复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-L

时间:2021-05-23作者:佚名

在过去几十年,显示技术得到了广泛使用。我们在生活中可以看到大量的应用,例如电视、大型视频广告牌、计算机、智能设备等。目前,液晶显示器(LCD)和有机发光二极管 (OLED) 显示技术占据显示市场。进一步地,显示器的各种新兴应用,例如虚拟现实(VR)和增强现实(AR),促进了高性能显示技术的发展。微发光二极管显示器(micro-LED显示)是一种主要基于无机GaN基LED的新兴技术,与LCD和OLED相比,它具有高对比度、低功耗、长寿命和快速响应等优点。将来,micro-LED的应用可以从平板显示器扩展到空间显示器、可穿戴/可植入光电设备、光通信、生物医学检测等领域。

下图描述了未来显示的一种应用场景:micro-LED可用作光电探测器来接收外部信号,高带宽micro-LED发射器也可以通过显示器并行地将信息传输给消费者。(图1.1,引用文献:X. Liu et al. ACS Photonics, 6: 3186 (2019))高度集成的半导体信息显示是下一代信息显示技术的核心,它将空间3D光场显示(LFD)、多色照明(MCL)、精确空间定位(PSP)和可见光通信技术(LiFi)集成在一起。Micro-LED阵列是一种高效、低功耗的器件,可以将驱动器、照明和信号传输结合在一起。尽管micro-LED具有广阔的商业前景,但仍面临巨大挑战:例如尺寸减小对性能的影响,在单个晶圆上实现高密度集成以独立寻址全彩化micro-LED显示器,提高修复技术和产量等。

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图1.1 集成micro-LED显示和双工可见光通信的智能Micro-LED显示系统。(来源:田朋飞团队发表论文ACS Photonics, 6: 3186 (2019),相关成果被国际半导体行业的着名杂志Semiconductor Today新闻报道。)

二、文章简介

近日,复旦大学田朋飞副教授、台湾交通大学郭浩中教授等团队受Progress in Quantum Electronics主编邀请对Micro-LED显示全彩化关键技术“Growth, transfer printing and colour conversion techniques towards full-colour micro-LED display”进行了综述(https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2020.100263),该review论文由复旦大学、台湾交通大学、电子科技大学共同完成,复旦大学信息科学与工程学院博士研究生周小洁、田朋飞副教授为共同第一作者,田朋飞副教授、台湾交通大学郭浩中教授为共同通讯作者。《Progress in Quantum Electronics》杂志为国际知名review期刊,3年平均影响因子8.95。

文章介绍了micro-LED的结构、制备与衬底剥离技术,系统阐述了实现micro-LED显示全彩化的主要方法:材料生长、转移打印、色转换。论文对三种关键技术的机理、实现方法、优缺点进行着重介绍,并总结了关键技术所面临的挑战及micro-LED显示全彩化未来的发展方向(图2.1)。

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图2.1 实现micro-LED显示全彩化的主要方法

三、主要内容

1、材料生长

Micro-LED的生长技术是获得micro-LED显示全彩化的方案之一,该方法可以实现超高分辨率显示。文中主要讨论了纳米线LED、多色量子阱(QW)结构micro-LED和纳米环LED三种结构。

纳米线LED的制备是利用选区生长(SAG)技术。通过控制InGaN/GaN纳米线的成分来实现发光颜色的转换。图1呈现出了组装纳米线阵列LED和独立纳米线LED的结果图。可以看出,随着尺寸的增大,二者表现出不同的发射峰移动方向。(图3.1,引用文献:①B.H. Le et al. Advanced Materials 28 (2016) 8446-8454. ②H. Sekiguchi et al. Applied Physics Letters 96 (2010) 231104.③Y.-H. Ra et al. Nano Letters 16 (2016) 4608-4615.)

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图3.1

多色QW结构micro-LED的颜色调控是基于QW的特殊结构,再利用能带填充和量子限制斯塔克效应(QCSE)屏蔽的竞争关系实现发射峰的蓝移。相关结构与测试结果如图3.2所示。(图3.2,引用文献:S. Zhang et al. IEEE Photonics Journal 4 (2012) 1639-1646.)

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图3.2

对于纳米环LED的发光颜色转换,是通过减小壁厚度及释放内部应变来抑制QCSE,进而促进发射峰的蓝移,如图3.3所示。(图3.3,引用文献:①S.-W. Wang et al. Scientific Reports 7 (2017) 42962. ②S.-W.H et al. Photonics Research 7 (2019) 416-422.)

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图3.3

2、转移打印

转移打印是实现micro-LED显示全彩化的关键技术。自John Rogers教授团队利用PDMS stamp转移micro-LED,Martin Dawson教授团队实现纳米精度PDMS转移后,各大公司提出了不同的转移技术。本文根据大量论文、专利的知识,主要描述了范德瓦尔斯力转移打印、激光选择性释放、静电吸附、电磁力吸附、流体转移五种方法。表1显示了转印技术的典型参数,包括关键材料、作用力、UPH和适用芯片尺寸。以PDMS stamp拾取技术为例,UPH随着PDMS stamp的尺寸,像素密度和拾取周期的增加而上升。

表1

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

范德瓦尔斯力转移打印是利用PDMS stamp拾取速度与材料间能量释放率的关系来实现的,图4为二者的关系。(图3.4,引用文献:X. Feng et al. Langmuir 23 (2007) 12555-12560.)

◆v大于vc时,PDMS stamp和micro-LED之间的粘附性大,PDMS stamp从原始衬底拾取micro-LED

◆v小于vc时,micro-LED和衬底之间的粘附性大, PDMS stamp将micro-LED打印到接收衬底上

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图3.4

激光选择性释放是利用材料对激光的不同吸收系数,引起界面的热膨胀,从而引起牺牲层的烧蚀,使micro-LED从原始衬底转移到接收衬底,如图5所示。(图3.5,引用Sony的专利。)若为GaN外延片,界面处的GaN缓冲层分解成Ga和N2,实现芯片的分离和转移。

复旦大学田朋飞、台湾交通大学郭浩中︱Progress in Quantum Electronics综述:Micro-LED显示全彩化关键技术

图3.5

相关阅读

分析提高取光效率降热阻功率型LED封装技术

超高亮度LED的应用面不断扩大,首先进入特种照明的市场领域,并向普通照明市场迈进。由于LED芯片输入功率的不断提高,对这些功率型LED的封装技术提出了更高的要求。功率型LED封装...
2021-05-23

LED灯带你知多少?

LED灯带产品过渡细分,为了占得市场先机,使企业在残酷的市场竞争当中生存下去,LED灯带企业是不断加大研发、人力、市场投入而让企业成本不断上涨,如履薄冰,举步维艰。LED灯带...
2021-05-23

基于LED路灯的PFC开关电源设计方案

0 引言 LED路灯是低电压、大电流的驱动器件,其发光的强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此LED的驱动需要提供恒流电源,以保证大...
2021-05-23

一文看懂关于LED的那些事儿

引言:发光二极管(LEDs)的最新进展使得照明行业快速增长。目前,固态照明技术逐步渗透到不同细分市场,如汽车照明、室内及室外照明、医疗应用、以及生活用品。 美国能源部最...
2021-05-23
一文看懂关于LED的那些事儿

福州大学李福山教授和宁波材料所钱磊研究员合作实现每英寸9072-25400像素QLED

显示器件在日常生活中几乎无处不在,近几年,单单手机显示屏就经历了迅猛的发展:从LCD显示到OLED再到柔性显示屏。随着对更多像素的需求不断增长,下一代显示器对分辨率和色域的...
2022-03-01
福州大学李福山教授和宁波材料所钱磊研究员合作实现每英寸9072-25400像素QLED

热销商品

广东珠江电线电缆阻燃国标定制BYJBV BVR YJV YJY RVV RVS RV KVV

广东珠江电线电缆,专注于阻燃国标定制,产品涵盖BYJBVBVRYJVYJYRVVRVSRVKVV等多种规格。我们采用先进生产技术,严格遵循国家标准,确保产品质量可靠、性能稳定。产品适...
¥ 1

可换头防静电塑胶镊子ESD-7A/242/249/259防划伤夹IC硅晶片陶瓷头

ESD-7A/242/249/259是一款专为半导体行业设计的防静电塑胶镊子,有效防止静电对敏感电子元件的损害。其独特之处在于可更换的镊子头,包括专为夹持IC硅晶片和陶瓷元件...
¥ 2

喜美诺排插插座面板多孔排插家用宿舍接线板插排国标线板延长线

喜美诺排插,一款精心设计的多孔插座面板,专为家庭和宿舍环境而造。它不仅提供便捷的接线体验,更符合国标安全标准,确保使用过程中的安全与稳定。这款排插采用高质量材...
¥ 11.9

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关家用防水盒浴室插座防溅盒子

86型开关超薄自粘贴式防水罩浴霸开关,是一种专为家用浴室设计的创新产品。其采用超薄设计,无需复杂布线,自粘贴式安装方式简洁高效,有效节省空间。防水罩有效阻挡水汽...
¥ 3.9

网站栏目