Màn hình MicroLED: Vẫn chưa sẵn sàng cho thời khắc quyết định

 CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ HCOM KÍNH CHÀO QUÝ KHÁCH
HCOM CHUYÊN PHÂN PHỐI LẮP ĐẶT MÀN HÌNH LED, MÀN HÌNH GHÉP TRÊN TOÀN QUỐC
HOTLINE: ⓿❾⓿❹❺❽❾❷❺❺ HỖ TRỢ 24/7   

Một thách thức khác trong quá trình phát triển MicroLED là xử lý các lỗi chuyển khối. Sự cố này phát sinh trong quá trình chuyển các MicroLED riêng lẻ lên đế màn hình.

Xu hướng mới nhưng chưa sẵn sàng cho thời khắc quyết định

Chín năm trước, MicroLED được quảng cáo là thế hệ màn hình tiếp theo , thay thế cho màn hình LCD và OLED. Đó là khoảng 16 năm sau khi chúng được phát hiện lần đầu tiên. Giống như hầu hết mọi thứ trong ngành công nghiệp màn hình, công nghệ tỏa sáng rực rỡ này đã được ca ngợi và ủng hộ trong nhiều năm và có vẻ như còn nhiều năm nữa nó mới sẵn sàng cho người tiêu dùng đại chúng.

Một trong những điều khó chịu về ngành công nghiệp màn hình là có bao nhiêu thời gian để thảo luận về các công nghệ phát triển với tốc độ chóng mặt nhưng được xử lý ở thì hiện tại.

Điều đó không có nghĩa là màn hình MicroLED không thú vị hoặc không có tiến bộ. Chúng chắc chắn nằm trong một số danh mục, đặc biệt là dành cho màn hình gần mắt và các thiết bị có kiểu dáng nhỏ như đồng hồ thông minh. Tuy nhiên, những phát triển này có chi phí lớn cho các nhà sản xuất và chi phí lớn cho người tiêu dùng.

Cả hai mức giá phải trả này đều không tạo nên thành công chỉ sau một đêm cho MicroLED trong tương lai, hàng thập kỷ sau khi chúng được tạo ra bởi Hongxing Jiang và Jingyu Lin .

Không phải tất cả Microled đều được tạo ra như nhau

Công nghệ MicroLED có thể được phân thành hai loại ứng dụng: ppi cao (pixel per inch) và ppi thấp. Các ứng dụng ppi cao bao gồm AR (thực tế tăng cường), VR (thực tế ảo), MR (thực tế hỗn hợp), màn hình gắn trên đầu (HMD) và máy chiếu. Các ứng dụng này yêu cầu các đặc điểm cụ thể từ màn hình, chẳng hạn như độ tương phản cao (100.000:1), độ sáng cao (>5000 cd/m²), ppi cao (>2000-3500, tùy thuộc vào người bạn nói chuyện), nhẹ, kích thước nhỏ gọn, dài thời gian hoạt động, hiệu quả năng lượng cao và thời gian đáp ứng nhanh.

Đối với các ứng dụng ppi cao như vậy, màn hình MicroLED được coi là ưu việt hơn cả màn hình ghép LCD và OLED. Mặc dù màn hình LCD bị suy giảm độ sáng đáng kể và không phù hợp với HMD và HUD do quang học hình ảnh phức tạp, OLED ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các hệ thống AR có thể đeo được nhưng có thể không đáp ứng các yêu cầu về độ sáng cho các thiết bị AR/MR và HUD dựa trên kính cao cấp trong môi trường ngoài trời.

Mặt khác, MicroLED mang lại lợi thế của công nghệ phát xạ trực tiếp như OLED nhưng với độ sáng và tỷ lệ tương phản xung quanh (ACR) cao hơn nhiều.

Tuy nhiên, công nghệ MicroLED, với tiềm năng cách mạng hóa các ứng dụng hiển thị, phải đối mặt với một số thách thức trong quá trình phát triển và sản xuất. Một thách thức như vậy là đạt được hiệu suất lượng tử bên ngoài cao (EQE), đề cập đến hiệu suất chuyển đổi electron thành photon trong điốt.

Điều này rất quan trọng vì EQE cao hơn dẫn đến lượng ánh sáng phát ra lớn hơn cho cùng một lượng điện năng đầu vào. Tuy nhiên, việc đạt được EQE cao trong MicroLED không đơn giản, vì nó liên quan đến việc xử lý các khuyết tật vật liệu, sự tái hợp không bức xạ của các hạt mang điện và các vấn đề về chiết xuất ánh sáng.

Thật thú vị, các ứng dụng ppi cao có thể gặp ít khó khăn hơn trong việc đạt được EQE cao. Lý do đằng sau điều này có thể là trong màn hình ppi cao, các pixel riêng lẻ nhỏ hơn nhiều, giúp giảm tác động của các lỗi vật liệu và sự tái hợp không bức xạ trên mỗi pixel.

Màn hình ppi cao thường hoạt động ở mật độ dòng điện cao hơn để đạt được mức độ sáng lớn hơn. Ở những mật độ dòng điện cao hơn này, một số lỗi vật liệu nhất định, chẳng hạn như lỗi thành bên, có thể trở nên bão hòa, làm giảm tác động của chúng đối với hiệu suất tổng thể của thiết bị.

Một thách thức khác trong quá trình phát triển MicroLED là xử lý các lỗi chuyển khối. Sự cố này phát sinh trong quá trình chuyển các MicroLED riêng lẻ lên đế màn hình. Việc đảm bảo vị trí chính xác của từng MicroLED nhỏ bé có thể tốn nhiều thời gian và khó khăn, dẫn đến các lỗi tiềm ẩn hoặc giảm năng suất hiển thị do sai lệch hoặc hư hỏng trong quá trình di chuyển.

Tuy nhiên, các ứng dụng ppi cao cũng có thể thấy một giải pháp tiềm năng cho thách thức này. Trong các ứng dụng này, các MicroLED riêng lẻ nhỏ hơn đáng kể và kích thước bảng điều khiển tổng thể cũng nhỏ hơn. Tích hợp nguyên khối đưa ra một chiến lược để khắc phục một số lỗi chuyển khối trong các bảng hiển thị nhỏ. Cách tiếp cận này liên quan đến việc phát triển hoặc chế tạo toàn bộ mảng MicroLED trên đế dưới dạng một đơn vị, thay vì chuyển từng MicroLED riêng lẻ. Tích hợp nguyên khối đơn giản hóa quy trình và nâng cao độ chính xác của vị trí.

Ngoài ra, màn hình ppi cao có lợi thế là sử dụng mật độ dòng điện cao hơn để đạt được độ sáng mong muốn. Đáng ngạc nhiên, điều này có thể dẫn đến một lợi ích khác cho MicroLED: chúng vượt trội so với đèn LED diện rộng về độ sáng ở mật độ dòng điện cao hơn do hiệu suất thấp hơn. Giảm hiệu suất là hiện tượng hiệu suất bên ngoài giảm ở mật độ dòng điện cao hơn, hạn chế độ sáng có thể đạt được trong đèn LED diện rộng.

Mặt khác, microLED cho thấy hiệu suất thấp hơn, cho phép chúng duy trì mức độ sáng cao hơn và hiệu quả tổng thể ở mật độ dòng điện cao hơn này.

Công nghệ MicroLED cũng mở ra khả năng cho màn hình linh hoạt và có thể kéo dài. Bằng cách liên kết các MicroLED nhỏ với chất nền linh hoạt hoặc có thể kéo dài, có thể tạo ra các màn hình đặc biệt như màn hình cong, điện thoại thông minh có thể gập lại và thiết bị điện tử đeo được.

Màn hình phẳng trong suốt cũng có thể thực hiện được khi các mảng MicroLED bám dính vào chất nền trong suốt với hệ số lấp đầy thấp. Điều này có thể kích hoạt các ứng dụng như điều hướng phương tiện và hệ thống hiển thị head-up (HUD), trong đó tính minh bạch là rất quan trọng.

Phương pháp sản xuất	Ước tính thực hiện đầu tiên	Sự miêu tả
Chuyển giao hàng loạt	Đầu những năm 2010	Phương pháp này liên quan đến việc chuyển hàng nghìn đến hàng triệu MicroLED từ chất nền tạm thời sang chất nền mục tiêu.
Nâng Laser	Cuối những năm 1990 – Đầu những năm 2000	Sử dụng tia laser để tách MicroLED ra khỏi chất nền tăng trưởng để chúng có thể được chuyển sang một chất nền khác.
hội chất lỏng	Giữa những năm 2010	Dựa vào môi trường lỏng để lấy và đặt MicroLED từ chất nền của nhà tài trợ sang chất nền mục tiêu.
liên kết wafer	Cuối những năm 2000 – đầu những năm 2010	Toàn bộ tấm wafer MicroLED được liên kết trên một chất nền khác và sau đó được khắc đi để lại các MicroLED riêng lẻ.
Roll-to-Roll chuyển	những năm 2020	Liên quan đến việc chuyển MicroLED từ cuộn vật liệu này sang cuộn vật liệu khác. Phương pháp này có khả năng nhanh hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp truyền thống, chẳng hạn như truyền khối hoặc nâng hạ bằng laser.

Để đạt được màn hình đủ màu, việc lắp ráp chính xác các MicroLED đơn sắc RGB đòi hỏi một quá trình chuyển hàng nghìn, thậm chí hàng triệu MicroLED lên một bảng điều khiển trong khi vẫn đảm bảo căn chỉnh chính xác, độ bền liên kết, một thách thức kỹ thuật đáng gờm. Hiện tại, các quy trình và thiết bị chuyển giao hiện có sẽ mất vài tháng để sản xuất một chiếc TV 4K duy nhất, khiến việc hiện thực hóa các màn hình MicroLED độ phân giải cao, quy mô lớn không phải là điều khó khăn.

Để giải quyết những thách thức này, các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong ngành đang tích cực khám phá các công nghệ chuyển giao hàng loạt có thể đáp ứng nhu cầu của thị trường màn hình đang phát triển nhanh chóng.

Khi nói đến truyền khối, có hai lựa chọn: tích hợp nguyên khối trực tiếp và phương pháp chọn và đặt gián tiếp. Phương pháp nguyên khối trực tiếp liên quan đến việc lai trực tiếp mảng MicroLED vào mạch truyền động thông qua liên kết khuôn với tấm bán dẫn hoặc tấm bán dẫn với tấm bán dẫn.

Phương pháp này đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có ppi cao nhưng đối với các ứng dụng có ppi thấp, chẳng hạn như TV và các sản phẩm CNTT, với các tấm nền lớn và số lượng MicroLED cao, thì công nghệ chọn và đặt được coi là không thể thiếu.

Khó khăn chính nằm ở việc chuyển từng MicroLED từ một tấm wafer nguồn hiện khá nhỏ sang một bảng điều khiển lớn trong khi vẫn duy trì hiệu suất cao. Nhiệm vụ này đòi hỏi độ chính xác cao hơn so với những gì ngành từng làm vì nó yêu cầu mỗi MicroLED phải nằm hoàn hảo ở vị trí đã đặt của nó, được căn chỉnh hoàn hảo với tất cả các MicroLED khác, tạo thành một màn hình nhất quán.

Việc đạt được độ chính xác căn chỉnh, độ bền liên kết và độ tin cậy cao như vậy trên quy mô lớn gần như không thể đạt được ngay bây giờ và có thể phương pháp chọn và đặt sẽ không bao giờ có khả năng đáp ứng nhu cầu của màn hình thương mại và điện tử tiêu dùng sử dụng MicroLED.

Có rất nhiều nhà nghiên cứu và công ty đang xem xét các phương pháp thay thế:

Đầu chuyển tĩnh điện

LuxVue , một công ty được Apple mua lại vào năm 2014, đã trình diễn việc sử dụng lực tĩnh điện để chuyển các chip MicroLED. Đầu chuyển bao gồm một chất nền có cấu trúc mesa và các điện cực phía trên mesas, được bao phủ bởi một lớp điện môi. Bằng cách đặt điện áp, đầu chuyển có thể lấy MicroLED từ đế và thả chúng lên đế nhận. Apple có sắp cung cấp màn hình MicroLED không? Không hơn bất kỳ công ty nào khác, hầu hết không được hưởng lợi từ hàng tỷ đô la tiền mặt của Apple.

In chuyển tem đàn hồi

X-celeprint sử dụng in chuyển tem chất đàn hồi, trong đó chất đàn hồi phù hợp với mặt sau bằng kính cứng được sử dụng làm tem. MicroLED được hình thành trên một phần hy sinh của chất nền, sau đó được giải phóng và gắn vào tem đàn hồi. Các MicroLED sau đó được chuyển đến bề mặt mục tiêu bằng tem, dựa trên các tương tác van der Waals để bám dính.

Nếu bạn muốn chuyển 10.000 khuôn cùng một lúc, bạn phải có một tem đàn hồi với 10.000 cao nguyên có kích thước bằng khuôn trên đó, với mỗi cao nguyên nằm trong khoảng 1µm tính từ vị trí mục tiêu của nó. X-celeprint tạo ra các bản gốc bằng cách sử dụng các tấm silicon mỏng và công nghệ quang khắc, một quy trình có thể dễ dàng đạt được mức độ chính xác này. Bản gốc tem sau đó được sử dụng trong hệ thống ép phun áp suất thấp để sản xuất tem dùng trong sản xuất.

Bản phát hành nâng cấp bằng tia laser định địa chỉ

Các công ty như Glo-o, Uniqarta , QMAT và Tesoro Scientific đã thực hiện một cách tiếp cận toàn diện để chuyển giao hàng loạt, bao gồm các vật liệu, quy trình và thiết bị thử nghiệm mới. MicroLED phát triển trên đế được chuyển sang chất mang trong suốt bằng laser được phủ một lớp hy sinh. Sau đó, tia laser sẽ cắt bỏ một phần của lớp hy sinh, cho phép các đèn LED siêu nhỏ được giải phóng lên đế tiếp nhận.

Truyền chất lỏng

Công nghệ truyền chất lỏng do eLux phát triển (được Sharp mua lại), sử dụng chất lỏng mang để truyền chip microLED lên bảng nối đa năng bóng bán dẫn màng mỏng (TFT). Các microLED được bắt giữ trong các giếng trên chất nền TFT và sau đó được ủ để thiết lập các kết nối điện.

Liên kết wafer

Có một số kỹ thuật để liên kết tấm bán dẫn của microLED và việc lựa chọn phương pháp này phụ thuộc vào các yếu tố như thành phần vật liệu, độ chính xác liên kết mong muốn và quy mô sản xuất. Một số kỹ thuật liên kết wafer phổ biến bao gồm:

Liên kết trực tiếp : Phương pháp này liên quan đến việc đưa hai tấm wafer tiếp xúc trực tiếp trong điều kiện áp suất và nhiệt độ được kiểm soát. Nếu các bề mặt được chuẩn bị phù hợp, chúng có thể tạo thành một liên kết chắc chắn mà không cần thêm chất kết dính.

Liên kết gián tiếp: Trong phương pháp này, một lớp trung gian, chẳng hạn như chất kết dính hoặc lớp liên kết kim loại, được áp dụng giữa hai tấm wafer để tạo điều kiện liên kết. Sau khi căn chỉnh và nối, lớp trung gian được xử lý hoặc kích hoạt để đạt được sự liên kết ổn định.

Liên kết eutectic: Kỹ thuật này được sử dụng khi các tấm wafer có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Bằng cách tạo ra một hợp kim eutectic giữa các tấm wafer, có thể đạt được một liên kết mạnh mẽ ngay cả khi tiếp xúc với sự thay đổi nhiệt độ.

Roll-to-Roll chuyển

Các mảng MicroLED trước tiên được phát triển trên một chất nền tăng trưởng, có thể là một tấm bán dẫn mỏng tiêu chuẩn hoặc một chất nền phù hợp khác. Tăng trưởng epiticular liên quan đến việc lắng đọng các lớp vật liệu bán dẫn để tạo thành cấu trúc LED. Một lớp giải phóng thường được thêm vào phía trên cùng của mảng MicroLED trên đế tăng trưởng. Lớp này đóng vai trò là lớp hy sinh cho phép chuyển MicroLED tiếp theo sang đế máy thu.

Chất nền tăng trưởng với các mảng MicroLED và lớp giải phóng được dính tạm thời vào chất nền mang, thường là vật liệu hỗ trợ dẻo hoặc cứng có thể được quấn thành cuộn. Chất nền mang với chất nền tăng trưởng và mảng MicroLED sau đó được đưa vào thiết bị cuộn.

Lớp giải phóng được kích hoạt bằng nhiệt, tia laser hoặc các phương pháp khác, khiến MicroLED tách lớp khỏi chất nền tăng trưởng. Khi chất nền mang với các MicroLED được tách màng di chuyển qua thiết bị cuộn sang cuộn, các MicroLED được chuyển và liên kết với chất nền thu, có thể là một chất nền dẻo hoặc cứng khác.

Sau khi các MicroLED được chuyển thành công đến chất nền thu, chất nền mang sẽ được loại bỏ và quy trình có thể được lặp lại để sản xuất liên tục.

Rất có khả năng các phương pháp truyền cuộn sẽ không còn là phương pháp cuối cùng để thương mại hóa sản xuất MicroLED. Tuy nhiên, chúng ta đã từng ở đây, nói về một con đường dứt khoát để sản xuất hàng loạt. Những gì chúng tôi biết là nghiên cứu tiếp tục vào tất cả các phương pháp. Chúng tôi đã đề cập đến một bài báo gần đây về chuyển giao chất lỏng đã chào mời một số tiến bộ, mặc dù nó vẫn còn lâu mới có thể áp dụng cho màn hình TV hoặc sản phẩm CNTT.

Con đường thương mại hóa MicroLED vẫn còn gập ghềnh

Đó là một trong những điều trớ trêu của công nghệ MicroLED và là lý do tại sao nó chưa sẵn sàng ra mắt, đó là về mặt lý thuyết, chính những thứ bạn có thể bỏ qua trong màn hình gần mắt lại trở thành vật cản trong màn hình lớn hơn. Vấn đề lớn nhất là ngành công nghiệp màn hình không có bất kỳ cách nào đáng tin cậy hoặc có ý nghĩa để sản xuất hàng loạt màn hình MicroLED lớn, bất kể ppi thấp đến đâu. Hầu hết các phương pháp sản xuất nổi tiếng được liệt kê ở trên đều không phù hợp để sản xuất màn hình MicroLED không có lỗi cho các sản phẩm CNTT và TV.

Nguồn: displaydaily