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生长,转移印刷和彩色转换技术向全彩MicroLED显示

MicroLED.cn 技术文章 2020-10-30 10:42:24 43661 0 | 文章出自:proquest MicroLED

       在过去的几十年里,显示技术得到了迅速的发展,并得到了广泛的应用。我们可以找到各种各样的显示应用,包括电视、大型视频广告牌、电脑,特别是智能设备,人们花很多时间在这些设备上与世界接触,构成了现代生活的典型场景[1-4]。阴极射线管(CRTs)加速了视频显示器的出现,CRTs的历史已经持续了半个多世纪[5,6]。近年来,LCD和OLED显示技术得到了广泛的应用,并逐渐占据了显示屏市场[7-9]。显示器的各种新兴应用,如虚拟现实(VR)和增强现实(AR),促进了高性能、新颖的显示技术的发展。在这里,micro-LED显示器,以GaN为主的led为例。需要注意的是,芯片尺寸、像素数和每英寸像素(PPI)等参数决定了microled显示屏的应用领域,如表1所示。我们主要展示典型公司的原型,这些公司代表了最新的MicroLED显示器的进展。此外,三星在2019年信息通信会上展示了一款292英寸、8 K的大屏幕显示屏。在2019年增强世界博览会上,Mojo Vision展示了一款基于0.018英寸面板的14000 PPI的micro显示器原型,预计将用于VR/AR和平视显示器等可穿戴设备。因为没有完全找到它们的详细显示信息,所以没有在表中列出它们。


一般来说,microled是指典型尺寸在1灯管m和100灯管m之间的LED。Jiang、Dawson和Rogers等人是成功开发用于显示器、VLC和光遗传学等应用的microled阵列的先驱[10-12]。作为一种很有前途的显示技术,microled显示器以其独特的高分辨率、低功耗、高亮度、灵活性、快速响应和高可靠性等优势,与LCD和OLED显示器相比,吸引了许多研究人员和公司的关注[13-20]。在未来,microled的应用可以从平板显示扩展到空间显示、可穿戴/可植入光电子器件、光通信、生物医学检测等许多领域[21-31]。图1显示了未来显示器的应用场景。如图所示,microled可以作为光电探测器接收外部信号,而高带宽发射器通过并行[32]的microled显示器向用户传输信息。集成了空间三维光场显示(LFD)、彩色照明(MCL)、精确空间定位(PSP)和光保真(LiFi)的高集成半导体信息显示是下一代信息显示技术的核心。microled阵列是一种独特的高效率、低功耗的器件,它将驱动、照明和信号传输结合在一起。然而,集成和封装的成本仍然过高,这是阻碍全彩microled显示器商业化的主要因素[33,34]。由于采用生长技术在单片外延片上同时开发红、绿、蓝三种高效micro发光二极管的难度较大,人们提出了许多附加技术。生长技术是实现全彩microled显示的首选方法,其次是转移打印技术和颜色转换技术。然而,在这些技术中仍存在许多技术难点。本文主要介绍了三种全彩microled显示技术,包括生长、转移打印和色彩转换技术[35-46],它们是实现大规模、低成本和高密度集成的强大解决方案。


microled的生长是实现全彩microled显示的首选方法,通过简单的制备过程就可以实现超高分辨率的显示。本文将讨论纳米线发光二极管、多色量子阱micro发光二极管和纳米发光二极管的发展。通过使用选择性区域生长(SAG)技术,多个研究小组已经实现了对InGaN/GaN纳米线生长的精确控制。不同阵列的尺寸和间距影响了铟(In)和镓(Ga)的吸附能力,导致各源在[47]纳米线led外延生长过程中的掺杂比例不同。Sekiguchi和Ra等采用该技术,分别成功实现了发射峰的红移或蓝移[48,49]。2011年,Hong等人提出了核壳纳米线led,并通过调整外部偏置电压而不是改变其组成[50]来调整其发射颜色。后来,道森的团队在2012年制造了多色QWsmicro型led,并将其与互补金属氧化物半导体(CMOS)集成。同时,可以通过外部不同占空比[51]的脉冲电压来调节多色QWsmicro型led的发射颜色和亮度。对于纳米led的全彩显示,其基本的颜色转换原理是壁厚的减小和内部应变的释放可以有效抑制量子约束stark效应(QCSE),最终促进发射峰的蓝移。2017年,郭的团队运用该原理,将纳米级led的发射颜色从[52]的绿色调整为蓝色。然而,在生长技术中出现了许多问题,具体体现在材料控制、颜色转换后的颜色变化以及LED阵列与驱动器的集成等方面。然而,目前的许多研究结果表明,通过生长技术实现多色集成是可能的,该技术在高PPI全彩显示中的应用潜力很大。一般情况下,PPI高表示在2000[1]~以上。


转移打印是材料组装和micro纳米处理的一项关键技术,具体表现为将microled从供体基片上去除,并将其转移到接收基片上。然而,传统的microled取放转移方法可能需要几个小时的时间,相关的技术缺陷导致产量低、集成效率低。自从Rogers的团队引入了使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)印章进行大面积、多面印刷单晶micro结构以来,转移印刷技术一直在[53]的研究中。2013年,罗杰斯的团队创建了一家衍生公司X-Celeprint,该公司获得了micro转移印刷技术的独家权利。在过去的几年中,人们提出了各种转移印刷技术,如PDMS贴片取放、激光选择释放、静电吸附转移、电磁吸附转移和流体吸附转移等[12,54 - 64]。PDMS的邮票拣购以Rogers’s group和Dawson’s group等为主要代表。在早期,罗杰斯的团队对驾驶进行了相关的研究


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