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開發超高亮度,超小型Micro-LED,有望應用終端智能設備

2020-03-29
來源:與非網
關鍵詞: ARVR Micro-LED晶圓

  今年 1 月,英國謝菲爾德大學成立了一家分拆公司 EpiPix,以開發和商業化用于增強和虛擬現實設備、智能手表和手機等產品用顯示面板的 Micro-LED 技術。

  謝菲爾德大學的分拆公司 EpiPix 將向業界提供超高亮度,超小型 Micro-LED 陣列

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  根據外媒 Compound Semiconductor 報道,基于謝菲爾德大學氮化鎵材料和器件中心 Wang Tao 教授多年的 GaN 半導體研究成果,EpiPix 公司已經展示了單晶圓 Micro-LED 陣列原型產品,這些 Micro-LED 像素的尺寸從 30 微米到 5 微米不等。

  自從蘋果公司首投 20 億美元用于 Micro-LED 開發,從 Plessey 和 Glo 到 Lumens 和 Sharp 的無數公司已經陸續向市場展示了基于 CMOS 驅動背板的微型顯示器,相關專利申請也越來越多。

  “我們已經與 AR / VR 應用的主要終端客戶,智能手機手表的制造商以及 LiFi 技術公司進行了討論,”EpiPix 的首席執行官 Dennis Camilleri 興奮地說道,“對于許多應用而言,關鍵的技術驅動因素是小尺寸 Micro-LED 顯示器,它們可以為用戶提供高分辨率,高亮度的顯示效果。我們將開發尺寸小于 5 微米的 Micro-LED,這是這些公司所特別感興趣的。”

  一種直接的 Micro-LED 制作方法普通 III 型氮化物 Micro-LED 是使用標準光刻工藝制造的,這之后需要進行干法蝕刻。不過,干法蝕刻會造成對 Micro-LED 表面的損傷,特別是較小尺寸的 Micro-LED。這種損傷會降低 Micro-LED 的光學性能,比如 LED 的內外量子效率。也正是因為此,業界人士都在努力制造高亮度、五微米尺寸以下的 Micro-LED。

  鑒于此,Wang 及其同事決定采用一種完全不同的方法,他們在過去五年一直在開發一種直接外延的方法。使用這種方法制造超小且超亮的 InGaN Micro-LED,可以免去干法蝕刻工藝。

  在這種方法中,開發人員將 n-GaN 層生長在硅或藍寶石襯底上,以生成一種生長中的 n-GaN 模板。接著,開發人員會將 SiO2 膜生長在特定 n-GaN 層上,該 n-GaN 層具有所需 Micro-LED 形狀和直徑的孔陣列。再接下來,開發人員便可以將 LED 結構生長到此預圖案化的 SiO2 微孔陣列模板上,以生成 Micro-LED 陣列。

  這里有一點非常重要,這種方法使用標準的 MOCVD 工藝。另外,該 Micro-LED 陣列通過設計可以與任何現有的微型顯示器制造技術兼容,包括拾放(Pick-and-Place)技術和巨量轉移(Mass Transfer)技術。

  “ Wang 的工藝不涉及干法蝕刻,其損傷以及相應的光學性能下降可以規避,所以我們的 Micro-LED 陣列可以獲得非常好的外量子效率,”Camilleri 說,“這就是我們的技術獲得如此多市場關注的原因。”

  實際上,在今年早些時候,Wang 及其同事就已經推出過高亮度的綠色 Micro-LED 陣列裸芯片,其直徑為 3.6 微米,間距 Pitch 為 2 微米,外量子效率創紀錄地達到了 6%。據 Camilleri 談到,研究人員已經制造出了藍色的 Micro-LED,并且還在開發紅色的 Micro-LED,另外 EpiPix 也在做一些封裝芯片的開發工作。

  他說:“對于非常小的綠色 Micro-LED,6%的外量子效率創造了世界紀錄。我們沒有使用任何反射層,也沒有進行任何額外的處理,這些是從 Micro-LED 陣列發出的純光。”

  那么 EpiPix 呢?正如 Camilleri 所指出的那樣,這家初創公司以商業技術中心的商業模式運作,可以根據終端客戶的要求進行產品開發,測試和設備性能驗證。

  “ EpiPix 獲得了謝菲爾德大學在全球范圍內的商業 IP 專有許可……當客戶基于我們的 Micro-LED 技術擴大生產時,EpiPix 可以將 IP 許可給他們,”Camilleri 補充說道,“我們將試行組裝,生產和包裝,以確保應用正常運行,不過我們不是 Micro-LED 的批量供應商。”

  到目前為止,EpiPix 已經可以在兩英寸的晶圓上進行這種 Micro-LED 的制造,現在可以將其進一步沉積到四英寸或六英寸的襯底上。在接下來的 18 個月乃至兩年內,他們將專注于產品開發,測試版原型制作,測試以及向客戶提供樣品。借助現有工藝和設備的驗證,這些 Micro-LED 晶圓在未來可以實現大批量生產。

  “這些 Micro-LED 器件還可用于 LiFi 應用中的高速數據傳輸過程,但我希望第一個應用是 AR/VR 以及智能手表和手機產品,” Camilleri 說,“在接下來的兩年內,我希望可以將這種 Micro-LED 陣列產品銷售給至少六家全球公司。”


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