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Micro LED

Primer microLED de InGaN y primera pantalla microLED de accionamiento pasivo – Hongxing Jiang, et al, “Matrices de detectores y LED de tamaño micro para minipantallas, diodos em...

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Primer microLED de InGaN y primera pantalla microLED de accionamiento pasivo – Hongxing Jiang, et al, “Matrices de detectores y LED de tamaño micro para minipantallas, diodos emisores de luz hiperbrillantes, iluminación y aplicaciones de sensores de detección y generación de imágenes por UV” 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 III” Appl. Phys. Lett. 78, 1303 (2001).
Primer microdisplay microLED de accionamiento activo mediante integración entre matriz microLED y Si CMOS en formato VGA (640 x 480 píxeles, tamaño de píxeles 12 mm y paso de píxeles 15 mm) capaz de reproducir imágenes gráficas de vídeo - Jacob Day, Jing Li, Donald Lie, Zhaoyang Fan, Jingyu Lin y Hongxing Jiang, “CMOS IC for micro-emitter based microdisplay” 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, "Microdisplays de nitruro de grupo III de alta resolución", SPIE Newsroom, número de diciembre (2011); doi: 10.1117/2.1201112.004001.
MicroLED de nitruro de galio transferidos a una placa posterior de silicio: están optimizados para conexiones de datos de alta velocidad

MicroLED , también conocido como micro-LED , mLED o μLED es una tecnología emergente de pantalla plana que consiste en matrices de LED microscópicos que forman los elementos de píxel individuales . La tecnología microLED de semiconductores inorgánicos (μLED) [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 video en formato VGA fue realizada en 2009 por Jiang, Lin y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Texas y III-N Technology, Inc. a través del control activo de una matriz microLED por un IC semiconductor de óxido metálico complementario (CMOS). [6] En comparación con la tecnología LCD generalizada , las pantallas microLED ofrecen mejor contraste , tiempos de respuesta y eficiencia energética . [7]

Los microLED ofrecen requisitos de energía muy reducidos en comparación con las pantallas LCD convencionales, al mismo tiempo que ofrecen control de luz a nivel de píxel y una alta relación de contraste . [7] [8] La naturaleza inorgánica de los microLED les da una ventaja de vida útil más larga sobre los OLED y les permite mostrar imágenes más brillantes con un riesgo mínimo de quemado de la pantalla . [ 7] El tiempo de respuesta de sub-nanosegundos de μLED tiene una gran ventaja sobre otras tecnologías de visualización para pantallas 3D/AR/VR ya que estos dispositivos necesitan más píxeles por imagen, más cuadros por segundo y tiempos de respuesta rápidos (menos imágenes fantasma). [7] Los microLED son capaces de modulación de alta velocidad y se han propuesto para aplicaciones de interconexión de chip a chip. [9]

A partir de 2021 [actualizar], 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] Los microLED se pueden hacer flexibles y transparentes , al igual que los OLED. [27] [26]

Según un informe de Market Research Future, el mercado de pantallas MicroLED alcanzará alrededor de USD 24,3 mil millones para 2027. [28] Custom Market Insights informó que se espera que el mercado de pantallas MicroLED alcance alrededor de USD 182,7 mil millones para 2032. [29]

Investigación

Tras el primer informe sobre microLED 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 involucrado rápidamente en la búsqueda de 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 de microLED que permiten el desarrollo de LED de 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 funcionamiento de bajo voltaje de los LED y las micropantallas autoemisoras de alto brillo. [39] [6]

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

Las primeras matrices y micropantallas de microLED basadas en InGaN se controlaban principalmente de forma pasiva. La primera micropantalla de microLED de InGaN con capacidad de emisión de vídeo y control activo en formato VGA ( 640 × 480 píxeles, cada uno de 12  μm de tamaño con 15  μm entre ellos) que poseía requisitos de bajo voltaje fue patentada y realizada en 2009 por Jiang, Lin y sus colegas de Texas Tech y III-N Technology, Inc. (una empresa financiada por Jiang y Lin) mediante la integración entre la matriz de microLED y el circuito integrado (CI) CMOS [6] y el trabajo también se publicó 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 las protuberancias de soldadura se depositan sobre obleas de silicio mediante procesos de fabricación y metalización 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 . 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 de fabricación de semiconductores convencionales. [48] [49] [50] 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 de láser excimer, que utiliza un láser para debilitar la unión entre el LED y su sustrato. El reemplazo de LED defectuoso debe realizarse utilizando 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 deben reemplazarse. Cada LED puede tener un diámetro de hasta 5  μm. [54] [ 55] [56] [57] [58] Es necesario mejorar las técnicas de epitaxia de LED para aumentar el rendimiento de los LED. [59] [60] [61]

Los láseres excimer se utilizan en varios pasos: el despegue láser para separar los LED de su sustrato de zafiro y eliminar los LED defectuosos, para fabricar la placa base LTPS-TFT y para 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 están explorando el uso de fósforos y puntos cuánticos para eliminar la necesidad de LED de diferentes colores. [65] [66] [67] [68] Se pueden incorporar sensores en pantallas microLED. [69]

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

La modulación por ancho de pulso digital es muy adecuada para controlar las pantallas microLED. Los microLED experimentan un cambio de color a medida que cambia la magnitud de la corriente. 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, con una resolución de pantalla que aumenta con el tamaño. También contienen mecanismos para proteger la pantalla contra el agua y el polvo. Cada gabinete tiene 36,4 pulgadas (92 cm) en diagonal 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 se 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 demostraron la primera micropantalla microLED RGB del mundo, que mide 0,55 pulgadas (1,4 cm) en diagonal, en la SID Display Week 2017. Glo transfirió sus microLED a la placa base de Jasper Display. [77]

Sony lanzó una pantalla "Crystal LED" de 55 pulgadas (140 cm) en 2012 con una resolución de 1920 × 1080 , como producto de demostración. [78] Sony anunció su marca CLEDIS (Crystal LED Integrated Structure) que utiliza LED montados en superficie para la producción de pantallas grandes. [79] A partir de agosto de 2019 [actualizar], 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 consumidores que van desde pantallas 1080p de 110 pulgadas (2,8 m) hasta pantallas 16K de 790 pulgadas (20 m). [81]

Samsung demostró una pantalla microLED de 146 pulgadas (3,7 m) llamada The Wall en el CES 2018. [ 82] En julio de 2018, Samsung anunció planes para llevar un televisor microLED 4K al mercado de consumo en 2019. [83] En el 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 mundial 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 IFA 2018 en agosto, LG Display demostró una pantalla microLED de 173 pulgadas (4,4 m). [17]

En la Semana de la Pantalla de SID de 2019 en mayo, Tianma y PlayNitride demostraron su pantalla microLED de 7,56 pulgadas (19,2 cm) desarrollada en conjunto 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 en conjunto con PlayNitride. [20] Plessey Semiconductors Ltd demostró una oblea monolítica azul monocromática de GaN sobre silicio adherida a una pantalla microLED de matriz activa de 0,7 pulgadas (18 mm) con placa posterior CMOS de Jasper Display con un  paso de píxeles de 8 μm. [89] [90] [91] [92]

En la Semana de la Visualización de la SID de mayo de 2019, Jade Bird Display presentó sus micropantallas microLED de 720p y 1080p con una distancia entre puntos 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 [93].

El 4 de septiembre de 2019, en Touch Taiwan 2019, AU Optronics presentó una pantalla microLED de 12,1 pulgadas (31 cm) e indicó que la microLED estaba a 1 o 2 años de su comercialización masiva. [94] El 13 de septiembre de 2019, en IFA 2019, TCL Corporation presentó su Cinema Wall 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 (se estrenó en el CES 2024)

A partir de 2024, Samsung ya ha lanzado productos con pantallas microLED, entre ellos The Wall. La tecnología de pantalla microLED de Samsung transfiere LED a escala micrométrica a módulos LED, lo que da como resultado lo que se asemeja a mosaicos de pared compuestos por grupos de luces casi microscópicas transferidas en masa. [95] [96]

MicroLED transparente de Samsung (se estrenó en el CES 2024)

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

LG también presentó en el CES 2024 su pantalla microLED: LG MAGNIT. [98]

En términos de micropantallas microLED, Jade Bird Display lanzó una serie de pantallas MicroLED de 0,13" que tiene un área activa de 0,13" (3,3 mm) en diagonal y una resolución de 640X480 para productos de visualización AR y VR. [99]

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 la integración vertical completa . [100] La transición a MicroLED comenzará con el Apple Watch , y los primeros relojes MicroLED podrían ingresar al mercado a principios de 2026. [101]

Véase también

Referencias

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  • Primera micropantalla microLED de alta resolución con capacidad de vídeo y accionamiento activo en formato VGA
  • Reseña de MicroLED (2013)
  • La tecnología microLED en exhibición (2024)
  • LED de cristal - Sony
  • El muro
  • MicroLED MAGNIT de LG
  • "The Long View With John Doerr", John Doerr de KPC&B describe el concepto microLED, comienza alrededor de los 5 minutos.
  • Las pantallas LED son significativamente diferentes de las microLED
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