo.
En el caso de los microLED de color azul, el sustrato final de la placa base se pone en contacto con el sustrato de zafiro de GaN. Los uLED de GaN se transfieren al sustrato final mediante el proceso LLO. La capacidad de tres colores se consigue entonces mediante la conversación de colores, por ejemplo, QDs o fósforos de pequeño tamaño
Los resultados muestran el ejemplo de transferencia de microLED RGVB. Los parámetros se muestran en la diapositiva, incluyendo el tamaño del microLED, el paso, la densidad de energía láser, la distancia donante-receptor, etc. Se puede observar que en cada disparo se transfiere un color diferente. Así, en tres disparos todos los microLEDs R G B se colocan en el punto correcto. Como muestra el subconjunto de la diapositiva 2, el láser puede procesar en cada paso/disparo un área de aproximadamente 2,83cm2.
Para obtener más información, únase a nuestro evento mundial sobre microLEDs y QDs, donde Coherent también presentará esta tecnología. Más información en www.TechBlick.com/microLEDs
MicroLEDs: ¿pueden ayudar a superar la brecha energética en los dispositivos electrónicos?
¿Por qué la tecnología microLED puede ayudar a reducir la brecha energética en los dispositivos electrónicos? @Khaled Ahmed, de Intel Corporation, ofreció una evaluación única con muchos datos en el evento de exhibición de TechBlick en 2021.
La primera diapositiva muestra la brecha de la batería: Ahmed ha recopilado datos por año que muestran que la demanda de energía de los teléfonos supera con creces el nivel de suministro de energía de las baterías, lo que crea una "brecha de la batería" que se amplía cada año a medida que se añaden más funciones que consumen mucha energía, mientras que las tecnologías de las baterías sólo mejoran de forma gradual. Alrededor del 70% del consumo de energía de un teléfono móvil o una tableta corresponde a la pantalla, lo que demuestra su enorme importancia en la reducción de esta brecha.
La segunda diapositiva muestra las mejoras en la eficiencia (lm/W) de los dispositivos OLED "lanzados" por año. La eficiencia de los OLED se ha estancado claramente en los productos producidos o comercializados. El punto de fondo representa el potencial proyectado de los microLED, mostrando cómo la tecnología microLED puede cambiar las reglas del juego.
La tercera diapositiva muestra que existe un desfase entre la EQE de los OLED de laboratorio y la de los productos comercializados. El origen no está claro, pero probablemente tenga que ver con las compensaciones necesarias en la producción y las compensaciones entre la estabilidad de la vida útil y la EQE.
La cuarta cara compara la eficiencia de los LEDs de GaNw en varias longitudes de onda con los LEDs orgánicos (de las diapositivas anteriores). Muestra que los LEDs de GaN ofrecen niveles de EQE mucho más elevados en comparación con los OLEDs en todas las longitudes de onda excepto en el rojo. De hecho, existe una brecha de eficiencia en el rojo en la tecnología microLED de GaN, cuya solución es objeto de una intensa labor de I+D a nivel mundial.
Estos gráficos demuestran claramente que, mientras que la tecnología OLED parece haberse estancado y, por tanto, no es probable que supere nunca la brecha de la batería, la tecnología microLED emergente es muy prometedora para hacerlo. Por supuesto, el desarrollo y la fabricación de microLEDs implica otros retos, como la transferencia rápida y la producción de alto rendimiento, que describiremos en otro lugar.
Para saber más sobre las tecnologías microLED, únase a la primera tecnología especializada del mundo sobre el tema. Consulte la agenda de clase mundial en www.TechBlick.com/microLEDs
¿Fósforos o QDs para la conversión de color en LCD y microLED? ¿Cuál ganará?
Este es un espacio tecnológico interesante y en evolución que hay que observar. James E. Murphy y otros, de GE Research, han desarrollado los mejores fósforos rojos y verdes de banda estrecha, y ahora están evolucionando la tecnología hacia los microLED y la integración en el chip
El fósforo rojo KSF es un excelente convertidor de color de banda estrecha para pantallas con una amplia gama de colores. Emite 5 picos, cada uno de los cuales presenta un FWHM ultraestrecho de 5 nm. El pico principal se centra en 631 nm. Es un material estable en condiciones de alto flujo luminoso y alta temperatura. De hecho, puede integrarse en el chip como sustituto directo de los fósforos amarillos existentes. Es un gran éxito comercial, con más de 19 licenciatarios y más de 40.000 millones (y creciendo) de LEDs con KFS vendidos en todo el mundo en la industria de las pantallas.
Como muestra la siguiente diapositiva, presentada en TechBlick en julio de 2021, la tecnología KFS está evolucionando. Al principio, en 2014, el tamaño medio de las partículas era de 25-30um. Ahora ha bajado a 3-9um y está evolucionando hacia partículas de tamaño submicrónico e incluso nano, lo que permite la integración directa con los microLED de hoy y de mañana. Se trata de una tendencia tecnológica importante, ya que lleva la competencia entre los QD y los fósforos incluso al espacio de los microLED (anteriormente, los QD eran los únicos en la ciudad debido a su pequeño tamaño).
Además, el KSF de GE ahora puede formularse en tintas estables en el aire basadas en fósforos sin encapsulantes, adecuadas para la impresión por chorro de tinta sin que se obstruyan las boquillas. Esto significa que incluso se puede imprimir como un convertidor de color encima de los microLED, en particular permitiendo utilizar microLEDs azules eficientes para crear el color rojo y/o transferir sólo un color azul de microLED.
James E. Murphy ofrece también una interesante comparación entre los QD InP sin Cd y los KSF para los microLED. Sostiene que en películas muy finas (<10um), los QD son más eficientes. Sin embargo, a medida que la capa se va engrosando, quizás para evitar la fuga de color azul, los efectos de autoabosrción pueden entrar en acción, reduciendo la EQE. Por lo tanto, se argumenta que el KSF gana claramente con un grosor de >20um dado que no tiene autoabsorción
Por último, la falta de fósforos verdes de banda ultraestrecha deja el espacio libre a los QD. En particular, las QD verdes de perovskita son muy fuertes en este campo. Sin embargo, GE está avanzando en el desarrollo de sus fósforos VERDES de banda estrecha. Como se muestra a continuación, estos materiales permiten un 100% de DCI-P3. El rendimiento es comparable al de Beta Sialon, pero sin cruce con un emisor rojo KSF. Además, ofrece un 100% de estabilidad HTHH, lo que permite una integración directa en el chip. Por último, parece que los niveles de QE se acercan al 90%. Por supuesto, al igual que el KFS, tiene un tiempo de decaimiento PL lento del orden de 90-450um (el QD es ns)
Para obtener más información sobre los QD y los microLED, participe en el evento de TechBlick del 30 de noviembre al 1 de diciembre:www.TechBlick.com/microLEDs
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