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MicroLED

Primer microLED de InGaN y primera pantalla microLED de control pasivo: Hongxing Jiang, et al, "Matrices de LED y detectores de tamaño micro para minipantallas, diodos emisores ...

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Primer microLED de InGaN y primera pantalla microLED de control pasivo: Hongxing Jiang, et al, "Matrices de LED y detectores de tamaño micro para minipantallas, diodos emisores de luz hiperbrillantes, iluminación y aplicaciones de detectores UV y sensores de imagen" Patente estadounidense 6,410,940 (presentada: 15/06/2000). Sixuan Jin, Jing Li, Jizhong Li, Jingyu Lin y Hongxing Jiang, "Diodos emisores de luz de microdisco de GaN" Appl. Phys. Lett. 76, 631 (2000), Hongxing Jiang, Sixuan Jin, Jing Li, Jagat Shakya y Jingyu Lin, "Micropantallas azules de nitruro de III" Appl. Phys. Lett. 78, 1303 (2001).
Primer microdisplay microLED de accionamiento activo mediante la integración entre una matriz microLED y Si CMOS en formato VGA (640 x 480 píxeles, tamaño de píxeles de 12 μm y paso de píxeles de 15 μm) capaz de reproducir imágenes de gráficos de vídeo - Jacob Day, Jing Li, Donald Lie, Zhaoyang Fan, Jingyu Lin y Hongxing Jiang, "CMOS IC para microdisplay basado en microemisores" Patente estadounidense 9,047,818 (presentada por III-N Technology Inc. Prioridades: US31675509P·2009-03-23; US201113046725A·2011-03-12). Jacob Day, Jing Li, Donald Lie, Charles Bradford, Jingyu Lin y Hongxing Jiang, Appl. Phys. Lett. 99 , 031116 (2011); Jingyu Lin, Jacob Day, Jing Li, Donald Lie, Charles Bradford y Hongxing Jiang, "Micropantallas de nitruro del grupo III de alta resolución", Sala de prensa de SPIE, número de diciembre (2011); doi: 10.1117/2.1201112.004001.
Micro-LEDs de nitruro de galio transferidos a un sustrato de silicio: optimizados para conexiones de datos de alta velocidad.

MicroLED , también conocido como micro-LED , mLED o μLED, es una tecnología emergente de pantallas planas que consiste en matrices de LED microscópicos que forman los elementos de píxeles individuales . La tecnología de microLED (μLED) de semiconductor inorgánico [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] fue inventada por primera vez en 2000 por el grupo de investigación de Hongxing Jiang y Jingyu Lin de la Universidad Tecnológica de Texas (TTU) mientras estaban en la Universidad Estatal de Kansas (KSU) . La primera micropantalla microLED InGaN de alta resolución y con capacidad de vídeo en formato VGA fue realizada en 2009 por Jiang, Lin y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Texas e III-N Technology, Inc. mediante el control activo de una matriz de microLED por un circuito integrado de semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS). [ 6 ]

En comparación con las pantallas LCD convencionales , las pantallas microLED ofrecen requisitos de energía mucho menores, además de control de luz a nivel de píxel y una alta relación de contraste . [ 7 ] [ 8 ] En comparación con los OLED , la naturaleza inorgánica de los microLED les otorga una vida útil más larga y les permite mostrar imágenes más brillantes con un riesgo mínimo de quemado de pantalla . [ 7 ] En comparación con otras tecnologías de visualización utilizadas para 3D/AR/VR, el tiempo de respuesta subnanosegundo de μLED tiene una gran ventaja, ya que las pantallas 3D/AR/VR necesitan una alta velocidad de fotogramas por segundo y tiempos de respuesta rápidos para minimizar el efecto fantasma . [ 7 ] Los microLED son capaces de una modulación de alta velocidad y se han propuesto para aplicaciones de interconexión de chip a chip. [ 9 ]

A partir de 2021, Sony , Samsung y Konka comenzaron a vender videowalls microLED . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] LG , Tianma , PlayNitride , TCL / CSoT , Jasper Display, Jade Bird Display , Plessey Semiconductors Ltd y Ostendo Technologies, Inc. han demostrado prototipos. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] Sony ya vende pantallas microLED como reemplazo de las pantallas de cine convencionales. [ 24 ] BOE , Epistar y Leyard tienen planes para la producción en masa de microLED. [ 25 ] [ 26 ] MicroLED puede ser flexible y transparente , al igual que OLED. [ 27 ] [ 26 ]

Según un informe de Market Research Future, el mercado de pantallas MicroLED alcanzará aproximadamente los 24.300 millones de dólares en 2027. [ 28 ] Custom Market Insights informó que se espera que el mercado de pantallas MicroLED alcance aproximadamente los 182.700 millones de dólares en 2032. [ 29 ]

Investigación

Tras el primer informe de microLEDs de inyección eléctrica basados ​​en semiconductores de nitruro de indio y galio (InGaN) en 2000 por el grupo de investigación de Hongxing Jiang y Jingyu Lin , [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] varios grupos se han dedicado rápidamente a desarrollar este concepto. [ 30 ] [ 31 ] Se han identificado muchas aplicaciones potenciales relacionadas. AC LED Lighting, LLC (una empresa financiada por Jiang y Lin) ha empleado varios esquemas de conexión en chip de matrices de píxeles microLED que permiten el desarrollo de LEDs CC/CA de alto voltaje de un solo chip [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] para abordar el problema de compatibilidad entre la infraestructura eléctrica de alto voltaje y la naturaleza de operación de bajo voltaje de los LEDs y las micropantallas autoemisivas de alto brillo. [ 39 ] [ 6 ]

La matriz de microLED también se ha explorado como fuente de luz para aplicaciones optogenéticas [ 40 ] [ 41 ] y para comunicaciones de luz visible . [ 42 ]

Los primeros conjuntos de microLED y microdisplays basados ​​en InGaN eran principalmente de accionamiento pasivo. El primer microdisplay microLED InGaN autoemisivo de accionamiento activo con capacidad de vídeo en formato VGA ( 640 × 480 píxeles, cada uno de 12  μm de tamaño con 15  μm entre ellos) que poseía bajos requisitos de voltaje fue patentado y realizado en 2009 por Jiang, Lin y sus colegas en Texas Tech e III-N Technology, Inc. (una empresa financiada por Jiang y Lin) mediante la integración entre un conjunto de microLED y un circuito integrado (CI) CMOS [ 6 ] y el trabajo también fue publicado en los años siguientes. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]

Los primeros productos microLED fueron presentados por Sony en 2012. Sin embargo, estas pantallas eran muy caras. [ 47 ]

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 los contactos de soldadura se depositan sobre obleas de silicio mediante procesos convencionales de fabricación y metalización. Se utiliza la transferencia de masa para recoger y colocar varios miles de LED de una oblea a otra simultáneamente, y los LED se unen al sustrato de silicio mediante hornos de reflujo. El método flip-chip se utiliza para micropantallas empleadas en visores de realidad virtual . Otro método de fabricación de microLED implica la unión de los LED a una capa de circuito integrado sobre un sustrato de silicio y, posteriormente, la eliminación del material de unión del LED mediante técnicas convencionales de fabricación de semiconductores. [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] El principal obstáculo actual en el proceso de fabricación es la necesidad de probar individualmente cada LED y reemplazar los defectuosos mediante un aparato de levantamiento por láser excimer, que utiliza un láser para debilitar la unión entre el LED y su sustrato. El reemplazo de los LED defectuosos debe realizarse mediante máquinas de recogida y colocación de alta precisión , y el proceso de prueba y reparación lleva varias horas. El proceso de transferencia de masa por sí solo puede tardar 18 días, para una pantalla de teléfono inteligente con un sustrato de vidrio. [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] Se pueden utilizar técnicas especiales de fabricación de LED para aumentar el rendimiento y reducir la cantidad de LED defectuosos que necesitan ser reemplazados. Cada LED puede ser tan pequeño como 5  μm de diámetro. [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Es necesario mejorar las técnicas de epitaxia de LED para aumentar los rendimientos de LED. [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ]

Los láseres de excímero se utilizan en varias etapas: el levantamiento láser para separar los LED de su sustrato de zafiro y eliminar los LED defectuosos, la fabricación del backplane LTPS-TFT y el corte láser de los LED terminados. También se están investigando técnicas especiales de transferencia de masa mediante sellos de elastómero . [ 62 ] 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 de masa. [ 63 ] [ 64 ]

Se están investigando los puntos cuánticos como una forma de reducir el tamaño de los píxeles microLED, mientras que otras empresas exploran el uso de fósforos y puntos cuánticos para eliminar la necesidad de LED de diferentes colores. [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] Se pueden integrar sensores en las pantallas microLED. [ 69 ]

Más de 130 empresas participan en la investigación y el desarrollo de microLED. [ 70 ] También se fabrican paneles de luz microLED, que constituyen una alternativa a los paneles de luz OLED y LED convencionales. [ 71 ]

La modulación digital por ancho de pulso es ideal para controlar pantallas microLED. Las pantallas microLED experimentan un cambio de color al variar la magnitud de la corriente. Los sistemas analógicos modifican la corriente para cambiar el brillo. Con un pulso digital, se utiliza un único valor de corriente para el estado de encendido. Por lo tanto, no se produce ningún cambio de color al variar el brillo.

Las pantallas microLED actuales de Samsung y Sony consisten en "gabinetes" que se pueden unir para crear una pantalla grande de cualquier tamaño, cuya resolución aumenta con el tamaño. También incluyen mecanismos para proteger la pantalla contra el agua y el polvo. Cada gabinete tiene una diagonal de 36,4 pulgadas (92 cm) con una resolución de 960 × 540. [ 72 ] [ 12 ] [ 73 ] [ 13 ] [ 74 ] [ 75 ] 

Comercialización

Los microLED ya han demostrado ventajas de rendimiento sobre las pantallas LCD y OLED, incluyendo mayor brillo, menor latencia , mayor relación de contraste , mayor saturación de color , autoiluminación intrínseca, mejor eficiencia y mayor vida útil. En comparación con las pantallas OLED y LCD, las pantallas microLED destacan por su combinación de alto rendimiento, durabilidad y eficiencia energética. [ 76 ] El brillo ultraalto es particularmente relevante para aplicaciones en pantallas de realidad aumentada que compiten con el brillo del sol en entornos exteriores. [ 76 ]

Glo y Jasper Display Corporation presentaron la primera micropantalla microLED RGB del mundo, con una diagonal de 0,55 pulgadas (1,4 cm) , en la SID Display Week 2017. Glo transfirió sus microLEDs al panel posterior de Jasper Display. [ 77 ] 

Sony lanzó en 2012 una pantalla "Crystal LED Display" de 55 pulgadas (140 cm) con una resolución de 1920 × 1080 , como producto de demostración. [ 78 ] Sony anunció su marca CLEDIS (Crystal LED Integrated Structure), que utilizaba LED de montaje superficial para la producción de pantallas de gran tamaño. [ 79 ] 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) . [ 80 ] El 12 de septiembre de 2019, Sony anunció la disponibilidad de Crystal LED para los consumidores, con pantallas que van desde 1080p de 110 pulgadas (2,8 m) hasta 16K de 790 pulgadas (20 m) . [ 81 ]     

Samsung demostró una pantalla microLED de 146 pulgadas (3,7 m) llamada The Wall en CES 2018. [ 82 ] En julio de 2018, Samsung anunció planes para llevar un televisor microLED 4K al mercado de consumo en 2019. [ 83 ] En CES 2019 , Samsung demostró una pantalla microLED 4K de 75 pulgadas (1,9 m) y una pantalla microLED 6K de 219 pulgadas (5,6 m) . [ 84 ] 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. [ 85 ] El 4 de octubre de 2019, Samsung anunció que habían comenzado los envíos de la pantalla microLED The Wall Luxury. [ 14 ] [ 86 ]     

En marzo de 2018, Bloomberg informó que Apple tenía alrededor de 300 ingenieros dedicados al desarrollo interno de pantallas microLED. [ 87 ] [ 88 ] En la IFA 2018 en agosto, LG Display demostró una pantalla microLED de 173 pulgadas (4,4 m) . [ 17 ] 

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. [ 18 ] [ 19 ] China Star Optoelectronics Technology (CSoT) demostró una pantalla microLED transparente de 3,3 pulgadas (8,4 cm) con alrededor del 45 % de transparencia, también desarrollada conjuntamente con PlayNitride. [ 20 ] Plessey Semiconductors Ltd demostró una oblea monolítica azul monocromática de GaN sobre silicio unida a una placa base CMOS de Jasper Display, pantalla microLED de matriz activa de 0,7 pulgadas (18 mm) con un paso de píxel de 8 μm. [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]    

En la Display Week 2019 de SID, celebrada en mayo, Jade Bird Display demostró sus micropantallas microLED de 720p y 1080p con un paso de píxel de 5  μm y 2,5  μm respectivamente, alcanzando una luminancia de millones de candelas por metro cuadrado. En 2021, Jade Bird Display y Vuzix firmaron un acuerdo de fabricación conjunta para producir proyectores basados ​​en microLED para gafas inteligentes y gafas de realidad aumentada [ 93 ].

En Touch Taiwan 2019, el 4 de septiembre de 2019, AU Optronics presentó una pantalla microLED de 12,1 pulgadas (31 cm) e indicó que la comercialización masiva de microLED estaba a entre 1 y 2 años. [ 94 ] En IFA 2019, el 13 de septiembre de 2019, TCL Corporation presentó su Cinema Wall, que cuenta con una pantalla microLED 4K de 132 pulgadas (3,4 m) con un brillo máximo de 1500 cd/m² y una relación de contraste de 2 500 000:1, producida por su filial China Star Optoelectronics Technology (CSoT) . [ 21 ]   

Pantalla MicroLED de Samsung: The Wall (presentada en el CES 2024)

En 2024, Samsung ya había lanzado productos de pantallas microLED, incluyendo The Wall. La tecnología de pantallas microLED de Samsung transfiere LED de escala micrométrica a módulos LED, lo que da como resultado lo que se asemeja a azulejos de pared compuestos por grupos de luces casi microscópicas transferidas en masa. [ 95 ] [ 96 ]

MicroLED transparente de Samsung (presentado en el CES 2024)

Samsung también ha presentado en el CES 2024 su pantalla MicroLED transparente. [ 97 ]

LG también ha presentado en el CES 2024 su pantalla microLED, llamada LG MAGNIT. [ 98 ]

En cuanto a las micropantallas microLED, Jade Bird Display lanzó la serie de pantallas MicroLED de 0,13" que tiene un área activa de 0,13" (3,3 mm) en diagonal y una resolución de 640 x 480 para productos de visualización de AR y VR. [ 99 ]

Según se informa, Apple invirtió miles de millones de dólares en el desarrollo de pantallas microLED en los años previos a 2024, con la intención de integrar esta tecnología en sus productos, comenzando con el Apple Watch Ultra, antes de abandonar finalmente el proyecto tras considerarlo inviable. [ 100 ] Sin embargo, según se informa, la compañía aún está considerando la tecnología microLED para otros proyectos futuros. [ 100 ]

Véase también

Referencias

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  • Primer microdisplay microLED de alta resolución con capacidad de vídeo y control activo en formato VGA.
  • Análisis de MicroLED (2013)
  • Presentación de la tecnología microLED (2024)
  • LED de cristal - Sony
  • El muro
  • LG MAGNIT MicroLED
  • En "The Long View With John Doerr" , John Doerr de KPC&B describe el concepto de microLED; el vídeo comienza alrededor del minuto 5.
  • Las pantallas LED son significativamente diferentes de las microLED.
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