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Nov 18, 2023

Angesichts der langen Entwicklung der Display-Technologien liegt die Zukunft bei MicroLEDs

In letzter Zeit gab es zahlreiche Berichte über die Einführung von MicroLEDs durch Apple.

In letzter Zeit gab es zahlreiche Berichte über die Einführung von MicroLEDs durch Apple, und kürzlich gab es die Nachricht, dass Samsung und LG in Zusammenarbeit mit der koreanischen Regierung anorganische LEDs (ILEDs) als Mittel zur Wiedererlangung der führenden Position des Unternehmens in der Display-Branche in Betracht ziehen . Wir haben es also mit einem interessanten Zusammentreffen von Ereignissen zu tun, die einen Ansturm darauf signalisieren, die nächste Generation von Display-Technologien zu liefern und, was noch wichtiger ist, die Produktionsmittel zu besitzen.

Deshalb dachte ich, es wäre schön, eine historische Perspektive zu gewinnen und einen anderen Weg zu finden, den zukünftigen Weg der Display-Technologien zu analysieren. Viele Daten stammen von den Seiten von Display Daily, zu viele, um sie alle aufzuzählen, aber ich habe unten auch einige Referenzen hinzugefügt, die alle gut lesbar und relevant sind. Ich hoffe, Sie finden hier etwas, das Ihnen bei Ihren Erkenntnissen hilft. Und danke an den Chef, der mir die Gelegenheit gegeben hat, das zu versuchen. Gib ihm die Schuld, wenn alles schief geht.

Nichts soll endgültig sein, sondern eher ein Überblick. Es beginnt mit einer historischen Perspektive auf OLEDs, wie die USA nach den CRTs die Display-Industrie verloren haben, und dem Teil, der meiner Meinung nach am relevantesten ist, dem Weg von MicroLEDs in eine allgegenwärtige Zukunft .

Seit ihrer Entdeckung vor fast einem Jahrhundert hat sich die Elektrolumineszenz von einer bloßen wissenschaftlichen Kuriosität zu einer leistungsstarken und vielseitigen Technologie entwickelt. Ursprünglich auf Nischenmärkte wie Industrie-, Militär- und medizinische Geräte beschränkt:

In den frühen Stadien der Elektrolumineszenztechnologie dominierten Dünnfilm-Elektrolumineszenzdisplays (TFEL) und anorganische LEDs den Markt. TFEL-Displays wurden hauptsächlich in Spezialanwendungen wie militärischen und medizinischen Geräten eingesetzt, während anorganische LEDs ihren Platz in verschiedenen industriellen und kommerziellen Geräten fanden. Allerdings behinderten die Einschränkungen bei der Erzielung ausreichender Effizienzen für Vollfarbanwendungen und der Reduzierung der Kosten von TFELs ihre weitverbreitete Einführung. TFEL-Displays wurden in Nischenmärkte verbannt und konzentrierten sich hauptsächlich auf militärische, medizinische und Automobilanwendungen.

Im Laufe der Zeit wurden in verschiedenen Aspekten der OLED-Technologie erhebliche Fortschritte erzielt. Verbesserungen wurden bei der Trägerinjektion, den Dotierungsmethoden, der Leuchtstoffentwicklung, dem Gerätedesign und den Verkapselungsprozessen erzielt. Die Effizienz von OLEDs hat beeindruckende Werte erreicht und liegt bei nahezu 20 %. OLEDs haben ihr Potenzial in Geräten mit Tintenstrahldruck, vollfarbigen großflächigen Panels, flexiblen Displays und hochauflösenden Aktivmatrix-Displays (AM) unter Beweis gestellt.

Die OLED-Technologie wurde erstmals in den frühen 1960er Jahren von André Bernanose und seinen Mitarbeitern an der Nancy-Universität in Frankreich entdeckt. Sie beobachteten Elektrolumineszenz in organischen Materialien. Allerdings dauerte es bis 1987, als Ching W. Tang und Steven Van Slyke von Eastman Kodak das erste praktische OLED-Gerät vorführten. Dies war ein bedeutender Meilenstein in der Entwicklung der OLED-Technologie.

Frühe OLED-Materialien hatten eine begrenzte Lebensdauer, insbesondere für die blaue Farbkomponente, die schneller abgebaut wurde als rot und grün. Forscher und Unternehmen mussten stabilere Materialien und bessere Verkapselungstechniken entwickeln, um die Lebensdauer von OLEDs zu verlängern.

Die kommerzielle Produktion von OLED-Panels begann Ende der 1990er Jahre mit niedermolekularen monochromen Passivmatrix-OLED-Panels. Pioneer Corp. und Tohoku Pioneer Corp. waren mit der Produktion von OLED-Panels für Automobil-Audiosysteme führend. Die Entwicklung ging weiter und gipfelte 2001 in der Entwicklung des weltweit ersten Vollfarb-AM-Displays mit kleinen Molekülen durch Sony. Mit der Einführung eines polymerbasierten Proof-of-Concept-Displays durch Toshiba Matsushita Display und der Entwicklung von wurde die OLED-Technologie weiter weiterentwickelt ein Prototyp, der von Super-a-Si-Dünnschichttransistoren (TFTs) von IBM angetrieben wird.

Während die OLED-Technologie vielversprechend ist, müssen für die Massenproduktion noch technische Herausforderungen bewältigt werden. Themen wie Gerätelebensdauer, Farbmuster, Übersprechen und Ertragsraten bleiben weiterhin Schwerpunkte. Experten glauben jedoch, dass die OLED-Technologie mit ihren inhärenten Vorteilen eine glänzende Zukunft hat und das Potenzial hat, LCDs schrittweise als dominierende Flachbildschirmtechnologie (FPD) zu ersetzen. Es ist von entscheidender Bedeutung, diese Herausforderungen anzugehen, um den erfolgreichen Übergang von Forschungsdurchbrüchen zu kommerziellen Produkten sicherzustellen.

OLEDs bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Anzeigetechnologien wie LCDs, wie z. B. höhere Kontrastverhältnisse, größere Betrachtungswinkel, schnellere Bildwiederholraten, dünnere und flexiblere Formfaktoren und einen geringeren Energieverbrauch. Diese Vorteile machten OLEDs zu einer attraktiven Option für verschiedene Anwendungen, darunter mobile Geräte, Fernseher und tragbare Technologie.

Die Herstellung von OLEDs, insbesondere im großen Maßstab, stellte erhebliche Herausforderungen dar. Frühe Herstellungsverfahren waren teuer und führten zu geringen Produktionsmengen. Im Laufe der Zeit wurden Herstellungstechniken wie Vakuumbedampfung und Tintenstrahldruck verfeinert und verbessert, was zu Kostensenkungen und höheren Produktionsmengen führte.

OLEDs waren im Vergleich zu LCDs zunächst teuer. Da jedoch die Herstellungsprozesse effizienter wurden und Skaleneffekte erzielt wurden, sanken die Kosten für OLEDs, wodurch sie gegenüber anderen Anzeigetechnologien wettbewerbsfähiger wurden.

In den letzten Jahren hat die OLED-Technologie erhebliche Fortschritte gemacht, darunter die Entwicklung flexibler und faltbarer OLED-Displays, die zu innovativen Produkten wie faltbaren Smartphones und rollbaren Fernsehern geführt haben. Diese Durchbrüche wurden durch die kontinuierliche Forschung nach geeigneten organischen Materialien und Verbesserungen der Gerätearchitekturen ermöglicht.

Die Geschichte der Kathodenstrahlröhre (CRT) ist eng mit der Entwicklung von Fernseh- und Computermonitoren verbunden. Diese Technologie hat sich über mehrere Jahrzehnte hinweg weiterentwickelt, wobei Forscher und Unternehmen zahlreiche Herausforderungen gemeistert haben, um CRTs kommerziell nutzbar zu machen.

Erfindung und frühe Entwicklung: Der deutsche Physiker Karl Ferdinand Braun erfand 1897 die erste CRT, bekannt als „Braun-Röhre“. Dieses frühe Gerät zeigte Bilder an, indem es einen Elektronenstrahl auf einen phosphoreszierenden Schirm ablenkte, der sichtbares Licht erzeugte, wenn er von den Elektronen getroffen wurde .

Fortschritte und Herausforderungen: Einer der bedeutendsten Fortschritte in der CRT-Technologie war die Entwicklung des Ikonoskops durch Vladimir Zworykin im Jahr 1929. Diese Kameraröhre verbesserte die Bildqualität erheblich und markierte den Beginn des Zeitalters des elektronischen Fernsehens. Allerdings standen CRTs vor mehreren Herausforderungen, wie Größe, Gewicht, Stromverbrauch und Herstellungskosten, die für den kommerziellen Erfolg angegangen werden mussten.

Kommerzielle Einführung und Durchbrüche: Die ersten im Handel erhältlichen CRT-Fernsehgeräte kamen in den 1940er Jahren auf den Markt und ihre Verbreitung setzte sich in den folgenden Jahrzehnten fort. Mit fortschreitender Technologie wurden CRTs auch in Computermonitoren verwendet und boten eine hochwertige Anzeigeoption für frühe Computer. Der Aufstieg alternativer Anzeigetechnologien wie LCDs und OLEDs führte jedoch zu einem Rückgang der Beliebtheit von CRTs.

Dass es den USA nicht gelingt, ihren Vorsprung bei CRTs und den Übergang zu neueren Anzeigetechnologien wie LCDs, PDPs und OLEDs zu nutzen, kann auf eine Kombination von Faktoren zurückgeführt werden, darunter eine Verlagerung des Schwerpunkts, die Konkurrenz durch asiatische Unternehmen, Vorteile bei den Herstellungskosten und das Fehlen von Weitsicht und fragmentierte Forschungsbemühungen.

In den frühen Tagen der Entwicklung von Flüssigkristallanzeigen (LCD) und Plasmaanzeigetafeln (PDP) spielten mehrere Unternehmen und Länder eine wichtige Rolle bei der Pionierarbeit und Weiterentwicklung dieser Technologien. Japan war sowohl bei der LCD- als auch bei der PDP-Entwicklung führend, wobei führende Elektronikunternehmen wie Sharp, Toshiba und Hitachi stark an der Forschung und Vermarktung von LCDs beteiligt waren. Unterdessen waren andere japanische Unternehmen wie Fujitsu, NEC und Panasonic maßgeblich an der PDP-Entwicklung beteiligt.

Sharp Corporation, ein japanisches Unternehmen, war ein früher Innovator der LCD-Technologie. 1973 stellte Sharp das erste kommerziell nutzbare LCD her, das in Taschenrechnern und Digitaluhren verwendet wurde. Sie entwickelten die LCD-Technologie in den 1980er und 1990er Jahren weiter und produzierten schließlich die ersten vollfarbigen TFT-LCD-Panels, die in Laptop-Computern und Fernsehbildschirmen weit verbreitet waren.

Ein weiteres japanisches Elektronikunternehmen, Toshiba, war ebenfalls an der frühen LCD-Entwicklung beteiligt. Sie konzentrierten sich auf die Herstellung kleiner und mittelgroßer LCD-Panels für Laptops, Mobiltelefone und andere tragbare elektronische Geräte. Hitachi, ein weiteres japanisches Unternehmen, leistete in der Anfangszeit einen Beitrag zur LCD-Forschung und -Entwicklung und konzentrierte sich dabei auf die Verbesserung der Bildqualität und der Bildwiederholraten. Sie stellten auch LCD-Panels für eine Vielzahl von Anwendungen her, darunter Fernseher und Computermonitore.

Fujitsu, ein japanisches multinationales Unternehmen, war ein Pionier in der PDP-Entwicklung. Sie begannen ihre Forschung in den 1960er Jahren und stellten 1989 den ersten kommerziellen PDP vor. Fujitsu entwickelte die PDP-Technologie in den 1990er Jahren weiter und konzentrierte sich dabei auf die Verbesserung der Bildqualität, Farbwiedergabe und Energieeffizienz. NEC, ein weiteres japanisches Elektronikunternehmen, war einer der ersten Akteure auf dem PDP-Markt. Sie investierten in Forschung und Entwicklung der PDP-Technologie und stellten Anfang der 1990er Jahre ihr erstes PDP-Produkt vor. Panasonic, ein japanischer multinationaler Konzern, war ebenfalls an der frühen PDP-Entwicklung beteiligt. Sie stellten 1997 ihr erstes PDP-Produkt vor und investierten weiter in die PDP-Technologie, bis sich der Schwerpunkt Anfang der 2000er Jahre auf LCD- und OLED-Technologien verlagerte.

Während US-amerikanische Unternehmen zunächst die Entwicklung von CRTs anführten, verlagerten sie ihren Schwerpunkt schließlich auf andere Bereiche wie Computer und Softwareentwicklung. Infolgedessen investierten US-Unternehmen nicht so stark in die Forschung und Entwicklung der Displaytechnologie, was es anderen Ländern, insbesondere Japan und später Südkorea, ermöglichte, die Führung bei der Entwicklung von LCDs und PDPs zu übernehmen.

Asiatische Unternehmen, insbesondere solche aus Japan, waren agiler und investierten schneller in neue Display-Technologien und führten diese ein. Sie investierten stark in die Forschungs-, Entwicklungs- und Fertigungsinfrastruktur für LCDs und PDPs. Diese Unternehmen waren in der Lage, qualitativ hochwertige, preislich wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln, was es für US-Unternehmen schwierig machte, auf dem Markt zu konkurrieren.

Asiatische Länder, insbesondere Japan und Südkorea, hatten niedrigere Herstellungskosten, was es ihnen ermöglichte, LCDs und PDPs zu geringeren Kosten herzustellen als ihre US-Pendants. Dieser Kostenvorteil ermöglichte es ihnen, den Markt zu dominieren, was es für US-Unternehmen schwierig machte, im Wettbewerb zu bestehen.

US-Unternehmen haben möglicherweise das Potenzial von LCDs, PDPs und OLEDs, CRTs auf dem Markt zu ersetzen, unterschätzt. Als sie das Potenzial dieser neuen Technologien erkannten, hatten asiatische Unternehmen bereits einen erheblichen Vorsprung in Forschung, Entwicklung und Marktanteilen aufgebaut.

Zwar gab es in den USA einige bemerkenswerte Forschungsanstrengungen im Bereich Display-Technologien, diese waren jedoch oft fragmentiert und auf verschiedene Institutionen und Unternehmen verteilt. Dies machte es für die USA schwierig, ihre Bemühungen zur effektiven Entwicklung und Kommerzialisierung neuer Display-Technologien zu konsolidieren und zu koordinieren. Man muss sich nur die Anstrengungen ansehen, die koreanische Unternehmen in die Display-Herstellung stecken, um zu erkennen, wie viel Engagement von allen Beteiligten gefordert wird.

Vielleicht erklärt das, was Apple tut. Zunächst können wir damit beginnen, anzuerkennen, dass die Herstellung von MicroLEDs eine Halbleiterindustrie ist. Zweitens hat Apple Intel ganz bequem über Bord geworfen, als es auf seine eigenen Mx-Prozessoren umgestiegen ist. Für Apple wird es keine große Herausforderung sein, ein Display-Hersteller zu werden. Wenn irgendetwas das Volumen der MicroLED-Produktion für alle Display-Formfaktoren beschleunigen kann, dann ist es Apple. Vor diesem Hintergrund ist es nicht übertrieben anzunehmen, dass die MicroLED-Entwicklung ein zunehmendes Interesse und eine zunehmende Verbreitung erfahren wird. Die Zukunft sind MicroLEDs und die Zukunft rückt immer näher.

MicroLED ist eine Art Anzeigetechnologie, eine Weiterentwicklung der bestehenden LED-Technologie. Es ist seit mehr als zwei Jahrzehnten ein wichtiges Thema in der wissenschaftlichen Forschung, und bereits im Jahr 2023 wird die Menge der über das Gerät veröffentlichten Forschungsarbeiten das Vorjahr übertreffen und eine vier- bis fünfjährige Serie steigender wissenschaftlicher Ergebnisse fortsetzen . Aus gutem Grund bieten MicroLEDs mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Displays: Sie sind effizienter, verbrauchen weniger Energie, sind heller und halten länger als Flüssigkristall- und OLED-Displays.

Allerdings sind MicroLEDs kleiner als ihre Vorgänger, die Pixelgröße beträgt oft weniger als 100 oder sogar 50 Mikrometer. Diese geringe Größe stellt erhebliche Herausforderungen dar, wenn es darum geht, diese LEDs in einem nutzbaren Display anzuordnen. Um ein hochwertiges MicroLED-Display zu bauen, müssen diese winzigen LEDs präzise integriert oder zusammengebaut werden. Dieser Integrationsprozess gilt derzeit als größtes Hindernis bei der Entwicklung leistungsstarker MicroLED-Displays.

Es gibt drei Schlüsselaspekte der Integrationstechnologie bei der MicroLED-Herstellung:

Aus fertigungstechnischer Sicht gibt es drei Methoden zur Integration von MicroLED-Displays:

In diesem Abschnitt wird der Prozess der „Transfer-Integration“ für MicroLEDs beschrieben, der für die Herstellung großformatiger, hochauflösender Displays wie eines 55-Zoll-4K-Fernsehers von entscheidender Bedeutung ist. Angesichts der schieren Anzahl an LED-Chips, die für eine solche Anzeige benötigt werden, wird dieser Vorgang auch als „Massentransfer“ bezeichnet.

Der Transferintegrationsprozess nutzt verschiedene Techniken, die auf unterschiedlichen physikalischen Mechanismen beruhen. Methoden wurden von führenden Unternehmen und Forschungsinstituten weltweit entwickelt. Diese beinhalten:

Insgesamt umfasst der Transferintegrationsprozess drei technische Schritte: Substratfreigabe, Pick-and-Place und elektrische Verbindung.

In der Substratfreigabephase müssen die MicroLEDs, die typischerweise auf Silizium-, Saphir- oder GaAs-Substraten wachsen, freigegeben oder entfernt werden. Dieser Schritt ist notwendig, da das Substrat dick ist und nach der Übertragung der MicroLEDs zu Problemen mit der elektrischen Verbindung und dem Wärmemanagement führen kann.

Die Technik der Substratfreigabe hängt von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des verwendeten Materials ab. Gängige Trenntechniken für verschiedene Substrate sind in Abbildung 2 dargestellt (die im Text nicht aufgeführt ist).

Generell können Substrate physikalisch oder chemisch freigesetzt werden:

Jede dieser Techniken hat ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen und ihre Wahl hängt von den spezifischen Anforderungen des MicroLED-Produktionsprozesses ab.

Der Prozess der Substratfreigabe für MicroLEDs ist ein wichtiger Schritt im Transferintegrationsprozess. Die spezifische Technik, die zur Substratfreigabe verwendet wird, hängt von den Materialeigenschaften des Substrats ab.

Für Substrate aus Silizium oder GaAs sind mechanisches Schleifen und nasschemische Ätztechniken besser geeignet. Allerdings kann das mechanische Schleifen einen erheblichen mechanischen Einfluss auf die MicroLEDs haben, sodass diese fest auf einem temporären Substrat haften müssen, was nachfolgende Übertragungsschritte erschweren kann. Daher wird das mechanische Schleifverfahren hauptsächlich zum Übertragen des Substrats von LEDs mit vertikaler Struktur verwendet. Dawson et al. verwendeten eine KOH-Lösung zum Ätzen von Silizium in einem Prozess namens anisotropes Ätzen, um eine Substratfreisetzung zu erreichen.

Nach der Freigabe des Substrats ist der nächste entscheidende Schritt bei der Transferintegration von MicroLEDs das Picken und Platzieren der MicroLEDs. Dieser Prozess muss sowohl schnell als auch präzise sein, um kostengünstige und hochauflösende Darstellungen zu erzielen. Zwei Methoden haben sich in dieser Hinsicht als besonders leistungsfähig erwiesen: das Elastomer-Stempelverfahren und die laserselektive Freisetzung.

Diese Technik wurde von Rogers‘ Gruppe entwickelt, die erforschte, wie sich die Haftfestigkeit zwischen einem Stempel und einer Folie reversibel steuern lässt. Sie fanden im Wesentlichen heraus, dass die Energiefreisetzungsrate der Grenzfläche zwischen Stempel und Film proportional zur Abziehgeschwindigkeit ist. Damit kontrollierten sie die Haftfestigkeit zwischen Stempel und LED-Membranen, um den Transferdruck eines MicroLED-Arrays zu ermöglichen. Im Jahr 2009 stellten Park et al. verwendeten einen flachen Stempel aus Polydimethylsiloxan (PDMS), um ein AlInGaP-basiertes MicroLED-Array auf ein Polyurethan- und ein Glassubstrat zu übertragen und so ein flexibles und halbtransparentes Display zu erzeugen.

Um die Übertragungsausbeute und Wiederholbarkeit zu verbessern, entwickelten Forscher im Jahr 2010 einen mikrostrukturierten PDMS-Stempel, der ein deutlicheres Reversibilitätsfenster aufwies. Bei dem Verfahren wird jedoch eine haftungsverstärkende Schicht auf den Empfangssubstraten aufgebracht, die sich aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit und Änderung des Brechungsindex auf das Wärmemanagement und die Lichtausbeute auswirken kann. Um diese Probleme zu mildern,

Diese Technik wurde durch den laserinduzierten Vorwärtstransfer inspiriert. Bei diesem Verfahren bestrahlt ein Laser selektiv die Rückseite eines transparenten Spendersubstrats. Die Energie des Lasers wird von einer dynamischen Freisetzungsschicht (DRL) absorbiert, einer Polymer-Opferschicht, die sich zwischen dem Substrat und dem zu übertragenden Film befindet. Diese Absorption führt zu einer teilweisen Ablation des DRL und erzeugt eine Abstoßungskraft, die eine Delaminierung zwischen der Mikrostrukturmembran und dem Spender verursacht und die Übertragung der Chips auf ein empfangendes Substrat ermöglicht. Saeidpourazar et al. Diese Technik wurde durch die Verwendung eines PDMS-Stempels als DRL weiter verfeinert und dabei die Tatsache ausgenutzt, dass PDMS-Stempel für Infrarotlaser transparent sind, die zur Erleichterung der Übertragung von MicroLEDs verwendet werden.

Mittlerweile wurde eine massiv parallele, lasergestützte Übertragungstechnologie vorgeschlagen, die einen angeordneten UV-Laser nutzt. Wenn das DRL teilweise abgetragen wird, bildet sich im DRL eine Blase. Der expandierende Blister ermöglicht in Kombination mit der Schwerkraft die Übertragung von MicroLED-Chips auf ein Aufnahmesubstrat über einen Spalt von 10 bis 300 Mikrometern.

Nachdem die MicroLEDs zusammengebaut sind, müssen sie miteinander verbunden werden, um eine adressierbare Ansteuerung von MicroLED-Displays zu ermöglichen. Dieser Verbindungsprozess umfasst typischerweise die Bildung eines Metallnetzes mithilfe fotolithografischer Muster und Metallabscheidung. Für eine Matrix-adressierbare Ansteuerung sind die p-Elektroden jeder MicroLED in Zeilen oder Spalten verbunden und die n-Elektroden sind in entgegengesetzter Ausrichtung verbunden.

Der erste Schritt des Prozesses besteht darin, Säulendrähte herzustellen und sie mit einem dielektrischen Film zu bedecken, bevor die MicroLED-Chips auf das Empfangssubstrat übertragen werden. Anschließend werden durch die dielektrischen Schichten Vias für die Verbindung von MicroLEDs und Säulendrähten geöffnet, wobei Standardtechniken der Photolithographie und des reaktiven Ionenätzens zum Einsatz kommen. Das Elektrodennetz kann dann mit einer Metallstrukturierung und -abscheidung erreicht werden.

Allerdings ermöglicht diese Methode nur eine passive Matrixverschaltung der MicroLEDs. Um eine Aktivmatrix-Ansteuerung von MicroLED-Displays zu erreichen, müssen die MicroLEDs direkt auf Substrate mit Mikro-CMOS-Schaltkreisanordnungen übertragen werden, oder mikrointegrierte Schaltkreiseinheiten (Mikro-IC), die die MicroLED ansteuern, können über Transferdruck integriert werden. Elektrische Verbindungen zwischen den MicroLEDs und Mikro-ICs werden durch Fotolithographie und Metallabscheidungsprozesse hergestellt, und jede MicroLED kann durch ihre entsprechende Mikro-CMOS-Schaltung in einem integrierten Subpixel gesteuert werden.

Während die Einführung von CMOS-Schaltkreisen in Subpixeln die Auflösung reduzieren kann, kann der Aktivmatrix-Ansteuermodus die Helligkeit des MicroLED-Displays deutlich erhöhen und Pixelübersprechen reduzieren.

Die Transferintegration ist eine äußerst effektive Methode zur Integration der meisten anorganischen Mikrogeräte und ihrer Arrays, wie z. B. MicroLEDs, Mikrosensoren und Mikro-CMOS. Diese Methode ist besonders nützlich für MicroLED-Displays und gilt aufgrund ihrer Fähigkeit, das MicroLED-Array durch mehrere Druckprozesse zu erweitern, als wesentlich für futuristische großflächige MicroLED-Flachbildschirme. Es ermöglicht außerdem Vollfarbdisplays mit größeren Farbskalen und höherer Effizienz und eignet sich gut für flexible Displays.

Zu den Herausforderungen bei der Transferintegration gehören jedoch hohe Kosten aufgrund der begrenzten Ausbeute des Stofftransfers und der Notwendigkeit von Reparatur und Redundanz sowie Schwierigkeiten beim Entwurf von Treiberschaltungen aufgrund der unterschiedlichen Betriebsströme, die MicroLEDs mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen benötigen. Trotz dieser Herausforderungen wird erwartet, dass mit fortschrittlicher Ausrüstung und innovativer Technologie zukünftige Durchbrüche in Bezug auf hohe Auflösung, hohe Ausbeute und niedrige Kosten realisiert werden.

MicroLED-Displays integrieren MicroLEDs mit Aktivmatrix-CMOS-Schaltkreisen, um jedes LED-Pixel einzeln zu steuern. Es gibt verschiedene Techniken, um diese Integration zu erreichen, jede mit ihren Vorteilen und Herausforderungen:

Während wir die vielversprechende Landschaft der MicroLED-Technologie durchqueren, müssen mehrere entscheidende Herausforderungen bewältigt werden, um ihr Potenzial für die Massenproduktion und eine breite Einführung in Anzeigesystemen auszuschöpfen. Ein zentrales Thema dreht sich um Materialien, Techniken und Integrationsprozesse, die die Fertigung effizienter und kostengünstiger machen könnten.

Dabei spielen vor allem spezifische Materialien für LEDs und Treiberschaltungen eine entscheidende Rolle. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass großformatige heterogene Epitaxie vielversprechend für die Herstellung großformatiger monolithischer Vollfarbdisplays ist. Der potenzielle Einsatz von 2D-Materialien, die in großen Mengen hergestellt werden können, erweist sich auch als vielversprechende Grenze für die Herstellung von Treibertransistoren. Darüber hinaus werden zusammengesetzte Quantenpunkte (QDs) wie ZnS-, InP- und Perowskit-QDs als Farbumwandlungsmaterialien in Betracht gezogen, wenn sie in GaN-basierte MicroLEDs integriert werden.

Robuste Methoden zur Qualitätssicherung und Prüfung sind ebenfalls unerlässlich. Auch wenn dies nicht explizit erörtert wird, impliziert die erforderliche Koordination mehrerer Integrationstechniken einen inhärenten Bedarf an umfassenden und wirksamen Qualitätskontrollen. Die Sicherstellung einer konsistenten und zuverlässigen Produktion von MicroLEDs ist für die kommerzielle Rentabilität von größter Bedeutung.

Auch die Frage des Wärmemanagements und der Energieeffizienz ist ein integraler Bestandteil. Die Wachstumsintegration ist in dieser Hinsicht eine vielversprechende Technik, die möglicherweise kompaktere MicroLED-Displays mit hoher Effizienz und geringem Energieverbrauch ermöglicht. Spezifischere Techniken zur Steuerung der Wärmeableitung in diesen kompakten, leistungsdichten Systemen sind jedoch noch Gegenstand laufender Forschung.

Skalierbarkeit und Kosteneffizienz stellen eine weitere erhebliche Hürde dar. Die Weiterentwicklung der Transferintegration, die sich durch ihre Fähigkeit zur Herstellung großflächiger Flachbildschirme auszeichnet, bietet das Potenzial, die Ausbeute zu steigern und die Kosten zu senken. Dies deutet auf einen vielversprechenden Weg zur breiteren Kommerzialisierung von MicroLED-Displays hin. Zukünftige Displays werden voraussichtlich Aktualisierungen in mehreren Aspekten erfordern, einschließlich Materialien und Prozessen, die sich alle auf Skalierbarkeit und Kosten auswirken können.

Im Hinblick auf Langzeitzuverlässigkeit und Fehlerarten lässt die Notwendigkeit mehrerer Integrationsprozesse darauf schließen, dass der Schwerpunkt auf diesen Bereichen liegt. Die Haltbarkeit und Langlebigkeit von MicroLED-Displays bei kontinuierlicher Nutzung und potenziellem Komponentenausfall ist entscheidend für das Verbrauchervertrauen und die Akzeptanz in der Industrie.

Der Blick in die Zukunft sieht das Aufkommen intelligenter Displays. Durch die Integration verschiedener Geräte und Komponenten wie Lichtwellenleiter, Fotodetektoren, Sensoren, Aktoren, Logik- und Analogschaltkreise, Hochfrequenzgeräte und Energieernter könnten MicroLED-Displays breitere Anwendungen finden. Ziel ist es, vielseitige, funktionale Systeme zu schaffen, die über herkömmliche Anzeigefunktionen hinausgehen und spannende neue Möglichkeiten in der Kommunikation mit sichtbarem Licht, dem Internet der Dinge (IoT) sowie der biomedizinischen und Mikro-Nano-Fertigung versprechen. All diese Bereiche wären für Apple von erheblichem Wert und könnten in iPhones und Smartwatches integriert werden.

Daher geht es bei der Weiterentwicklung der MicroLED-Technologie nicht nur um die Verbesserung der Display-Technologie, sondern auch um die Art und Weise, wie sie sich in andere Technologien integrieren lässt, um eine Zukunft mit anspruchsvolleren und intelligenteren Systemen voranzutreiben.