Micro-Displays MicroLED.

Micro-Displays MicroLED.

Быстрая сборка квантовых точек для Micro-Displays MicroLED

(Брент Боерджер и Нил Ван Вайк)

Почему это важно

Неорганические microLEDs являются следующей большой вехой в дисплеях, как OLED. Фактические элементы, излучающие свет, от приложений в Micro-дисплеях для расширенной / виртуальной реальности (AR / VR) до носимых, таких как Smartwatches и сотовые телефоны. Однако, в отличие от OLED-дисплеев, они гораздо более надежны и долговечны и, что самое главное, намного эффективнее и ярче, что делает их жизнеспособными даже для больших дисплеев, таких как видеостены в рекламе и в кино вместо проекции. Но для того, чтобы сделать технологию экономически эффективной, проблемы с производством изобилуют, в частности, поскольку размеры пикселей уменьшаются в микро-дисплеях нового поколения. Например, различные покрытия должны быть быстро депонированы точным контролируемым образом, например, квантовые точки (КТ), объединенные со светодиодами, используемыми в больших дисплеях, для того, чтобы заострить цветовые характеристики традиционных люминофоров или полностью заменить их на микро-дисплеях, полагаясь исключительно на КТ для преобразования цвета. Лучшая технология необходима для надежного нанесения различных дорогостоящих материалов и даже для быстрой сборки или сортировки самих microLED.

QD-пленки также используются для улучшения цвета с использованием технологий LCD и OLED, могут в конечном итоге использоваться в так называемых конструкциях QLED и даже использоваться для усиления поглощения света в камерах и фотодатчиках (см. QuantumfilmTM от Invisage, недавно приобретенного Apple ). Во всех приложениях быстрое и дешевое нанесение этих КТ-пленок и слоев имеет решающее значение. Кроме того, во многих приложениях диапазон производственных проблем резко возрастает, когда размеры пикселей уменьшаются до 20 мкм. Например, в следующем поколении VR / AR микро-дисплеи будут развиваться по направлению к microLED: они по сути примерно на 103 ярче (следовательно, намного эффективнее), чем используемые OLED-модули, и являются гораздо более экологически устойчивыми, долговечными, полностью неорганическая структура переключения на скоростях полупроводников (ns). Самое главное, их можно масштабировать в принципе с помощью ИЦП> 1000 и субпиксельных размеров << 10 мкм, которые действительно понадобятся для AR / VR следующего поколения, интегрированных со сложной оптикой для передачи изображения на пользовательскую область.

Но microNED на основе GaN / InGaN являются (за некоторыми исключениями) монохромными, обычно синими / фиолетовыми излучателями, и их необходимо преобразовать в зеленый и красный цвета для многоцветного (RGB) или белого света. Обычно это делается с люминофорами для больших светодиодов в приложениях освещения, но столбец люминофора, необходимый для полного поглощения синего, делает их непрактичными для меньших размеров пикселей (<50 мкм). Таким образом, КТ или другие подходы к преобразованию цветов необходимы, играя все более важную роль в дисплеях в целом, как в усилении спектрального отклика традиционных люминофоров, так и в целом заменяя их в приложениях дисплея, когда пиксели сжаты << 100 мкм … Во всех случаях, когда КТ или другие дорогостоящие покрытия из наноматериалов, однако в них отсутствует эффективный материал для быстрого осаждения точных сверхтвердых пленок таких покрытий, в то время как струйная печать, спин или напыление, щелевая матрица или другое относительно неэффективные, дорогостоящие подходы имеют недостатки.

Производственные процессы:

Основные проблемы производства и проблемы при сдаче QD в таких приложениях охватывают тонкую пиксельную пикселизацию, практичность распределения по локальным или глобальным областям, сквозное использование, получение сильно однородных покрытий QD и экономическую эффективность; различные потенциальные технологии покрытия.

В то время как КТ хорошо известны, сделаны за пределами площадки и доступны от нескольких поставщиков (Nanosys, Nanoco, … и т. Д.), они по-прежнему относительно дороги, что делает ставку на эффективные материалы. Они могут быть депонированы одним из двух способов: струйная печать с соответствующими цветными КТ на каждом пикселе или одеяле «печатается» или покрывается спинкой над областью отображения, а затем рисуется с помощью какой-либо формы литографии.

Основной проблемой в любом из подходов является контроль плотности нагрузки или количества КТ на единицу объема, ключ для однородности, критический параметр (как со спиновым покрытием).

Для низких PPI и грубых демонстрационных целей использовалась струйная печать, но она слишком медленна для объемного производства, особенно для ИЦП, где субпиксельные размеры приближаются к <10 мкм, оставляя осаждение и литографию в качестве предпочтительного подхода. Обычно требуется 7-10 мкм или более толщина совершенно однородного покрытия QD, при этом плотно упакованы QD, чтобы полностью поглощать синий цвет, излучаемый светодиодом InGaN, но возможности для этого ограничены. Обычные методы печати слишком грубые, в то время как ограничения на нанесение покрытий в ячейки и материалы для отходов. Действительно, потребители спин-покрытия обычно ссылаются на 80-90% покрываемых материалов, не говоря уже о эффектах краевого борта, а также о проблемах однородности и упаковки, связанных с задействованными центробежными силами. Аналогично, промышленные щелевые процессы обычно используются для покрытия с большим объемом, но для достижения высокой однородности такие методы основаны на точно контролируемом испарении разбавителя, сначала диспергированного в покрываемом материале. У испарения есть много проблем, неважно, насколько хорошо контролируются, и такие инструменты дороги не только в капитале, но и в пространстве, необходимом для сушильных печей.

Новое решение …

Экспериментальный подход проведенный несколькими университетскими лабораториями, называемый линейной самосборкой от VersufleX Technologies, предлагает интригующее решение. Точные, однородные покрытия, вплоть до наноразмерных монослоев частиц становятся практичными, в более высокоскоростном веб-процессе и в воздухе, поскольку типичный пример ниже 1 мкм частиц SiO2 иллюстрирует:

Принцип работы основан на автоматической технике Ленгмюра-Блоджетта: материал, подлежащий осаждению, помещают в суспензию, затем точно распределяют на поверхности жидкости-носителя (например, DI-воды) подходящей плотности на котором он «плавает», образуя двухслойный слой. Верхний слой затем изготавливают для самостоятельной сборки путем индукции потока нижней несущей жидкости, функции распределения и скорости потока, поверхностного натяжения и поверхностно-активных веществ:

Блок «картридж» с точно наклоненным рампом между двумя несущими емкостями различной высоты нагнетает текучую среду с контролируемой скоростью для образования замкнутого рециркуляционного контура, а блок обработки полотна проходит подвижную подложку вблизи кромки нижнего емкости. Управляемый поток жидкости-носителя создает боковое давление на верхний слой, заставляя его самособираться в компактную пленку или, если частицы, в монослой:

Процесс самосборки происходит на поверхности рампы, продиктованной физикой частиц и жидкостей. Собранный слой сохраняется внизу в нижнем сосуде, затем плавно переносится на проходящую подложку над коллоидным мостиком, образованным вдоль губы этого нижнего сосуда.

Толщина покрытия может быть жестко контролируемой, с высокой однородностью осаждения, а несколько проходов могут быть запрограммированы для поэтапного (LBL) сборки для точных многоуровневых структур. Испарение НЕ участвует в снижении толщины покрытия, следовательно, процесс также очень энергоэффективен; любые случайные следы жидкости-носителя или любых других растворителей обычно можно обрабатывать с помощью ИК-ламп, как показано выше.

Несколько лабораторных инструментов были построены и находятся в нескольких университетских лабораториях, как правило, в конфигурациях с 100-миллиметровым полотном (и картриджем для доставки), примерно, как показано на рисунке, движущимся со скоростью 0-5 см / с ± 0,1 мм / с, хотя специальные светильники также может обрабатывать пластины. Лабораторные инструменты просто используют гравитацию для давления текучей среды-носителя через резервуар жидкости-носителя (например, воды), установленный на показанной выше приподнятой платформе. Боковое поверхностное давление можно контролировать 0-72 ± 2 мН / м.

Применительно к депозитным QD

Широкий спектр материалов, жидких и твердых частиц в различных размерах и формах был нанесен этим методом для различных применений; существует около 40 рецептов для покрытия различных материалов, которые постоянно расширяются партнерами университетов. QD обычно представляют собой суспензированные в органическом растворе с такими же проблемами, как с укладкой ультратонких полимерных пленок (например, фоторезистов), для которых этот способ особенно хорошо подходит. После инъекции на движущийся плоский слой несущей текучей среды раствор полимера разбавляется различными способами, в зависимости от физико-химических характеристик используемых растворителей и жидкостей. Естественные свойства границы раздела газ-жидкость: плоскостность, подвижность и растяжение, а также эффекты марангони и гравитация, гидродинамически приводят материал к границе раздела к линии формирования пленки на ней. Давление, прикладываемое к длинной оси пленки, поддерживается постоянным, в то время как пленка переносится с поверхности жидкости на твердую подложку.

Ниже приведены некоторые примеры с общими фоторезистами (SP1813, UV1400, AZ9260, NED, ZEP и PMMA) и полимеры для литографии I-line, DUV и E-beam и пример AFM 70 нм UV1400, покрытый на 200 мм с полным изменением толщины порядка 1 нм и 0,2 нм Шероховатость, измеренная с помощью MM-16 от Horiba:

Ультратонкие покрытия являются еще более конформными; показанный ниже, представляет собой узорчатый субстрат с конформным сопротивлением, по сравнению с тем же, что и с ацетонной каплей, чтобы показать присутствие полимера над топографией. Но, изменяя параметры процесса, может быть достигнуто противоположное: подвесная мембрана над нерегулярной топографией, даже планаризирующий слой.

Выше представлены увеличенные детали покрытия толщиной 10 мкм (типичные для толщины QD) AZ9260, показывающие конформность на шаге 15 мкм, а также значительно меньший бортовой борт, реализованный с помощью этой технологии, по сравнению с традиционным спин-покрытием. Количество дорогостоящего материала QD, сохраненного при таком веб-процессе, по сравнению со спин-покрытием может быть значительным. В то время как он может производить покрытия значительно лучше, чем современные спиновые и аэрозольные покрытия, основное внимание уделяется новым технологиям (R2R). В экспериментальных целях также можно обрабатывать пластины и / или светильники, предназначенные для вафель в производственных условиях.

Другие примеры
Этот способ особенно хорошо подходит для монослоев частиц, где ни один другой известный процесс не является таким быстрым или эффективным.

Несколько примеров:

Примыкающие к вышеуказанному однородные упорядоченные слои деагломерированных нанопористых частиц 500 нм TiO2, нанесенных на алюминизированную пластиковую пленку на 30-сантиметровом веб-инструменте со скоростью до 1,2 м / мин. Пористость контролировалась приложенным боковым давлением, варьируя от 0 до 72,5 мН / м.

Многопроходный 3-х слойный слой из 5 нм частиц золота продемонстрировал текстурирование пластин Poly-Si как AR или отражающих покрытий, или текстурирование для приложений SSL, и как метод для реализации фотонных кристаллов и сборки LBL.

Размеры этих частиц аналогичны размерам КТ, которые могут быть осаждены либо диспергированы в подходящей матрице / растворе хозяина, либо в структурированном LBL, как иллюстрирует этот пример.

Наконец, этот процесс является готовым, текучим средством быстрого сбора не только наноразмерных частиц, но и более масштабных структур. К ним относятся такие структуры, как микротипы, кремниевые ленты, нанопроволоки … изучается ряд приложений, включая сборку самой микропланшетной головки на заранее определенные шаблоны, в принципе, как показано ниже:

VersufleX продает только базовые инструменты для запатентованного процесса, не претендуя на приложения, к которым могут применяться инструменты. Пользователи могут разрабатывать собственные IP-адреса приложений.

Резюме

В то время как MicroLED намного надежнее, долговечны, эффективны и намного ярче, чем OLED-диски, которые станут следующей важной особенностью дисплеев, особенно в Micro-дисплеях для приложений AR / VR и даже Smartwatches и мобильных телефонов, у них есть проблемы с производством. QD и различные дорогостоящие материалы, должны быть быстро и экономично депонированы точным, контролируемым образом, но текущая технология может не справиться с задачей, в частности, поскольку размеры пикселей уменьшаются в микро-дисплеях следующего поколения. Для надежного хранения различных дорогостоящих материалов необходима лучшая технология. Был предложен новый процесс под названием «Линейная самосборка», который эффективно автоматизирует известный процесс Ленгмюра-Блоджетт, превращая его из любопытства лаборатории исследований и разработок в достойный продукт. Ряд лабораторий активно разрабатывают приложения для нового процесса с инструментами лабораторного масштаба от VersufleX Technologies .

В частности, для наложения QD варианты быстрого осаждения сверхтвердых слоев КТ можно суммировать следующим образом:

Основные проблемы, связанные с пиксельной пикселизацией основного тона, единообразием, практичностью распределения по локальной или глобальной области, а так как QD относительно дороги, существует большая премия в отношении эффективных материалов. Несмотря на то, что такие процессы, как струйная печать, хороши для лабораторных демонстраций крупноформатных дисплеев, они слишком медленны для производства тома, при этом размеры подпикселей приближаются к <10 мкм. Обивка и литография предпочтительнее, но главная задача состоит в том, чтобы получить, последовательно и экономически эффективно, толщиной 7-10 мкм совершенно однородного покрытия QD, чтобы полностью поглотить синий цвет, излучаемый микролинзами InGaN.

Было доказано, что предлагаемый метод успешно удаляет ультратонкие, ультра-однородные слои полимерных тонких пленок, в том числе усовершенствованные резисторы, ПЭТ, ПЭН и монослои различных частиц, от наномасштабных до равномерной сборки микротипа microLED. Технология дополнительно масштабируется до ширины> 30 см при скоростях производства до 4 м / мин. Он идеально подходит для быстрой укладки QD-пленок.

Об авторе

admin administrator

ПОЗВОНИТЕ МНЕ
+
Жду звонка!