Микрожарықдиодты технология: сәулет, эволюция және коммерциялық қолдану перспективалары

Келесі буын дисплей технологиясының негізгі бағыты ретінде Micro LED «техникалық сынақ» кезеңінен асып түсті. Қазір ол техникалық жетілудің алғашқы кезеңінде және ресми түрде «қолданудың бірінші жылына» аяқ басты.

Бұл инновациялық технология жоғары тығыздықтағы микрометрлік масштабтағы өздігінен жарық беретін диодтарды драйвердің артқы панеліне біріктіреді. Көп өлшемді технологиялық жетістіктер арқылы ол дисплей индустриясының көрінісін белсенді түрде қайта құруда.

Микрожарықдиодты негізгі түсінік

Техникалық анықтамасы

Микро жарық диодының қысқартылған нұсқасы (mLED немесе μLED деп те аталады) - дәстүрлі жарық диодтарын жұқартатын, кішірейтетін және ретке келтіретін озық дисплей технологиясы. Оның пиксель өлшемі 1-ден 100 микрометрге дейін. Ол дәстүрлі жарық диодтарының өлшемінің тек 1%-ын ғана құрайды. Сонымен қатар, экран жеке жарық диодтарының матрицасынан тұратындықтан, пиксель аралығы миллиметрден микрометрге дейін төмендеді.

Дисплей принципі

Әрбір Micro LED пикселі үш кіші пиксельден тұрады: қызыл, жасыл және көк. Ең бастысы, әрбір кіші пиксельді дербес басқаруға болады, сондықтан ол жарықтықты, түсті және контрастты дәл реттеуді мұрағаттай алады. Массив әрбір Micro LED терминалдарына қосылу үшін айқасатын оң және теріс торлы электродтарды пайдаланады.

Кескіндер осы электрод сызықтарын тізбектей қосу және пиксельдерді жарықтандыру үшін сканерлеу арқылы көрсетіледі. Кейбір конструкцияларда жарықдиодтардан түсетін жарық линзалардың, айналардың және түрлі-түсті сүзгілердің тіркесімі арқылы одан әрі өңделеді. 

Негізгі негізгі процестер

Микрожарықдиодты негізгі өндіріс процесі үш негізгі қадамды қамтиды.

Біріншіден, ол жарықдиодты құрылымды жұқартады, кішірейтеді және массивтейді.

Келесіде, ол микрожарықдиодты шамдардың партияларын қатты, икемді немесе мөлдір тізбек негіздеріне тасымалдау үшін жоғары дәлдіктегі микроөндіріс технологиясын пайдаланады.

Соңында, ол қорғаныс қабаты мен үстіңгі электрод жасау үшін физикалық тұндыру әдісін қолданады, содан кейін қарапайым, бірақ функционалды дисплей панелін қалыптастыру үшін негізді капсулалайды.

Қатысты:

MiP және шыны субстрат: Micro LED дисплей үшін ең жақсы жол қайсы?

Микрожарықдиодты шамдардың негізгі техникалық артықшылықтары

Micro LED өзінің ерекше техникалық принциптері мен құрылымымен дәстүрлі дисплей технологияларынан әлдеқайда асып түсетін жан-жақты өнімділікті ұсынады. Оның негізгі артықшылықтарын келесідей қорытындылауға болады:

Оптикалық және түстік өнімділіктің тамаша көрсеткіштері

Micro LED GaN сияқты тікелей жолақ аралықтары бар жартылай өткізгіш материалдарды пайдаланады. Нәтижесінде, оның сәулелену спектрінің толық ені жартылай максимумда (FWHM) тек 20 нм құрайды, бұл NTSC түс гаммасының 120%-ын қамтиды.

Кванттық нүктелік түсті түрлендіру технологиясымен жұптастырылған кезде, бұл гамма 150% sRGB дейін кеңейе алады. Ол керемет түстерді қайталау мен дәлдікті қамтамасыз ете алады. Атап айтқанда, ол артқы жарықтандыру мен түс сүзгілерінің қажеттілігін жояды, бұл 1 000 000:1 дейінгі ультра жоғары динамикалық контраст коэффициенттерін қамтамасыз етеді.

Төмен қуат тұтыну және жоғары жарықтық

Сонымен қатар, оның қуат тұтынуы LCD дисплейлерінің тек 10%-ын және OLED дисплейлерінің 50%-ын ғана құрайды. Дегенмен, оның жарықтығы OLED дисплейлерінен 10 есе жоғары, ең жоғары шығысы 4000 нит.

Сонымен қатар, дәл сол жарықтық деңгейінде Micro LED OLED жабын ауданының тек 10%-ын қажет етеді. Бұл құрылғылардағы бағалы беткі кеңістікті үнемдейді, бұл көбірек сенсорларды біріктіруге мүмкіндік береді.

Жоғары сенімділік және ұзақ қызмет ету мерзімі

Бейорганикалық материалдардан жасалған Micro LED OLED органикалық қабаттарының қартаю мәселелерін болдырмайды. Ол экранның күйіп кету мәселесін толығымен шешіп қана қоймай, сонымен қатар 100 000 сағаттан астам қызмет ету мерзімін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, оның наносекундтық жауап беру уақыты қозғалыс бұлыңғырлығын жояды, бұл оны жоғары жылдамдықты динамикалық дисплей сценарийлері үшін өте қолайлы етеді.

Жоғары интеграция және икемді форма факторлары

Micro LED пиксель аралығын P0.1-ден төменге дейін азайтуға болады, пиксельдің максималды тығыздығы 1800 ppi құрайды. Ол сондай-ақ қатты, икемді және тіпті мөлдір негіздермен үйлесімді.

Иілгіш негіздер үшін иілу радиусы 1 мм-ден аз болуы мүмкін, бұл жұқа, жеңіл конструкцияларды жасауға мүмкіндік береді, сонымен қатар икемді және мөлдір форма факторларының әлеуетін ашады.

Іске асырылған:

MIP процесінің технологиясы ультра HD жақсы жарықдиодты дисплейлердегі серпіліске қалай қол жеткізеді?

Негізгі компоненттер архитектурасы және техникалық кедергілер

Micro LED техникалық жүйесі көп өлшемді дәлдікпен жобалау және өндіру процестерін қамтиды. Дегенмен, ол әлі де шешілуі қажет бірнеше маңызды кедергілерге тап болады:

Чип қабаты

Чиптің алдыңғы жағында Micro LED InGaN негізіндегі жарықдиодтарды пайдаланады. Оның құрылымы төменнен жоғарыға қарай сапфир негізін, GaN буферлік қабатын, N типті GaN қабатын, көп кванттық ұңғыма (MQW) белсенді қабатын, P типті GaN байланыс қабатын және ток таралу қабатын қамтиды.

MQW белсенді қабаты электрон-тесік рекомбинациясы арқылы жарық шығарады, ал қабаттар саны жарық тиімділігі мен толқын ұзындығының тұрақтылығына тікелей әсер етеді.

Өндіріс процесінде:

MOCVD технологиясы 1000–1100℃ температурада газ ағынын дәл басқару үшін қолданылады, бұл GaN материалдарының эпитаксиалды өсуіне мүмкіндік береді.

Содан кейін ICP оюы тәуелсіз пиксельдік бірліктерді қалыптастыру үшін қолданылады, электрлік оқшаулау үшін сапфир қабатына енетін ойықтар бар.

Соңында, бүйірлік токтың таралуын оңтайландыру үшін Ti/Au омдық контактілі электродтары N-типті және P-типті GaN қабаттарында Ni/Au токтың таралу қабатымен жұптастырылып жасалады.

Мұндағы негізгі кедергі - қызыл микрожарықдиодты жарықдиодтың тиімділігі көк және жасыл чиптерге қарағанда әлдеқайда төмен. Сонымен қатар, миллиондаған чиптердегі жарықтық пен толқын ұзындығының сәйкестігін қамтамасыз ету қиындық тудыруда. Бұл жаңа жартылай өткізгіш материалдар мен дәл өндірістік тексеру технологияларындағы жетістіктерді қажет етеді.

Масса алмасу және байланыс технологиясы

Тағы бір маңызды қиындық масса алмасу және байланыстыру технологиясында жатыр. Бұл микрожарықдиодты индустрияландыру үшін маңызды қадам. Бұл процесс миллиондаған немесе тіпті миллиардтаған микрометрлік масштабтағы чиптерді өсу субстратынан жүргізуші артқы панеліне дәл тасымалдауды талап етеді, бұл ±1 мкм дәлдік және 99.99%-дан астам өнімділік талаптарын қанағаттандырады.

Қазіргі уақытта үш негізгі техникалық бағыт бар:

• Лазермен көтеру (LLO): Қатты және икемді материалдарға жарамды.
• Сұйықтық өздігінен құрастыру: Арзан, бірақ жылдамдығы баяу.
• Серпімді мөрді тасымалдау: Үлкен өлшемді панельдермен үйлесімді, бірақ өнімділік материалдың деформациясымен шектеледі.
• Байланыстыру үшін чиптер мен артқы панель арасында электрлік байланысқа қол жеткізу үшін Sn-Ag металл эвтектикалық байланысы немесе Microbump қосылымдары қолданылады, байланыс биіктігі 1-5 мкм аралығында реттеледі.
• Бүгінгі таңда бұл саладағы ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстардың басты назары тасымалдау жылдамдығы мен өнімділігін арттыруға бағытталған. Шығындарды нарықтық деңгейде қабылдауға болатын деңгейге дейін төмендету мақсатында роликті тасымалдау сияқты жаңа бағыттар қатар дамып келеді.

Драйвер тізбегі және артқы панель архитектурасы

Драйвер тізбектеріне келетін болсақ, Micro LED үш режимді ұсынады:

Пассивті матрица (PM):

Құрылымы қарапайым, бірақ қуат тұтынуы жоғары. Ақылды сағаттар сияқты төмен ажыратымдылықтағы сценарийлерге жарамды.

Белсенді матрица (AM):

Әрбір пиксель үшін тәуелсіз TFT драйвер тізбектерін біріктіреді. Ол жоғары ажыратымдылықты және сұр реңкті басқаруды қолдайды. Сондықтан, ол AR/VR гарнитуралары үшін негізгі шешім болып табылады.

Жартылай белсенді матрица:

PM және AM артықшылықтарын біріктіреді, өнімділігі екеуінің арасында төмендейтін бір транзисторлы басқаруды пайдаланады.

Артқы панель материалын таңдау келесі жағдайларға сәйкес келуі керек:

Шыны негіздері:

Олар жоғары тегістік пен төмен жылу кеңею коэффициенттерін ұсынады, жоғары деңгейлі дисплейлер үшін P0.4-тен төмен ультра жұқа қадамдарды қолдайды.

Кремний негізіндегі CMOS:

Жоғары интеграциямен ерекшеленеді. AR микродисплейлері үшін өте қолайлы.

Серпімді негіздер:

Ол киілетін құрылғыларға өте ыңғайлы.

Қазіргі уақытта артқы панель технологиясына деген негізгі сұраныс - тиімді, тәуелсіз жүргізуді қамтамасыз ете отырып, үлкен микрометрлік чиптерді тасымалдауға қабілетті субстраттарды әзірлеу. Үлкен өлшемді экран секторында төмен температуралы поликристалды кремний (LTPS) шыны субстрат технологиясы зерттелуде.

Қаптама және оптикалық дизайн

Қаптау технологиясы екі негізгі бағыт бойынша жүзеге асырылады:

MiP схемасы:

Алдымен чиптер тәуелсіз 0202 өлшемді құрылғыларға оралады, содан кейін баспа платаларына орнатылады. Өнімділігі 99%-дан асатын және қолданыстағы өндіріс желілерімен үйлесімділігі бар ол қысқа мерзімді перспективада коммерциялық дисплей нарығында басым болады.

Шыны негізіндегі қаптама:

Масса тасымалдауды және қаптаманы тікелей шыны негіздеріне орындайды. Теориялық тұрғыдан құны төмен болғанымен, қазіргі өнімділігі шамамен 85% құрайды, бұл одан әрі жетілдіруді қажет етеді.

Оптикалық күшейту үшін екі негізгі әдіс қолданылады:

Пиксель беттерінде микролинзалар массивтерін жасауға арналған наноимпринт технологиясы жарық алу тиімділігін 30%-дан астамға арттырады.

Тиімді толық түсті дисплей үшін көк жарықдиодты чиптерге кванттық нүктелік материалдарды жабу. Дегенмен, кванттық нүктелік материалдардың тұрақтылығы мен жарық тиімділігі негізгі қиындықтар болып қала береді.

Тексеру және жөндеу технологиясы

Панельдің өнімділігін қамтамасыз ету үшін Micro LED кешенді тексеру және жөндеу жүйесімен жабдықталған.

Онлайн тексеру өлі пикселдерді ±0.1 мкм дәлдікпен анықтау үшін жоғары ажыратымдылықтағы камералар мен жасанды интеллект алгоритмдерін пайдаланады. Лазерлік жөндеу электродтарды біріктіру немесе қайта қосу үшін лазер энергиясын пайдаланады, бұл жөндеу жылдамдығын 95%-дан асырады. Сонымен қатар, тізбекті ауыстыру арқылы нашар пикселдерді өтеу үшін драйвер тізбегінде резервтік пикселдер сақталады. Бұл дисплей сапасын одан әрі қорғай алады.

Технологиялық эволюция және өнеркәсіптік тізбектің орналасуы

Негізгі технологиялық серпілістер

Соңғы жылдары Micro LED бірнеше маңызды жетістіктерге жетті. Масса алмасуда Aledia компаниясының кремний негізіндегі наносым технологиясы секундына 50 000 чип беру жылдамдығымен өнімділікті 95%-ға дейін арттырды.

Драйвер интегралдық процессорлары үшін TBSilicon компаниясының гибридті PWM+PAM аралас жүргізу технологиясы 1 нит жарықтықта 1200 Гц жаңарту жиілігін қамтамасыз етеді. Толық түсті дисплейде Konka гибридті масса алмасу технологиясы арқылы 99.9% өнімділікпен 15 × 30 микрометрлік толық түсті чиптерді жаппай өндіруді жүзеге асырды.

Өнеркәсіптік тізбек құрылымы

Жоғары ағынды материалдар:

Сапфир субстраттарының локализация деңгейі 60%-дан асты. Дегенмен, жоғары біркелкі GaN эпитаксиалды пластиналары әлі де Жапонияның Sumitomo Electric сияқты шетелдік компанияларға тәуелді, бұл отандық алмастыру үшін жеткілікті орын қалдырады.

Орта ағымдық өндіріс:

 San'an Optoelectronics және HC Semitek компаниялары 8 дюймдік Micro LED пластиналар желілерін құрды, ал BOE және Tianma Microelectronics компаниялары негізгі процестердің кең көлемді жаппай өндірісін қамтамасыз ететін 6-буындық шыны негізіндегі өндіріс желілерін құрды.

Төменгі ағынды қолданбалар:

Sony және Samsung кәсіби дисплей нарығында үстемдік етеді, ал Apple және Meta компаниялары AR/VR микродисплейлерін зерттеу мен әзірлеуді жеделдетуде. Автомобиль HUD-ның ену деңгейі 2030 жылға қарай 8.5%-ға жетеді деп болжануда.

қысқаша мазмұндама

Чипті миниатюризациялау, массалық тасымалдау және интеграцияланған жүргізу сияқты технологиялық инновациялардың арқасында Micro LED өнімділігі бойынша LCD және OLED сияқты дәстүрлі дисплей технологияларынан асып түсті.

Ол әлі де жоғары шығындар мен кейбір негізгі процестердегі өнімділіктің жеткіліксіздігі сияқты қиындықтарға тап болғанымен, шығындар біртіндеп төмендейді деп күтілуде. Бұл шыны негізіндегі қаптамадағы, бір чипті толық түсті дисплейдегі және басқа да негізгі технологиялардағы үздіксіз жетістіктермен, сондай-ақ өнеркәсіптік ынтымақтастықтан алынатын ауқымды үнемдеумен байланысты.

2030 жылға қарай жаһандық микрожарықдиодты нарық көлемі 20 миллиард доллардан асады деп болжануда. Ол жаңа дисплей индустриясын жаңғыртудың негізгі қозғаушы күшіне айналып қана қоймай, сонымен қатар жоғары деңгейлі коммерциялық мақсатта, тұтынушылық электроникада, автомобильдерде, AR/VR және басқа да салаларда жаңа бизнес өсу нүктелерін жасауды жалғастырады.