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聚焦前沿显示技术进展,国内外专家学者专题分享Mini/Micro LED等显示技术成果

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-03-02 浏览次数:785

 半导体发光器件是固态显示与照明技术的共同基础。近年来,随着人们对不同类型的发光器件的深入研究,新型显示与照明技术得到了相应的发展,这为未来信息显示与照明的多元化应用奠定了良好的基础。随着物联网、云计算、大数据、人工智能、元宇宙等技术和数字经济的兴起,新型显示技术不断迭代,提升显示效果,其中Mini/Micro LED 显示技术正成为新兴显示技术新的一极,为显示领域注入了新的成长动力。

显示技术

近日,在第八届国际第三代半导体论坛(IFWS)&第十九届中国国际半导体照明论坛(SSLCHINA)上,“Mini/Micro LED及其他新型显示技术“分论坛如期召开。特邀请南京大学电子科学与工程学院副院长刘斌教授和南方科技大学电子与电气工程系讲席教授孙小卫教授共同主持。该论坛由中微半导体设备(上海)股份有限公司、上海芯元基半导体科技有限公司、南京大学固态照明与节能电子学协同创新中心、北京康美特科技股份有限公司,长春希达电子技术有限公司,江苏省第三代半导体研究院协办支持。

刘斌

主持人:南京大学电子科学与工程学院副院长刘斌教授

主持人:南方科技大学电子与电气工程系讲席教授孙小卫

分会上,来自北京大学、英国斯特斯克莱德大学、清华大学、广东省科学院半导体研究所、南京大学、南方科技大学、上海交通大学、复旦大学、北京理工大学、东南大学、西安电子科技大学、中南大学、沙特阿卜拉杜拉国王科技大学等来自国内外知名高校院所专家学者们先后带来精彩研究进展报告。

显示现场

论坛现场

Jo<em></em>nathan JD McKendry

会上,英国斯特斯克莱德大学Jonathan MCKENDRY做了题为“用于光无线通信的高带宽深紫微LED”的线上主题报告,报告指出GaN基Micro-LED作为一种显示技术正在迅速兴起,Micro-LED的特性使其对各种其他应用特别有吸引力,比如显微镜检查、传感、光遗传学、光无线通信(OWC)。Micro-LED显示非常高的调制带宽,支持Gb/s OWC。AlGaN LED的不断成熟推动了深紫外Micro-LED的发展,深紫外OWC可受益于强散射“无背景”通道。

王新强

紧接着,北京大学教授、北大东莞光电研究院院长王新强做了题为“蓝宝石衬底InGaN基红光LED及Micro-LED”的主题报告,分享了相关研究成果,报告指出基于应力调控方法,实现了蓝宝石衬底上InGaN基红光LED的MOCVD外延; 通过量子阱结构设计,提升了InGaN基红光LED的发光效率;实现了小电流密度(~0.5 A/cm2)外量子效率(EQE:7.4%)的InGaN基红光 Mini-LED,并实现了氮化物全彩Mini-LED显示模块; 制作了像素尺寸为25 μm的InGaN基红光Micro-LED阵列和像素尺寸为10 μm的InGaN基红光Micro-LED单颗器件;InGaN基红光LED的发光峰半宽有待进一步控制,以提高氮化物全彩显示的色域范围。

汪莱

清华大学信息电子工程系光电子研究所所长汪莱做了题为“面向AR微显示应用的超小尺寸氮化物Micro-LED研究”的主题报告,研究提出分析Micro-LED尺寸效应的物理模型,解释了不同波长Micro-LED随尺寸微缩效率衰减不一样的现象。采用激光直写光刻制作了1-20μm超小尺寸Micro-LED,其中,1μm尺寸蓝绿光Micro-LED效率超过10%,死区尺寸150-180nm,绿光死区更小:载流子局域化程度更高,InGaN量子点有助于实现长波长,效率有待进一步优化。

田朋飞

复旦大学副教授田朋飞做了题为“基于InGaN硅衬底micro-LED的多色集成转移打印技术”的主题报告,介绍了全彩显示的量子阱堆叠、蓝/黄光micro-LED堆叠、RGB micro-LED转移,以及柔性micro-LED转移,生物医学应用的研究进展。结合PWM技术,获得了micro-LED阵列在不同注入电流下产生的具有均一亮度的红绿蓝波长发射。报告指出,随着注入电流的增大,CIE色坐标从红色漂移到蓝色区域,实现整个RGB的覆盖,但整体色域还需进一步提高。光遗传学等生物医学应用方面,去除衬底,将单片AlGaInP基LED与柔性衬底集成,形成具有显示与心跳监控等多功能的器件。基于硅基micro-LED转移打印工艺实现的蓝光光遗传学应用探针,高光功率密度、优异的柔性特性、多功能集成应用潜力等特点。

郭小军

上海交通大学教授郭小军做了题为“面向柔性显示与传感的有机薄膜晶体管器件与阵列集成”的主题报告。报告介绍了有机薄膜晶体管(OTFT)的优势和OTFT器件与有源矩阵阵列集成 (OTFT-OLED、OTFT-OPD)的研究进展。 并对低电压OTFT与柔性有源传感系统和片上OTFT集成有源矩阵MicroLED做了详细介绍。他表示,面向显示与传感应用的挑战,需要满足性能、外形和按需集成的需求,有机半导体技术具有差异化的优势。基本解决了面向阵列集成的器件结构、工艺兼容性、器件模型、阵列电路设计等问题,打通了集成工艺。实现了基于OTFT-OLED、OTFT-OPD的有源矩阵寻址显示与传感阵列;探索了片上OTFT集成有源矩阵microLED技术。OTFT有源矩阵可为屏内/屏上传感功能集成提供低温、与现有工艺兼容的技术路径;发展了基于“低电压OTFT+硅芯片”的柔性有源传感系统集成技术。

广东省科学院半导体研究所教授、新型显示团队负责人龚政在线做了题为“基于光响应聚合物的Micro-LED可编程巨量组装技术研究进展”的主题报告,分享了最先进的传输技术,光敏聚合物辅助传质技术研究。报告提出了各种转移技术,同时指出各种技术仍存在缺点,迫切需要新技术。研究开发了一种基于光敏聚合物的转印方法,适用于Micro-LED的大面积可编程转印。

顾星同事范谦

东南大学下一代半导体材料研究所研究员范谦做了题为“全色显示材料与3D芯片集成技术 ”的主题报告,介绍了3DIC关键工艺晶片键合、3DIC关键工艺混合键合,在CMOS和III-V族半导体器件之间开发单片集成的最新进展等。报告指出,与Si相比,化合物半导体(GaN、GaAs、InP)在RF(毫米波)方面具有优异的性能。与GaAs和InP相比,GaN是领先的,8-12英寸的Si GaN on Si(半绝缘晶片)外延技术进展很快。E/D模式HEMT均已就绪。

庄喆

南京大学苏州校区集成电路学院助理教授庄喆带来了题为”InGaN基红色发光二极管:从传统LED到Micro-LED“的主题报告,分享了PSS或β-Ga2O3上的InGaN基红色LED、InGaN基红色Micro-LEDs、氮化物基红色LED的技术与性能的相关研究成果,报告指出,用于微型LED像素化的选择性p-GaN钝化有助于解决“尺寸效应”。

钟海政

量子点是纳米尺寸的半导体晶体,是化学方法制备的半导体。钙钛矿量子点是一种全新材料体系,北京理工大学教授钟海政做了题为“蓝光量子点电致发光的若干基础问题研究”的主题报告,报告指出蓝光QLED的若干基础科学问题涉及满足显示应用的无镉蓝光量子点材料十分缺乏,目前仅有ZnTeSe、InP两个体系,亟需发展高效率无镉量子点材料体系。量子点材料本征特性和QLED效率之间的物理关联不清楚,目前量子点、传输层材料的优化只能基于试错办法,如何阐明QLED的工作机制,特别是QLED工作下,影响量子点电致发光的主要过程很重要。影响QLED寿命的主要因素不清楚,目前老化过程表征一般采用测试亮度衰减的办法,周期十分长(>350小时),亟需发展快速表征器件老化特征的手段,特别是老化过程中材料和器件的原位表征手段。

卢卫芳

厦门大学物理科学与技术学院物理学系副教授卢卫芳分享了Micro-LED用GaN纳米线上生长的非极性GaInN/GaN多量子壳的系统研究成果。研究显示,通过提高GaN势垒和AlGaN间隔物的生长温度,获得了同轴MQSs纳米线的高结晶质量,从而获得了高达69%的高IQE。在嵌入p-GaN壳层的情况下,600nm处的发射峰和退化的光输出归因于纳米线的c面区域中的电流局部化。优化了同轴MQS纳米线上p-GaN壳层的形态和晶体质量,以抑制螺旋和弗兰克型部分位错。EL光谱和光输出结果表明,通过插入SL结构,明显增强了3倍以上,这与MQS晶体质量的提高和c面区域的减少有关。

刘先河

当前Micro-LED的关键问题涉及发光效率随尺寸降低、巨量转移良率、多色发光单片集成、规模化生产的波长一致性、封装等。效率是Micro-LED需要面对的挑战,包括刻蚀导致的表面损伤与非辐射表面复合,需要修复。绿光红光的高铟组分导致的应力、缺陷。西安电子科技大学广州研究院教授刘先河做了题为“用于高像素密度显示器的高效率Micro-LED和纳米LED”的主题报告,自下而上纳米线具有诸多优势,包括无需刻蚀工艺,减少表面非辐射复合;有效的应力松弛,减少缺陷增加In含量;减少来自衬底的线位错,减少非辐射复合。报告指出,用自下而上生长的纳米线成功构建micro-LED和nano-LED;纳米线结构已实现较高的外量子效率,绿光器件EQE达到25%,红光器件达到>2%;效率几乎不取决于尺寸;光子晶体对发光性质直接调控:光谱稳定性和发光方向性;多色发光的单次外延单片集成。

余俊驰

南京大学电子科学与工程学院余俊驰做了题为“高透明度GaN基Micro-LED显示器”的主题报告,研究结果显示,双抛蓝宝石衬底氮化镓基透明高亮度Micro-LED显示器,屏幕尺寸0.18inch,单个像素20μm,反向漏电小于1nA。为提高透明度采用优化设计:GaN深刻蚀、透明ITO电极、非图形化衬底、减小引线宽度等。显示区域透明度高达80%,屏幕亮度高达25000nits,发光具有良好的温度稳定性。满足AR、HUD等设备在室内外环境下的应用需求,具有广阔的应用前景。

黄锦鹏

Micro-LED器件具有广视角、高亮度、高对比度、高光效的特点。不同显示场景对micro-LED提出不同出光要求,需对器件进行出光调控。中南大学黄锦鹏做了题为“面向新型显示的GaN基micro-LED出光调控研究”的主题报告,详细介绍了micro-LED出光调控研究进展,包括窄光谱、小发散角micro-LED,指向出光micro-LED,线偏振micro-LED,圆偏振micro-LED的研究成果。报告指出,基于RC micro-LED器件设计,结合超表面调控光场,实现micro-LED出光方向的任意调控。指向出光micro-LED,实现垂直方向指定角度、任意空间角、分立角度出光,可用于多视点裸眼3D显示。FDTD优化设计中,采用EBL在micro-LED上集成亚波长金属光栅,制备多种尺寸线偏振micro-LED 。按照实验参数演示偏振显示,所制备的线偏振 micro-LEDs实现了图像分离,满足3D显示要求。金属光栅作为底部反射镜,介质膜作为顶部反射镜,实现具有TE线偏振出光的谐振腔micro-LED。在偏振micro-LED基础上,进一步集成超表面调控偏振光相位,实现线偏振 - - 圆偏振任意转换。

刘志远

沙特阿卜拉杜拉国王科技大学刘志远做了题为“基于能带工程与机器学习的Micro-LED性能优化”的主题报告,分享了异质结极化和带隙差,AlN应变补偿层在InGaN红色LED中的作用,SL设计对LED效率的厚度效应等研究进展和成果。(备注:以上信息未经报告嘉宾逐一确认,如有出入敬请谅解!)

 
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