當一個新技術剛開始出現時，往往會帶來很多希望和很多可能。近期，LED行業又有哪些新技術？新技術會帶來哪些領域的發展？
UV LED能消滅新冠與艾滋病毒
根據多倫多大學士嘉堡分校病毒學雜志上發表的一項研究，辦公室和公共場所使用的集成UV LED相同燈泡可以消滅冠狀病毒和其他細菌。
該研究的高級作者Christina Guzzo說，通過廉價的改裝，它們也可以用于許多標準的照明裝置，為公共場所帶來“獨特的吸引力”。
“我們正處在一個關鍵時刻，我們需要利用每一個可能的停止來使我們擺脫這種大流行病，”該校生物科學系的副教授Guzzo說?！皯撌褂妹恳粋€可以輕松實施的緩解策略?！?/p>
紫外線燈通過輻射殺死病毒。Guzzo與博士生Arvin T.Persaud和Jonathan Burnie一起，首先在以抵抗這種輻射而聞名的細菌孢子（被稱為Bacillus pumilus孢子）上測試了這種燈。
“如果你能夠殺死這些孢子，那么你可以合理地說，你應該能夠殺死你在環境中經常遇到的大多數其他病毒，”Guzzo說。在紫外線照射的20秒內，孢子的生長下降速度了99%。
研究人員隨后制造了含有冠狀病毒或HIV的飛沫，以模擬人們在公共場合遇到病毒的典型方式，例如從咳嗽、打噴嚏等。然后將這些飛沫暴露在紫外線下，并放入一個培養物中，以觀察是否有任何病毒保持活性。僅僅暴露30秒，病毒的感染能力就下降了93%。
在測試不同濃度的病毒時，他們發現具有更多病毒顆粒的樣本對紫外線的抵抗力更強。但即使病毒量如此之高（Guzzo稱其為“最壞的情況”），感染力也下降了88%。
盡管沒有包括在研究中，Guzzo和她的學生還將紫外線與實驗室研究中使用的兩種重型消毒劑進行了比較。他們發現這些燈在使病毒失活的能力方面具有類似的效果。
她說：“我真的很驚訝，紫外線的性能與那些常用的實驗室化學品相同，我們把它們視為黃金標準。這讓我覺得，‘哦，我的天哪，這是一個合法的工具，真的沒有得到充分利用’?！?/p>
雖然燈光仍然使一小部分病毒得以存活，但Guzzo提到了防御COVID的“瑞士奶酪模型”。每一種對抗傳播的策略都有其漏洞，但每一層都是阻止散落的病毒顆粒的另一個機會。
反復暴露在紫外線下是捕捉這些遺漏顆粒的關鍵--幸運的是，這就像輕按一個開關一樣容易。換一個燈泡也比換一個空氣過濾系統更簡單。Guzzo指出，UV-LED燈很便宜，可以很容易地在現有的燈具中進行改造，而且燈泡的壽命很長，維護起來也很簡單。
Guzzo說：“你可以用一種不妨礙人們享受他們渴望的日常'正常'生活的方式進行消毒?！?/p>
這些燈也得益于自動化。每次都可以提供標準化的殺菌劑量，而用消毒劑擦拭空間的過程則有可能出現人為錯誤。這些消毒劑產生的化學品和廢物也會因為洗手和扔掉抹布而最終進入流域和垃圾填埋場。
但是燈光并不是無害的，涂抹防曬霜和戴太陽鏡是有原因的--紫外線輻射會損害核酸，反復、長時間的照射是有害的。這就是Guzzo說這些燈應該在公共場所空著的時候使用的原因，比如在空出的巴士已經完成了它們的路線，或者在無人使用電梯時。自動扶梯的扶手可以通過在軌道的地下部分放置紫外線燈來持續消毒，在每次旋轉時對其進行清潔。
Safe Antivirus Technologies公司是一家位于多倫多的初創公司，它與Guzzo合作進行研究，正在開發獨特的UV-LED照明模塊。通過運動傳感器，當房間里沒有人的時候，這些燈會自動切換到紫外光，然后在有動靜的情況下轉回普通光。
這項研究已發表在《病毒學雜志》上，它強調UV-LED燈是一種可以在大流行之后使用的工具，最好能幫助預防另一次大流行。
Guzzo說：“像COVID-19大流行這樣的世界性事件，盡管很可怕，但希望仍然可以從中吸取教訓。我們學到的一件事是，這是一個沒有得到充分利用的工具，我們應該更多地考慮實施?！?/p>
全球首創的無失真可拉伸Micro-LED元顯示技術
據 Business Korea 報道，韓國科技信息通信部下屬的韓國機械材料研究院（KIMM）成功開發出了一種 Micro-LED 顯示技術，可在圖像不失真的情況下將顯示單元最多拉伸 25%。
由 KIMM 納米力學系高級研究員 Jang Bong-kyun 領導的一個研究小組最近開發了一種單軸拉伸下的無變形可拉伸元顯示器，并在同行評審期刊 Advanced Functional Materials 上發表了他們的研究成果。
這一成果是在先進元材料中心 (CAMM) 的支持下，作為科學和信息通信技術部全球前沿項目的一部分，于 2019 年開展的“基于 Micro-LED 的元顯示技術開發”項目開發的. KIMM納米力學系自2008年以來一直在研究micro-LED轉移技術領域。
KIMM 研究團隊在世界上首次成功開發出 3 英寸 micro-LED 元顯示器，即使將顯示器拉向給定方向，也不會扭曲顯示的圖像。這是通過使用具有自然界不存在的獨特機械性能的超材料的設計和制造技術來實現的。
自然界中的大多數可拉伸材料，例如橡膠，在縱向拉伸時都會出現寬度收縮，從而導致圖像失真。到目前為止，在基于橡膠的可拉伸顯示器的情況下也是如此。
KIMM 研究團隊將具有負泊松比的機械超材料應用于電路板。泊松比是指材料縱向拉伸時寬度收縮的比率。當泊松比為 -1 的機械超材料縱向拉伸時，它展示了以相同比率橫向拉伸的效果。因此，使用這種材料的顯示器的特點是圖像不失真。
在開發這種新的超顯示制造技術時，該團隊將機械超材料設計和制造技術應用于世界領先的大面積 micro-LED 滾動轉移技術?；谠擁椖康某晒Τ晒?，研究團隊計劃對用于超現實虛擬世界的micro-LED顯示器進行后續研究。
此外，為了應對日益增長的 mini-LED 和石墨烯產業，該團隊成立了研究所衍生公司 YTS Micro-Tech 和 MCK-Tech，以推動這些新技術的實際應用。
Jang 表示，他的團隊已經通過使用元結構解決了可拉伸顯示器中圖像失真的根本問題，他和他的團隊將繼續追求元顯示技術的商業化，未來可使其應用于各種電子產品中。
新開發的柔性元顯示技術有望為移動電子設備平臺的多樣化做出貢獻，例如手機和平板電腦。這種顯示器還可以貼在人體皮膚上而不會產生任何皺紋，從而使其在醫療器械、美容和保健領域的應用成為可能。
Micro-LED量子點色轉化陣列器件研究取得進展
Micro LED顯示技術具有高亮度、高對比度、高分辨率、低功耗、長壽命等優點，是繼LCD和OLED之后的下一代顯示技術，但其大規模商業化面臨著技術不成熟、成本高等難題。技術瓶頸之一是如何實現Micro LED的全彩化。雖然已有幾種巨量轉移技術方案如彈性印章轉印、靜電轉印等來解決這些問題并取得了成功，但制造能滿足AR/VR應用的高分辨率全彩Micro LED顯示器仍是巨大挑戰。
采用藍光Micro LED結合量子點色轉換陣列的技術路線是可行的全彩化方案。藍光Micro LED制備工藝成熟、成本相對較低。量子點色轉換技術只需要整體地制造具有極高像素密度的藍光MicroLED顯示器，通過圖案化的量子點色轉換陣列將其部分藍色像素分別轉換成紅色和綠色，即可實現全彩顯示。此外，量子點色轉換陣列還可以作為OLED的色轉換層和LCD的彩色濾光片以提高效率和色域。
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所應光室梁靜秋團隊與北京理工大學鐘海政團隊合作，提出了運用微孔陣列填充及拋光技術對鈣鈦礦量子點進行圖案化，制作了最小尺寸為2μm的量子點色轉化陣列，并利用套刻的工藝實現雙色量子點色轉化陣列的制備。該研究提出的方法具有生產成本低、加工速度快、靈活性和通用性強等優點，為鈣鈦礦量子點的圖案化提供了新思路，并為Micro-LED產業化提出了可行的技術路線。
a、量子點色轉化陣列制備流程，b、像素尺寸40μm和6μm圓形的綠色圖案化鈣鈦礦量子點陣列
a-b、兩英寸玻璃片上的綠/紅色量子點色轉化陣列在紫外光激發下的光學圖像及其各自的局部放大圖，c、長春光機所所標的熒光圖像及其局部放大圖，d、對準標記的熒光圖像，e-f、綠/紅色量子點”CAS”字樣圖
a、套刻法制作雙色量子點色轉化陣列流程圖；b、單個像素尺寸為10μm的雙色量子點陣列圖像；c、單個像素尺寸為30×10μm的雙色量子點陣列圖像，比例尺為200μm
相關研究成果以Micropore Filling Fabrication of high resolution patterned PQDs with a pixel size less than 5 μm為題，發表在Nanoscale上，并入選Nanoscale 2022年度熱門論文集。
大面積MoS2晶體管的全色Micro-LED顯示器
近日，延世大學Jong-HyunAhn團隊提出了一種新型過渡金屬二硫化合物-復合半導體制造方法，與批量微制造工藝兼容。我們展示了如何在基于氮化鎵的外延晶片上直接合成二硫化鉬（MoS2）薄膜以形成薄膜晶體管陣列。隨后，將MoS2薄膜晶體管與微發光二極管（Micro-LED）器件整體集成以產生有源矩陣Micro-LED顯示器。此外，作者展示了一種通過在藍色Micro-LED上打印量子點來獲得紅色和綠色的簡單方法，這允許可擴展制造全色Micro-LED顯示器。該策略代表了實現異構集成的有希望的途徑，這對于可以結合已建立的半導體技術和新興二維材料的高性能光電系統至關重要。
復合半導體上的過渡金屬二硫族化合物
圖1a顯示了制造全色Micro-LED顯示器的階段的示意圖。該過程開始于通過在580℃下進行的金屬-有機化學氣相沉積（CVD）在涂覆有絕緣SiO2緩沖層的4英寸GaN外延晶片上生長雙層MoS2薄膜。在圖案化過程之后，基于MoS2的TFT（頂層）和基于GaN的微LED（底層）單層互連。為了實現全色顯示，通過標準光刻工藝將與透明光致抗蝕劑（SU-8）混合的紅色和綠色QD印刷在微LED芯片上。透射電子顯微鏡（TEM）分析顯示在涂覆有保護性SiO2緩沖層的GaN晶片上形成均勻的MoS2雙層膜。使用原子力顯微鏡（AFM）、TEM和光致發光（PL）、拉曼和X射線光電子能譜確認MoS2膜的層數和質量。MoS2薄膜具有良好的縫合晶界，可以提高電性能和穩定性。
高溫生長（超過750℃）會對GaN晶片的多量子阱（MQW）造成熱損傷。為了避免這種損壞，MoS2膜在580℃下生長。結果，基于GaN的微LED顯示出相同的特性而沒有任何熱降解。在室溫下測量的拉曼光譜和PL光譜證明MoS2膜在GaN晶片上成功生長。這個制造方法有幾個重要特征：（1）它可以最大限度地減少限制器件性能的互連延遲，因為MoS2TFT垂直集成在GaN上，從而產生高工作頻率。（2）整個制造過程在相對較低的溫度下發生，從而避免在處理覆蓋的背板期間對下面的微LED層造成熱損傷。（3）GaN基LED和MoS2 TFT的整體集成適用于大規模集成過程。這些特性可以克服傳統微LED技術的一些局限性。
圖1 MoS2晶體管和GaN基全色微型LED顯示器的整體集成
圖2顯示了GaN/Si晶片上的MoS2薄膜與典型SiO2晶片上的MoS2薄膜的光學和電學性質之間的比較。GaN上的SiO2緩沖層提供與MoS2半導體層的絕緣，并使GaN外延晶片的粗糙表面更光滑。GaN外延晶片的表面粗糙度通常在0.5至4.1nm的范圍內，導致MoS2晶體的生長遲緩。由于粗糙表面引起的散射導致所得器件中的電性能嚴重降低。使用高密度等離子體（HDP）CVD技術在GaN上形成光滑的SiO2層。在等離子體輔助沉積過程中形成的硅烷醇基團增強了SiO2層的潤濕性。兩種MoS2薄膜在不同的基底上生長顯示晶片尺度均勻性和優異的光電性能。A1g模式的空間拉曼映射集中在406.0 cm?1每個MoS2膜中的1個顯示出生長的MoS2的高均勻性。
此外，在2英寸GaN/藍寶石晶片上合成的MoS2表現出良好的空間均勻性和性能，這與在GaN/Si晶片上生長的MoS2相當。拉曼光譜的和A1g模式以及1.87–1.88 eV的PL光譜分別表現出相似的峰距和峰位置。這表明在每個襯底上形成了均勻且幾乎相同的MoS2晶片級雙層。在GaN和SiO2晶片上制造的頂柵雙層MoS2 TFT（溝道寬度（W）和長度（L）分別為120和6μm）產生場效應遷移率（μFE）和閾值電壓（VTH）值分別為12.1±2.3cm2V-1s-1和1.6±1.5V，以及12.6±1.9cm2V-1s-1和1.2±1.8V。無論這些器件中的基板如何，TFT特性都相似。
圖2 生長在GaN晶片上的雙層MoS2的光學和電學性質
MoS2 TFT和Micro LED的整體集成
在GaN外延晶片上生長的MoS 2膜的均勻性使得能夠批量制造活性基質微LED顯示器。圖3a示出了在GaN/Si襯底上形成的16×16陣列的頂部發射微LED和在GaN/藍寶石襯底上的100×100陣列的底部發射微LED的16組。對于GaN/Si襯底的情況，W/L為45μm/10μm的TFT的漏極連接到微LED的陽極。集成器件中的MoS2 TFT顯示μFE為12.3±2.6 cm2 V-1 s-1、開/關比為109±10、亞閾值擺動為0.8±0.2 V dec-1，VTH為2.4±1.2 V。特別地，TFT的VTH表明當施加零柵極電壓時，微LED表現出正常的off操作。這種行為對于顯示電路的低功耗很重要。
此外，MoS2TFT的輸出特性表明，在10 V的柵極電壓下，漏極電流值達到0.4mA，具有歐姆特性。MoS2晶體管陣列的μFE和VTH的直方圖顯示出均勻的值，平均值分別為11.2 cm2 V-1s-1和1.1 V。這些結果表明，MoS2晶體管適用于大面積微LED顯示器的可靠生產。通過優化MoS2生長和器件制造工藝，可以進一步改善MoS2 TFT的特性，以便穩定運行微LED。MoS2為集成過程提供了便利和可擴展的優勢，廣泛用作微型LED顯示器的背板TFT。最后，檢查了MoS2 TFT集成的微LED像素的電學特性。硅襯底（180μm×100μm）和藍寶石襯底（90μm×90μm）上的微LED開始在柵極源電壓（VGS）和數據電壓（VDD）值超過?0-2V，這與典型LED芯片的接通電壓相當。通過在+8和0 V之間交替柵極脈沖偏置，集成器件也在+6 V的固定VDD下從off狀態驅動到on狀態，這表明在60 Hz時沒有任何均勻和快速的開關響應延遲。
每個像素單元的亮度由固定VDD下的調制VG清楚地控制。Micro LED處于關閉狀態，當VGS處于關閉狀態時，低于?0–2V，并且像素單元的光強度隨著VG的增加而增加，這表明出色的柵極可控性。此外，集成器件可以在一周的時間內保持穩定的輸出。特別地，由于襯底的透明性，在藍寶石襯底上制造的底部發射微LED實現了~100%的發射面積比。這些結果表明，單層集成器件可用于微LED顯示器。
圖3 MoS2 TFT集成微LED的批量制造及其電學性能
全彩色有源矩陣微型LED顯示屏
對于系統級操作、數據線、柵極和接地線連接到漏極，柵極和LED的n-pad。使用柔性印刷電路板將制造的微LED電連接到外部驅動電路，并以60Hz刷新率驅動。在驅動電路中編碼了五個字母字符'M'，'I'，'C'，'R'和'O'，并通過頂部發射以高產量和均勻性顯示。此外，藍寶石基板上的微型LED顯示器能夠實現底部發射，以類似的方式操作，以展示具有每英寸100像素的相對高分辨率的大面積顯示器。微LED像素的產量約為92%。為了進一步演示508 ppi的高分辨率顯示器，小尺寸10 m×10 m的微型LED與W/L=20m/2 m的MoS2 TFT集成在一起，表現出穩定的操作。此外，為了實現RGB，將全色顯示器，CdSe/ZnS綠色和紅色膠體QD與透明的基于環氧樹脂的SU-8光致抗蝕劑混合，并通過標準光刻工藝進行圖案化。固化的SU-8環氧樹脂也可用于封裝分散的QD，從而長期提高QD發射性能的穩定性。
優化的QD轉換層的吸收和PL光譜顯示出作為顯示器的顏色轉換器的優異特性，綠色和紅色QD的外部量子效率分別為27.76%和26.30%。綠色和紅色QD在450nm處顯示出高吸收，其由基于GaN的藍色微LED發射。因此，它們可以被藍色微LED激發，并分別在640 nm和530 nm處發出紅色和綠色。顯示器制造在具有頂部發射的Si襯底上，穩定工作而沒有任何光學串擾，并呈現三種不同的顏色：紅色，綠色和藍色。所得微LED的電致發光光譜顯示紅色，綠色和藍色像素分別顯示643538和454nm的峰值波長。藍色與紅色和綠色像素一起可以略微觀察到。這種現象可以通過進一步改進微LED的設計和工程來克服。
為了確認顯示器的色域，調查了其國際照明委員會（CIE）的色度。有源矩陣全色微型LED顯示器的顏色覆蓋率達到CIE 1931色彩空間中國家電視標準委員會規范的110%。然而，在藍寶石上制造的底部發射顯示器提出了另一個挑戰。紅色和綠色量子點的光轉換效率和顏色純度受藍寶石厚度的強烈影響。藍寶石襯底的厚度控制和器件層從襯底分層后的QD圖案化可以避免這個問題。
圖4 使用MoS2 TFT和QD的全色有源矩陣微LED顯示屏的操作
作者開發了一種全色有源矩陣微LED顯示器，使用GaN外延晶片和量子點上的MoS2。該制造方法允許MoS2作為有源元件的整體集成，以驅動微LED的全色顯示。使用傳統氧化物和Si互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術將背板TFT與微型LED陣列集成需要在粘接過程或傳輸過程中具有高精度的對準，特別是當微型LED芯片的尺寸減小時對于高分辨率顯示應用，縮小到<10μm的比例。此外，需要復雜的激光工藝將非晶Si局部結晶成多晶Si的低溫聚Si背板引起了由于激光照射引起的微LED發光退化的擔憂。然而，MoS2在相對較低的溫度下直接在GaN外延晶片上合成而不會損壞LED有源層，因此可以制造用于高分辨率micro-LED顯示器的背板TFT，而無需額外的復雜工藝。這種方法將為需要結合半導體材料的異質集成光電器件提供機會。在這種器件中結合諸如III-V化合物半導體，Si和2D材料的材料不僅可以應用于活性基質顯示器，而且可以應用于需要組裝不同半導體的光學和生物傳感器。
超高分辨率量子點LED
福州大學李福山教授團隊聯合寧波材料所錢磊研究員，利用有序分子自組裝技術和轉移印刷技術相結合的方法，提出一種抑制高分辨率器件漏電流的新策略，制備出了高性能的超高分辨率量子點發光二極管。相關研究論文3月1日在線發表于國際頂級期刊《自然-光子學》（影響因子38.77）。該論文以福州大學為第一完成單位，第一作者為物信學院碩士生孟汀濤，李福山教授為論文通訊作者。
近年來，在“元宇宙”、智慧醫療等新興概念的驅動下，下一代顯示器為像素分辨率設定了更高的標準，以滿足海量信息及AR/VR顯示等不斷升級的應用需求。開發具有千級乃至萬級PPI（每英寸所擁有的像素數目）、可在微小空間輸出海量信息的極高分辨率顯示器，是進入“元宇宙”的重要途徑。量子點發光二極管由于其優異的光電特性，如高色純度、高發光效率等在照明顯示領域具有廣闊的應用前景。然而，如何實現量子點發光二極管的高分辨率像素化，仍然是一個關鍵瓶頸。
（a）LB-TP工藝示意圖；（b）微結構PDMS印章的光學顯微鏡圖像；（c-d）微結構PDMS印章的掃描電子顯微鏡圖像（直徑，間距和高度均為500 nm）
該文中，研究人員利用有序分子自組裝技術實現了致密無缺陷的量子點單層膜，并結合轉移印刷技術實現了亞微米級像素的超高分辨率量子點顯示，其最高分辨率達到~25000PPI（人眼極限分辨率約為300PPI）。實現了量子點圖案化薄膜的均勻拾取和釋放，可以輕松制備出亞微米級像素的超高分辨率量子點發光二極管。重要的是，這是目前報告的顯示器件的最高像素密度之一。
值得一提的是，研究團隊首次提出在發光量子點像素之間嵌入蜂窩狀圖案的非發光電荷阻擋層，這種均勻致密的阻擋層有效地降低了器件的漏電流，極大地提高了器件的效率。與之前的研究比較，該成果在高分辨率量子點顯示方面具有更佳性能。因此，該成果為實現具有高性能的超高分辨率發光顯示開辟了一條全新的路線。
據介紹，這種新型的高分辨率圖案化方法在未來可以進一步實現全彩顯示。超高分辨率量子點發光二極管的前景可以應用于下一代“近眼”設備，比如：虛擬現實(VR) 和增強現實 (AR) 應用的頭戴式顯示器和智能眼鏡。
實現柔性有機LED顯示器的全3D打印
美國明尼蘇達大學、麻省理工學院和韓國釜山大學的研究人員合作，研發出一種多模式3D打印技術，實現了柔性有機LED顯示器的全3D打印。
利用3D打印技術制造光電設備可擺脫傳統微加工的諸多限制，獲得具有獨特形態和性能的設備。然而，受活性層不均勻性和聚合物-金屬接點不穩定性的影響，尚未實現光電設備的全3D打印。研究人員先采用擠壓式3D打印在柔性有機薄膜上依次沉積銀納米顆粒和導電聚合物，隨后通過噴墨打印沉積電致發光聚合物，然后通過擠壓式3D打印沉積共晶鎵銦液滴及互連陣列，最后用聚二甲基硅氧烷進行封裝，制成8×8像素的柔性有機LED顯示器。結果表明，該顯示器的像素響應時間約為0.2 ms，能承受2000次彎曲循環，可在125 Hz的刷新率下完成文本和圖像顯示且不出現視覺模糊。
這項研究證明通過多種功能性油墨和3D打印技術的結合，可實現光電設備的全3D打印，將促進柔性電子設備等領域的發展。
粵公網安備 44010602001351號