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第三代半导体助力Micro LED应用加速落地
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第三代半导体助力Micro LED应用加速落地

2020-09-10 09:34:53 来源:高工新型显示 点击:720

【大比特导读】据相关市场信息,在发布NPQDMicroLED技术时,Saphlux就吸引了苹果、三星、LG等厂商的极大关注。目前SaphluxNPQD产品已获得全球多家MicroLED显示屏企业订单,并正与利亚德开展了深度合作,开发全球首款量子点MicroLED显示屏。

自MicroLED被视为显示领域一项颠覆性技术以来,苹果、三星、利亚德等国内外龙头厂商相继按下快进键,但在晶圆波长一致性和峰移等问题上普遍面临困难。

高工新型显示了解到,传统的氮化镓基蓝、绿光LED芯片在电流变化时易产生色彩偏移。由于MicroLED画面有很高的对比度,且需要频繁转换应用场景,过程中较大幅度的驱动电流变化,带来严重的峰移问题。

此外,MicroLED芯片由于小尺寸问题导致波长分选困难,且成本过高,因此给整片晶圆波长一致性带来极大的挑战。

显示屏

如何解决晶圆波长一致性和峰移问题,成为全行业共同探索的焦点。此时,拥有更优化的晶体方向的半极性氮化镓(GaN)材料走进研究人员视野,而“Saphlux”这个名字也逐渐被行业所熟识。

公开资料显示,Saphlux成立于2014年,主要研发生产半极性氮化镓发光二极管。Saphlux特有的选择性生长技术,可以在蓝宝石衬底上直接生长特定晶向的半极性GaN材料,获得与传统c面GaN成本近似的半极性GaN,是国际上少有能够商业化半极性GaN材料的公司。而其联合创始人韩仲是耶鲁大学电气工程教授,从事LED材料方面研发十余年。

经过从耶鲁大学实验研发到产业化的十几年积累,Saphlux目前已积累两项全球领先的第三代半导体技术:半极性氮化镓材料以及NPQD(纳米孔量子点)MicroLED。

相较于传统的极性氮化镓,半极性材料拥有更优化的晶体方向,大幅降低了氮化镓材料中固有的量子限制史塔克效应(QCSE),消除了极化场,使电子和空穴的结合效率大幅提高。获益于此,由半极性氮化镓材料制成的半导体器件能够在长波长、大电流的环境下高效、高速地运行。

2018年,Saphlux已经实现4英寸半极性氮化镓晶圆的量产,并销往日本、韩国、美国等众多第三代半导体企业和研究机构,应用领域覆盖半导体激光器、AR/VR用MicroLED、光通讯、功率半导体等。

NPQDMicroLED则是Saphlux在2019年发布的一项技术。据Saphlux方面介绍,NPQD是指基于纳米孔结构(Nanopores)的量子点(QuantumDot)色彩转换技术。纳米孔具有独特的散射效应,能够大幅增加有效光径,提高光转换效率并能大幅增加量子点的可靠性。

通过这种技术,Saphlux开发了全球首款基于纳米孔GaN材料(NPQD)的高效率量子点色彩转换MicroLED,解决了MicroLED中的红光效率、色彩、成本三项关键问题。

其中在红光效率问题上,四元结构的红光MicroLED尺寸的减小会导致缺陷密度增加、侧壁效应等问题,使得效率下降,且非常容易受到热量影响而发生效率及波长的变化。

通过NPQD技术的高效率、高可靠性的红光转换,Saphlux团队使用高效的蓝光MicroLED来激发红光,成功将其光效提高至2-3倍,大幅提高了MicroLED屏幕的效率。

在色彩问题上,由于晶圆材料在生长中的温度分布等问题,绿光及红光LED晶圆波长存在着较大的不均匀性。此前,传统LED芯片需要经过分选环节,保证整块屏幕的芯片出光波长一致,而MicroLED尺寸小于100微米,分选成本极高或几乎无法分选。而NPQDMicroLED采用量子点技术,整晶圆的波长差异小于1纳米,无需经过分选。

在成本问题上,Saphlux团队将红、蓝、绿NPQDMicroLED集成到同一芯片,实现了在100多微米的Mini芯片上集成三颗MicroLED,大幅地降低了芯片成本,并突破了巨量转移的限制,可使用现有的SMT方式制备MicroLED屏幕,一次性解决转移、修复、检测等关键问题。

由于红光制备的成本以及分选成本低,Saphlux通过NPQDMicroLED技术可将MicroLED的整体成本降低10倍,真正提升MicroLED市场竞争力。

据相关市场信息,在发布NPQDMicroLED技术时,Saphlux就吸引了苹果、三星、LG等厂商的极大关注。目前SaphluxNPQD产品已获得全球多家MicroLED显示屏企业订单,并正与利亚德开展了深度合作,开发全球首款量子点MicroLED显示屏

高工新型显示了解到,除在技术上合作外,早在2017年利亚德就已前瞻性投资Saphlux。据利亚德相关公告,公司全资子公司利亚德香港曾出资350万美元认购了SAPHLUX1,501,220股,持有SAPHLUX14%的股权。

当时利亚德就指出,未来的VR/AR及智能设备都对便携高效的激光投影有较大需求,SAPHLUX的半极性材料有可能应用于半导体激光器,与利亚德现有的虚拟现实战略投资形成合力。

现阶段,VR/AR被认为是MicroLED最先商用化的市场之一,而利亚德VR体验板块已启动分拆上市计划,将借此拓宽融资渠道进一步发展。在MicroLED领域,利亚德也已实现多款MicroLED商显产品上市,与晶电合资成立的利晶也将在10月正式投产MicroLED。

在利亚德看来,MicroLED产业化需要三个必备要素:越来越小的LED倒装芯片、越来越成熟的巨量转移技术、更先进的IC驱动技术。目前利晶已具备MicroLED上述产业化条件,加上利亚德在如SAPHLUX等MicroLED产业上的投资布局,将助力MicroLED在多领域加速渗透。

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