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自Micro LED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。

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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Micro LED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,Micro LED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。

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)Micro LED。

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Micro LED、光通讯、功率半导体等。

NPQD Micro LED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(Quantum Dot)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Micro LED,解决了Micro LED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Micro LED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Micro LED来激发红光,成功将其光效提高至2-3倍,大幅提高了Micro LED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Micro LED尺寸小于100微米,分选成本极高或几乎无法分选。而NPQD Micro LED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NPQD Micro LED集成到同一芯片,实现了在100多微米的Mini芯片上集成三颗Micro LED,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Micro LED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NPQD Micro LED技术可将Micro LED的整体成本降低10倍,真正提升Micro LED市场竞争力。

据相关市场信息,在发布NPQD Micro LED技术时,Saphlux就吸引了苹果、三星、LG等厂商的极大关注。目前Saphlux NPQD产品已获得全球多家Micro LED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Micro LED显示屏。