基于传统色转换LED器件,色域限制在约90%NTSC以内,显示效果已经难以进一步地突破。采用量子点等新型发光材料所制成的LED器件,通过色转换过程可实现红、蓝及绿波段较窄的发射半波宽(<20 nm),色域可以超过120%NTSC,被视为下一代最有潜力的显示技术之 一。但是,目前量子点LED器件仍缺乏有效封装设计,在色转换结构及芯片集成方面仍普遍沿用传统封装结构,因此,限制了器件发光效率与稳定性的提升。
2023年7月5日,上海芯元基半导体采用化学剥离GaN技术,通过特殊设计的光学反射层及量子点色转换技术,实现了高良率、高效纯红光倒装结构和正装结构的量子点MiniLED芯片。该项重大技术的突破将有效降低红光芯片的成本,提高产品的性价比,或将全面提速量子点显示技术的商业化进程。
Figure 1: Structural schematic diagram
倒装结构量子点芯片技术方面,芯元基将剥离后的GaN芯片的出光面,用量子点胶水贴合到已经加工好的特殊光学反射层基板上,该光学反射层,对激发光源的波长具有高反射率,对量子点发光的波段具有非常高的透光率,以此来实现红光量子点更好激发,实现了红光量子点厚度小于1微米的情况下,量子点完全激发后,红光芯片无漏蓝光等现象。量子点芯片加工过程中,我们采用标准的半导体制程,结合光罩对准方法,在像素的侧壁做有高密度的介质层,实现量子点的完全密封,解决量子点在可靠度方面的顾虑。
Figure 2: Optical Reflection Layer Design
产品的特性曲线如下:(芯片尺寸:2*4mil/50*100um)特性曲线:
Forward Voltage Vs Forward current
Forward current Vs Relative Luminous Intensity
Forward current Vs Dominant Wavelength
产品的发光情况及良率如下表:表一:发光测试情况及良率:
Schematic diagram of chip illumination
Flip-chip quantum dot MiniLED-Front illuminated image
Flip-chip quantum dot MiniLED -black illuminated image
Spectral distribution: no blue peak
Chip leakage distribution: IR<0.1uA, yield greater than 97%
chip voltage distribution: 3.1-3.2V@5mA
后续,芯元基半导体将以此技术为基础,进一步开发与量子点色转换层相关显示器件技术,以达到未来高分辨率显示系统的实际需求。基于该量子点技术方案,芯元基半导体正在为国际知名机构开发尺寸小于0.2mm*0.2mm的量子点MIP器件。
芯元基的量子点MIP技术,在GaN晶圆的每个子像素的侧壁均做有金属电极结构,这种结构除了有利于像素的共阴极设计外,也可以更好的解决独立子像素间的光串扰问题,在RGB量子点模板上(QDCC),采用特定结构设计的光学反射镜,实现红光、绿光的高效激发。所有的制程均采用标准的晶圆加工工艺,不需要巨量转移工艺,直接将晶圆芯片和QDCC模板键合,可更容易降低MIP的产业成本的同时,实现高可靠性的像素单元。
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