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MicroLED

MicroLED de nitruro de galio transferidos a una placa posterior de silicio, optimizados para conexiones de datos de alta velocidad (De Avicena - www.avicena.tech)

MicroLED , también conocido como micro-LED , mLED o μLED , es una tecnología emergente de pantalla plana que consta de matrices de LED microscópicos que forman elementos de píxeles individuales . La tecnología microLED (μLED) de semiconductores inorgánicos [1] [2] [3] [4] fue inventada por primera vez en 2000 por el grupo de investigación de Hongxing Jiang y Jingyu Lin de la Universidad Tecnológica de Texas mientras estaban en la Universidad Estatal de Kansas . La primera micropantalla microLED InGaN de alta resolución y con capacidad de vídeo en formato VGA fue realizada en 2009 por Hongxing Jiang y Jingyu Lin y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Texas y III-N Technology, Inc. mediante la conducción activa de una matriz de microLED mediante un metal complementario. -CI semiconductor de óxido (CMOS). [5] En comparación con la tecnología LCD generalizada , las pantallas microLED ofrecen mejor contraste , tiempos de respuesta y eficiencia energética . [6]

MicroLED ofrece requisitos de energía muy reducidos en comparación con las pantallas LCD convencionales y, al mismo tiempo, ofrece control de luz a nivel de píxeles y una alta relación de contraste . [6] [7] La ​​naturaleza inorgánica de los microLED les brinda una ventaja de vida útil más prolongada sobre los OLED y les permite mostrar imágenes más brillantes con un riesgo mínimo de que la pantalla se queme . [6] El tiempo de respuesta inferior a un nanosegundo de μLED tiene una gran ventaja sobre otras tecnologías de visualización para pantallas 3D/AR/VR, ya que estos dispositivos necesitan más imágenes, más píxeles por imagen, más fotogramas por segundo y una respuesta rápida. [6] Los MicroLED son capaces de realizar una modulación de alta velocidad y se han propuesto para aplicaciones de interconexión de chip a chip. [8]

A partir de 2021 , las pantallas microLED no se han producido en masa, aunque Sony , Samsung y Konka venden videowalls microLED . [9] [10] [11] [12] [13] [14] LG , Tianma, PlayNitride, TCL / CSoT , Jasper Display, Jade Bird Display, Plessey Semiconductors Ltd y Ostendo Technologies, Inc. han demostrado prototipos. [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] Sony ya vende pantallas microLED como reemplazo de las pantallas de cine convencionales. [23] BOE , Epistar y Leyard tienen planes para la producción en masa de microLED. [24] [25] MicroLED se puede hacer flexible y transparente , al igual que los OLED. [26] [25]

Según un informe de Market Research Future, el mercado de pantallas MicroLED alcanzará alrededor de 24,3 mil millones de dólares para 2027. [27] Custom Market Insights informó que se espera que el mercado de pantallas MicroLED alcance alrededor de 182,7 mil millones de dólares para 2032. [28]

Investigación

Tras el primer informe de microLED de inyección eléctrica basados ​​en semiconductores de nitruro de indio y galio (InGaN) realizado por el grupo de investigación de Hongxing Jiang y Jingyu Lin , [1] [2] [3] [4] [ ¿cuándo? ] varios grupos se han involucrado rápidamente en la aplicación de este concepto. [29] [30] Se han identificado muchas aplicaciones potenciales relacionadas. AC LED Lighting, LLC (una empresa fundada por Jiang y Lin) ha empleado varios esquemas de conexión en chip de matrices de píxeles microLED, lo que permite el desarrollo de LED CC/CA de alto voltaje de un solo chip [31] [32] [ 33] [34] [35] [36] [37] para abordar el problema de compatibilidad entre la infraestructura eléctrica de alto voltaje y la naturaleza de operación de bajo voltaje de los LED y las micropantallas autoemisivas de alto brillo. [38] [5]

La matriz microLED también se ha explorado como fuente de luz para aplicaciones optogenéticas [39] [40] y para comunicaciones de luz visible . [41]

Las primeras matrices de microLED y micropantallas basadas en InGaN se manejaban principalmente de forma pasiva. La primera micropantalla microLED InGaN autoemisiva con capacidad de vídeo activada en formato VGA ( 640 × 480 píxeles, cada uno de 12  μm de tamaño con 15  μm entre ellos) que posee requisitos de bajo voltaje fue patentada y realizada en 2009 por Jiang, Lin y sus colegas. en Texas Tech y III-N Technology, Inc., a través de una integración heterogénea entre una matriz de microLED y un circuito integrado (IC) CMOS [5] y el trabajo también se publicó en los años siguientes. [42] [43] [44] [45]

Sony presentó los primeros productos microLED en 2012. Sin embargo, estas pantallas eran muy caras. [46]

Existen varios métodos para fabricar pantallas microLED. El método flip-chip fabrica el LED sobre un sustrato de zafiro convencional, mientras que la matriz de transistores y las protuberancias de soldadura se depositan en obleas de silicio mediante procesos de metalización y fabricación convencionales. La transferencia de masa se utiliza para recoger y colocar varios miles de LED de una oblea a otra al mismo tiempo, y los LED se unen al sustrato de silicio mediante hornos de reflujo. El método flip-chip se utiliza para micropantallas utilizadas en cascos de realidad virtual . Los inconvenientes incluyen el costo, el tamaño de píxel limitado, la precisión de colocación limitada y la necesidad de enfriamiento para evitar que la pantalla se deforme y se rompa debido a una falta de coincidencia térmica entre los LED y el silicio. Además, las pantallas microLED actuales son menos eficientes que las pantallas OLED comparables. Otro método de fabricación de microLED implica unir los LED a una capa de CI sobre un sustrato de silicio y luego retirar el material de unión del LED utilizando técnicas convencionales de fabricación de semiconductores. [47] [48] [49] El cuello de botella actual en el proceso de fabricación es la necesidad de probar individualmente cada LED y reemplazar los defectuosos utilizando un aparato de despegue con láser excimer, que utiliza un láser para debilitar la unión entre el LED y su sustrato. El reemplazo del LED defectuoso debe realizarse utilizando máquinas de recogida y colocación de alta precisión y el proceso de prueba y reparación lleva varias horas. Sólo el proceso de transferencia masiva puede tardar 18 días, para la pantalla de un teléfono inteligente con sustrato de vidrio. [50] [51] [52] Se pueden utilizar técnicas especiales de fabricación de LED para aumentar el rendimiento y reducir la cantidad de LED defectuosos que deben reemplazarse. Cada LED puede tener un tamaño tan pequeño como 5  μm de ancho. [53] [54] [55] [56] [57] Es necesario mejorar las técnicas de epitaxia de LED para aumentar el rendimiento de los LED. [58] [59] [60]

Los láseres excimer se utilizan para varios pasos: despegue láser para separar los LED de su sustrato de zafiro y eliminar los LED defectuosos, para fabricar la placa posterior LTPS-TFT y para cortar con láser los LED terminados. También se están investigando técnicas especiales de transferencia de masa utilizando sellos de elastómero . [61] Otras empresas están explorando la posibilidad de empaquetar 3 LED: uno rojo, uno verde y uno azul en un solo paquete para reducir los costos de transferencia masiva. [62] [63]

Se están investigando los puntos cuánticos como una forma de reducir el tamaño de los píxeles microLED, mientras que otras empresas están explorando el uso de fósforos y puntos cuánticos para eliminar la necesidad de LED de diferentes colores. [64] [65] [66] [67] Los sensores se pueden integrar en pantallas microLED. [68]

Más de 130 empresas participan en la investigación y el desarrollo de microLED. [69] También se están fabricando paneles de luz MicroLED, que son una alternativa a los paneles de luz LED y OLED convencionales. [70]

La modulación digital de ancho de pulso es muy adecuada para controlar pantallas microLED. Los MicroLED experimentan un cambio de color a medida que cambia la magnitud actual. Los esquemas analógicos cambian la corriente para cambiar el brillo. Con un pulso digital, solo se utiliza un valor de corriente para el estado encendido. Por lo tanto, no se produce ningún cambio de color a medida que cambia el brillo.

Las ofertas actuales de pantallas microLED de Samsung y Sony consisten en "gabinetes" que se pueden colocar en mosaico para crear una pantalla grande de cualquier tamaño, cuya resolución aumenta con el tamaño. También contienen mecanismos para proteger la pantalla contra el agua y el polvo. Cada gabinete mide 36,4 pulgadas (92 cm) en diagonal con una resolución de 960 × 540 . [71] [11] [72] [12] [73] [74]

Comercialización

Los microLED tienen ventajas de rendimiento potenciales innatas sobre las pantallas LCD, que incluyen mayor brillo, menor latencia , mayor relación de contraste , mayor saturación de color , autoiluminación intrínseca y mejor eficiencia. A partir de 2016 , barreras tecnológicas y de producción han impedido la comercialización. [75]

Desde 2016 , se están investigando activamente varias tecnologías diferentes para el montaje de píxeles LED individuales sobre un sustrato. Estos incluyen la unión de chips microLED a un sustrato (que se considera que tiene potencial para pantallas grandes), métodos de producción de obleas que utilizan el grabado para producir una matriz de LED seguido de la unión a un circuito integrado, y métodos de producción de obleas que utilizan una película delgada temporal intermedia para transferir el Matriz de LED a un sustrato. [ cita necesaria ]

Glo y Jasper Display Corporation demostraron la primera micropantalla microLED RGB del mundo, que mide 0,55 pulgadas (1,4 cm) en diagonal, en SID Display Week 2017. Glo transfirió sus microLED al plano posterior de Jasper Display. [76]

Sony lanzó una "pantalla LED de cristal" de 55 pulgadas (140 cm) en 2012 con una resolución de 1920 × 1080 , como producto de demostración. [75] Sony anunció su marca CLEDIS (Crystal LED Integrated Structure), que utilizaba LED montados en superficie para la producción de pantallas de gran tamaño. [77] A partir de agosto de 2019 , Sony ofrece CLEDIS en pantallas de 146 pulgadas (3,7 m), 182 pulgadas (4,6 m) y 219 pulgadas (5,6 m). [78] El 12 de septiembre de 2019, Sony anunció la disponibilidad de Crystal LED para consumidores que van desde pantallas 1080p de 110 pulgadas (2,8 m) hasta 16K de 790 pulgadas (20 m). [79]

Samsung demostró una pantalla microLED de 146 pulgadas (3,7 m) llamada The Wall en CES 2018 . [80] En julio de 2018, Samsung anunció planes para llevar un televisor microLED 4K al mercado de consumo en 2019. [81] En CES 2019 , Samsung demostró una pantalla microLED 4K de 75 pulgadas (1,9 m) y una pantalla microLED 4K de 219 pulgadas (5,6 m). Pantalla microLED de 6K. [82] El 12 de junio en InfoComm 2019, Samsung anunció el lanzamiento global de la pantalla microLED The Wall Luxury configurable desde 73 pulgadas (1,9 m) en 2K hasta 292 pulgadas (7,4 m) en 8K. [83] El 4 de octubre de 2019, Samsung anunció que habían comenzado los envíos de pantallas microLED de The Wall Luxury. [13] [84]

En marzo de 2018, Bloomberg informó que Apple tenía alrededor de 300 ingenieros dedicados al desarrollo interno de pantallas microLED. [85] [86] En IFA 2018 en agosto, LG Display demostró una pantalla microLED de 173 pulgadas (4,4 m). [dieciséis]

En la Display Week 2019 de SID en mayo, Tianma y PlayNitride demostraron su pantalla microLED de 7,56 pulgadas (19,2 cm) desarrollada conjuntamente con más del 60% de transparencia. [17] [18] China Star Optoelectronics Technology (CSoT) demostró una pantalla microLED transparente de 3,3 pulgadas (8,4 cm) con aproximadamente un 45% de transparencia, también desarrollada conjuntamente con PlayNitride. [19] Plessey Semiconductors Ltd demostró una oblea monolítica monolítica de GaN sobre silicio azul unida a una pantalla microLED de matriz activa de 0,7 pulgadas (18 mm) de plano posterior CMOS de Jasper Display con una  separación de píxeles de 8 μm. [87] [88] [89] [90]

En la Display Week 2019 de SID en mayo, Jade Bird Display demostró sus micropantallas microLED de 720p y 1080p con un paso de 5  μm y 2,5  μm respectivamente, logrando una luminancia de millones de candelas por metro cuadrado. En 2021, Jade Bird Display y Vuzix firmaron un acuerdo de fabricación conjunta para fabricar proyectores basados ​​en microLED para gafas inteligentes y gafas de realidad aumentada [91]

En Touch Taiwan 2019 el 4 de septiembre de 2019, AU Optronics demostró una pantalla microLED de 12,1 pulgadas (31 cm) e indicó que al microLED le faltaban entre 1 y 2 años para su comercialización masiva. [92] En IFA 2019 el 13 de septiembre de 2019, TCL Corporation demostró su Cinema Wall con una pantalla microLED 4K de 132 pulgadas (3,4 m) con un brillo máximo de 1.500  cd/m 2 y una relación de contraste de 2.500.000∶1 producida por su filial China. Tecnología optoelectrónica estrella (CSoT) . [20]

Según un informe de Bloomberg , Apple está trabajando en su propio diseño interno de pantallas MicroLED. La introducción de estas pantallas pondrá fin a la dependencia de Apple de Samsung, LG y otros fabricantes de pantallas, y está en línea con otros pasos de la compañía hacia una integración vertical completa . [93] La transición a MicroLED comenzará con el Apple Watch , y los primeros relojes MicroLED podrían ingresar al mercado a principios de 2026. [94]

Ver también

Referencias

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