Оглавление
Устройств с плоскими экранами всё больше — от миниатюрных дисплеев в смарт-часах и очках виртуальной реальности, дисплеи стандартных размеров в смартфонах и операторских панелях в автомобилях, до широкоформатных экранов телевизоров и рекламных щитов. В результате их технология развивается во многих направлениях и одно из наиболее перспективных основано на использовании микросветодиодов.
Технология MicroLED
Концепция microLED была разработана давно, ещё в 2000 году. Но ждать появления дисплеев такого типа пришлось довольно долго — первый экран microLED был представлен Sony только в 2012 году. Это был прототип 55″ телевизора с 6 миллионами светодиодов. И хотя компания объявила о коммерциализации этой модели 10 лет назад, технологические проблемы и высокая стоимость производства пока не позволили этому произойти. Но это не означает, что индустрия плоских дисплеев потеряла интерес к технологии microLED — напротив, ее внедрение в массовое производство сейчас ближе, чем когда-либо. Над ней работают крупнейшие компании в области электроники, такие как Apple, Facebook, Samsung и Toshiba.
О постоянном интересе к этой технологии на протяжении многих лет свидетельствуют частые демонстрационные версии телевизоров microLED. Примером может служить серия The Wall от Samsung. В ней доступны модели: 89, 101 и 110 дюймов. К сожалению, их ценовой диапазон составляет от 80 000 до 155 000 долларов. Конечно, поскольку их стоимость превышает возможности среднего потребителя, производитель не слишком рассчитывает на их распространение. Чтобы microLED телевизоры достигли наших квартир, их цена должна упасть как минимум в 50 раз, не дороже 2000 долларов.
Правда чтобы предложить доступные экраны больших размеров, производителям еще предстоит преодолеть множество технологических трудностей и снизить себестоимость производства. Но многочисленные преимущества дисплеев microLED по сравнению с конкурирующими технологиями LED и OLED стимулируют работу в этом направлении.
Производство микросветодиодов
Светоизлучающие микро-диоды (микроLED, µLED) примерно в 100 раз меньше обычных светодиодов — размер одного микродиода не превышает 100 мкм. Работают они одинаково — под действием тока соответствующего напряжения электроны и дырки в p-n переходе рекомбинируют, что сопровождается испусканием фотонов. Цвет света (длина волны) зависит от разницы энергетических уровней в зоне проводимости и валентной зоне данного полупроводникового материала. Например, красные светодиоды сделаны из AlInGaP, зеленые и синие — из InGaN. Светодиоды являются источниками света прямого излучения, но синие светодиоды и люминофор используются для получения белого света. Так делают белые диоды в лампочках, уличных фонарях или автомобильных фарах. Большинство светодиодов изготавливаются на сапфировых подложках толщиной 100 и 150 мм. Это дискретные компоненты, размещенные в герметичных корпусах.
И именно в этом последнем аспекте микросветодиоды существенно отличаются от «обычных» — вместо того, чтобы размещаться отдельно в корпусе, они выполнены в виде матрицы. Какие последствия? Налагая чрезвычайно жесткие требования на стадии производства, разница делает микро-светодиоды очень сложными и дорогими в производстве.
Многочисленные проблемы возникают практически на всех этапах производства, начиная с формирования эпитаксиального слоя в процессе MOCVD (металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы). На этом этапе важно как можно точнее контролировать его толщину, состав и напряжения и ограничивать появление дефектов в кристаллической решетке. Это имеет решающее значение для достижения необходимой однородности длины волны и квантовой эффективности для микро-светодиодов, которые не упакованы по отдельности.
Фотолитография, травление и пассивация также требуют высокой точности. Затем тысячи микросветодиодов переносятся на носитель (интерпозер) или непосредственно на монтажную пластину дисплея. В этом отношении тестируются различные методы массового транспорта микросветодиодов — проверяется их точность и эффективность, которая должна быть как можно выше, чтобы перейти к рентабельному массовому производству.
Еще одной проблемой являются ограничения методов тестирования, которые не подходят для контроля качества структур с размерами и плотностью упаковки, характерными для микросветодиодов.
Преимущество микросветодиодов
Как и обычные светодиоды, микросветодиоды могут быть сконфигурированы так, чтобы излучать свет одного цвета, а также в виде набора из трех субпикселей в основных цветах, то есть RGB. Среди целевых продуктов в этой технологии можно выделить 3 категории: микродисплеи и дисплеи среднего и большого размера.
Средние и большие дисплеи µLED будут хорошо работать в часах, смартфонах, планшетах, автомобилях и телевизорах. Наиболее перспективным применением микродисплеев являются очки дополненной реальности. При этом основной причиной их изготовления по технологии µLED является то, что она может обеспечить требуемую большую яркость, до 100 раз, по сравнению с другими типами дисплеев. Например, OLED-дисплеи обычно обеспечивают яркость 1000 нит, тогда как для технологии дополненной реальности требуется не менее 100 000 нит.
Ну и важнейшей причиной интереса производителей microLED-телевизоров является лучшее качество изображения по сравнению с ЖК и OLED экранами.
В целом дисплеи microLED должны иметь такие преимущества:
- более высокая плотность пикселей,
- лучшая контрастность,
- более высокое разрешение и частота обновления,
- более высокая яркость при прямом солнечном свете,
- более широкий угол обзора,
- более короткое (наносекундное) время отклика, что важно для мобильных устройств и VR очков.
Они также будут потреблять меньше энергии, чем OLED- и ЖК-экраны. Характеризуются более длительным сроком службы по сравнению с OLED-дисплеями. А в отличие от LCD и OLED-экранов, изготавливаемых на больших подложках, на которых все слои наносятся друг на друга, microLED-дисплеи бесшовно собираются из небольших модулей — это облегчит их масштабируемость.
Будущее технологии microLED
Потенциал технологии microLED огромен — объем рынка дисплеев µLED в 2025 году составит 5 миллионов единиц, а в 2027 году увеличится до более чем 11 миллиардов. Таким образом, аналитики убеждены, что производители microLED будут способны быстро их внедрять в продажу. Появление 110-дюймового телевизора Samsung с технологией microLED считалось прорывным моментом, укрепившим позиции этой технологии в сегменте плоских панелей. Именно тогда все, от инженеров до инвесторов, поняли, что эта технология — реальна. Ожидается, что высокая в настоящее время цена на µLED-телевизоры будет быстро падать с каждым годом из-за эффекта масштаба.
