在众多推动Micro-LED技术产业化企业与机构中,南方科技大学是最具代表性的研究机构之一。在2020Micro-LED产业技术峰会上,南方科技大学助理教授、广东省Micro-LED产业技术创新联盟执行秘书长刘召军通过视频连线的方式以“Micro-LED和量子点显示技术的进展”为主题,分享了南方科技大学在Micro-LED技术领域的研究进展。
南方科技大学助理教授、MiLEDA秘书长 刘召军博士进行在线视频演讲
当前,随着技术不断发展,新型显示产品已经深深融入我们的生活,在移动显示、家用及户外显示、车载显示等领域已经形成了数千亿美元的市场规模。刘召军表示,由单色显示到彩色显示,有被动发光到主动发光,有表面成像到空间成像,显示产品越来越趋于小型化、轻量化、智能化、立体化,高画质和低功耗显示产品成为业界共同追求的目标,“Micro-LED被认为是最符合上述要求的颠覆性技术。”
刘召军介绍,近年来,苹果、康佳、三安光电、中海投、青岛、晶元光电、中稼均在Micro-LED领域投资了上百亿元,而且康佳、雷曼光电、国星光电、瑞丰光电、洲明光电等企业均推出了Micro-LED产品。
关于Micro-LED技术优势,刘召军介绍,Micro-LED是基于效率和稳定性极高的宽禁带半导体-氮化镓材料的微米级自发光的微米级像元阵列,“基于自发光器件,Micro-LED与LCD相比具有亮度高、效率高、光路简单、续航能力强、刷新率高等特点,无需背光源、偏光片,更加紧凑,体积更小、重量更轻;基于无机材料,与OLED相比,具有极高可靠性、极快响应速度和极广的工作环境,可在高温、低温、潮湿、光照、强辐射等多种恶劣环境下稳定工作,且在军用领域亦有极大的需求。”他也指出,除显示之外,Micro-LED还可用于无掩膜曝光机等“卡脖子”技术,以及光通讯技术。
刘召军介绍,Micro-LED是集光、电、力、热、机械、材料等诸多学科于一体的交叉性科学技术。目前世界上已有250多家大学、研究院、企业投入Micro-LED,技术竞争十分激烈,需着力解决光、电、热、材料、稳定性等诸多方面的科学技术问题。他举例,每片4英寸外延片可制备2微米尺寸Micro-LED像素1.27亿颗,相当于全彩8K显示器子像素数目的1.5倍。由此可以看出,高PPI Micro-LED制备技术难度非常大。
他还介绍,在高性能、高PPI Micro-LED设计与制备上,Micro-LED存在尺寸效应、边缘效应、角隅效应等技术难题。具体来讲,在尺寸效应上,仿真结果表明,当Micro-LED从500微米减小到4微米时,其内量子效率从80%衰减到10%以下。在边缘效应上,Micro-LED加工过程中需要使用等离子刻蚀等工艺,会对其侧壁及接近侧壁区域造成永久性损伤,从而降低发光效率,而且像素越小问题越严重。在角隅效应上,Micro-LED像素边角区域由于侧壁界面态密度不同及材料光学特性发生改变,产生发光角度、强度等性质改变(其机理尚在探索之中)。他认为,全集成Micro-LED片上系统的实现为未来高PPI移动终端显示打下了很好的基础。
Micro-LED非常具有挑战的难题不得不提巨量转移封装技术。为此,南科大提出了同质集成的全氮化镓Micro-LED解决方案。
刘召军介绍,在集成量子点的全彩色化显示上,以蓝光/紫光Micro-LED作为激发源,通过红、绿量子点的颜色转换实现全彩色化。这一方法结合喷涂技术、打印技术、纳米压印技术、光刻技术,目前已成为主流的Micro-LED全彩色化技术。
在Micro-LED与超宽色域显示上,发光像素半峰宽(FWHM)越窄,能够显示色域越宽。目前Micro-LED半峰宽在20nm左右,需要进一步提高,以满足超宽色域显示的要求。他认为,Micro-LED与量子点、量子片等窄半峰宽材料相结合是应对未来超宽色域显示的有效途径。
关于Micro-LED技术产业化难题,刘召军特别提到两个问题:一是如何实现氮化镓红光发光的问题,即如何把铟掺进去?二是如何继续降低成本。他相信,这两个问题将很快得到解决,也将推动Micro-LED商业化应用。
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