Интерес специалистов к микроСИД (MicroLED) вырос в 2014 г., когда Apple приобрела ориентированный на эту технологию стартап LuxeVue. Тот факт, что ведущие компании спешат внедрить MicroLED в свои наиболее востребованные потребительские технологии, приводит исследователей к мысли о том, что эти приборы станут в будущем неотъемлемой составляющей телевизоров, смартфонов, носимых устройств и т. д.

Пока что это касается только перспективных прогнозов. Но в последние несколько лет такие компании, как Sony, LG и Samsung продемонстрировали крупномасштабные микроСИД-экраны, в то время как другие фирмы вывели на рынок различные прототипы микроСИД-дисплеев и еще большее число компаний озвучили собственные планы участвовать в разработке проектов в этой области.

Впрочем, вопрос о том, станет ли технология микроСИД естественной заменой другим светоизлучающим технологиям отображения, включая доминирующие в настоящее время ЖК-дисплеи и дисплеи на органических светодиодах (OLED/ОСИД), довольно сложен.

В новом исследовании «МикроСИД дисплеи 2020–2030: технологии, коммерциализация, возможности, рынок и игроки» (Micro-LED Displays 2020–2030: Technology, Commercialization, Opportunity, Market and Players) исследовательская компания IDTechEx показывает, как пробелы в текущей цепочке поставок и производственных возможностях могут рассматриваться как препятствующие прогрессу и в то же время создавать прекрасные перспективы.

Что такое микроСИД?

МикроСИД работают как пиксели – ​отсюда и их характеристика «самоизлучающие диоды». Кристаллы СИД в них используются гораздо меньшего размера, чем в их предшественниках. Формально согласованного определения нет, но, как правило, размер кристалла микроСИД составляет менее 100 мкм (т. е. площадь излучения светодиода на пиксель ниже 100 мкм × 100 мкм).

Размер и природа микроСИД дают несколько преимуществ при их использовании в экранах дисплеев. МикроСИД обеспечивают превосходную цветовую гамму с «идеальным» черным цветом и яркостью более 1 млн нит. Экран на микроСИД может быть исключительно тонким, с разрешением до 6000 PPI (пикселей на дюйм) и широким углом обзора. Кроме того, подобные экраны имеют длительный срок службы, могут быть гибкими или прозрачными и интегрироваться с сенсорными технологиями (например, биометрическими датчиками для разблокировки экрана на дисплее смартфона).

Кроме того, в отличие от громоздких традиционных СИД-экранов, разрешение которых заметно падает по мере приближения зрителя, микроСИД-дисплеи сохраняют резкость в любом положении. Также они в высшей степени масштабируемы, т. е. могут использоваться в широком диапазоне размеров экрана. На рисунке показаны возможности дисплеев с микро-светодиодами по сравнению с другими технологиями отображения.

Источник: Semiconductor Today

Конкурентные преимущества различных технологий отображения.

Перспективы микроСИД-дисплеев и трехмерных структур

МикроСИД-дисплеи представляют собой новую технологию, находящуюся на ранних стадиях развития, поэтому в настоящее время они дороги и их сложно производить. Для того чтобы ситуация изменилась и стала возможна полная реализация потенциальной экономии затрат и повышения эффективности микроСИД, требуются инновации и развитие сопутствующих технологий. Решение подобной задачи не обязательно должно быть особо сложным или рискованным: при изготовлении многих компонентов используются уже существующие, зрелые производственные процессы [1].

Практически все современные поставщики производят двумерные микроСИД на основе плоских 100- или 150-мм сапфировых подложек с нанесенным слоем нитрида галлия (GaN), как и традиционные СИД для осветительных приборов. Однако уже появились разработчики, предлагающие 3D-микроСИД, формируемые на кремниевых подложках большего размера. Как правило, при их изготовлении предполагается использование трехмерных нанопроволок (нанопроводов). Хотя подобные технологии в некоторых отношениях менее развиты, чем технологии 2D-микроСИД, они имеют ряд преимуществ. В отличие от 2D-, эффективность 3D-микроСИД эффективность не падает при уменьшении размера кристалла – ​просто используется меньше нанопроводов. Наличие нескольких проводов на субпиксель означает внутреннюю избыточность, улучшающую качество отображения по сравнению с использованием 2D-микроСИД. Использование кремниевых подложек диаметром 200 или 300 мм дает большие преимущества с точки зрения технологичности, удельной стоимости и возможности использования существующих мощностей кремниевых заводов. Интеграция же 3D-микроСИД с электроникой намного проще, чем в случае с 2D-микроСИД. С другой стороны, в случаях, когда требуются более крупные кристаллы типа миниСИД, используемых в телевизорах, 3D-микроСИД менее эффеективны. Нанопроволочные микроСИД также могут излучать все видимые цвета на одном кристалле, что позволяет использовать монолитные микросхемы многоцветных светодиодов, а это большое преимущество, особенно в микродисплеях.

Aledia – ​одна из фирм, активно развивающих технологию микроСИД. Ее специалисты утверждают, что данная технология обладает прорывным потенциалом и может привести к изменению расстановки сил на рынке СИД [2].

1. Micro-LEDs Lighting Way for Display Technologies? Semiconductor today, November 10, 2020: http://www.semiconductor-today.com/news_items/2020/nov/idtechex

2. Anania Giorgio Dr., Virey Eric, Bouhamri Zine. Aledia Raises a Huge Amount of Money, on a Fast Track to Mass Production – ​An interview by Yole Développement, November 19, 2020: https://www.i-micronews.com/aledia-raises-a-huge-amount-of-money-on-a-fast-track-to-mass-production