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哥伦比亚大学教授:Monolithic micro-LED microdisplays fabricated using laser recrystallization on Gan

   2019-12-16 中华液晶网中华液晶网570
核心提示:今天早上我们听到了一些来自micro display的应用程序。现在,其中一个方法是直接应用至少较小的微型显示器是使用被动矩阵方法。所以我喜欢告诉我的学生用他们手机的慢动作模式检查所有的显示器。现在大多数手机都有一个240小时的慢镜头。如果你看一下,例如,在地铁站,这是我们大学外面的地铁标志。

非常感谢主持人的介绍和组委会的邀请,我很荣幸。我是哥伦比亚大学的化学家, 也是Lumiode Inc的联合创始人之一。今天我将讲一点关于我们已经采取的两种制作微型显示器的方法。

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在我开始之前,我有义务解释哥伦比亚大学在哪里。我们位于纽约。一个城市有许多岛屿,我们在曼哈顿岛。基本上,中央公园是你可以在曼哈顿中部看到的绿地。我们就在三个街区外,就在大学旁边,但是由于他们使用的设备,我不得不搬家,我可以走过去。我是数码点的忠实粉丝。所以哥伦比亚大学在这里,然后低模在这里,因为激光结晶的速度很快,在大学旁边的建筑物,这是在一个旧的地区。所以,如果你在纽约,请随时来参观,如果你来拜访我们,请让我们知道。我们也很乐意为研讨会和诸如此类的活动举办演讲。所以我们来这里都是为了同样的原因,那就是它们的价值真的很高。我在这里说。它们提供了一个非常高的效率,非常高的亮度,优秀的点,和真正的性能,这是任何其他可控光源所无法比拟的。但我们在这里要讨论一些挑战。其中之一是,解决LED是一个相当重大的挑战。

今天早上我们听到了一些来自micro display的应用程序。现在,其中一个方法是直接应用至少较小的微型显示器是使用被动矩阵方法。所以我喜欢告诉我的学生用他们手机的慢动作模式检查所有的显示器。现在大多数手机都有一个240小时的慢镜头。如果你看一下,例如,在地铁站,这是我们大学外面的地铁标志。你可以看到它实际上是作为一个被动矩阵运行的,它只有七个像素高。所以那里的方法很直接。你以正常亮度的七倍闪烁第一行。然后转到下一行。你闪现那一行,你进入下一行,你闪现,等等。对于小屏幕,这是非常简单的。所以,如果我们有n行,7行,10行,100行,我们可以以更亮的亮度运行显示,然后移动到下一行,然后使用LED的校正功能来定位和隔离下一行。微显示的一大优点是我们可以驱动微显示并且亮度极高。所以如果是直视显示,我们需要运行200个网络,LED可以运行1000万5000万个网络。所以我们有很大的空间来选择行。一般来说,不是峰值亮度限制了我们在8K以下的显示,甚至8K也可能是一个挑战。不过,第二个问题是,如果我们观察互连线的电阻,在子帧中的地址期间,我们需要驱动的电流量相当大。如果我们计算每行的电压降,电压降会随着显示立方体的分辨率而变化。因此,对于10行的显示,您甚至不会注意到100行,这不是问题。但一旦我们开始达到1000或10000行,数据就真的升级了。为什么是立方体?你有一个n的因子,因为我们之前提到的选择时间。例如,如果我有100行,我需要在这个时间内以100倍的亮度运行,因为选择时间仅为帧的11%。第二个是因为列的数量,我们得到的电压降将由所有列上的电流给出。如果我把列数增加一个因子n,把行数增加一个因子n,我也需要把列数增加一个因子。然后第三个进来是因为排的阻力。所以每个元素的单元电阻随列数的增加而增加,结果就是电压下降。这个数字很快就消失了。这就是三个因素。现在在液晶显示器上,有很多机会使用一些技巧。例如,我们看到了双重扫描。在双扫描中,液晶显示中也有一个标度律,告诉我们行数影响选择比。在双扫描中,我们可以将显示器切成两半并减少行数。而在液晶显示中,这导致了标度的显著提高,因为旧的经典定律中有一个平方因子。不幸的是,我们的法律没有这个规定。因此,只有双面驱动的因素,才是另一种在液晶显示中使用的方法,现在仍然在使用。这只给你买了四个因子。因此,这两种技术都没有从n cube改变为任何其他比例因子。实际上,一旦我们开始超过200行,就很难想象制作实际的显示器。作为一个被动的矩阵,超过一千个是具有挑战性的。所以解决的办法就是引入一个主动矩阵来进行救援。这对微型显示器和大型显示器都是正确的。我们在主动矩阵中的不同之处在于,我们不再需要在每帧中使用过驱动。因此,我们不必一次以n倍的强度驾驶一行,而是可以寻址一行,然后下一行,运行下一行。这对我们来说意味着,电压的变化,Delta v max只随行数的平方而变化。这是一个更容易理解的数字,我们可以在实际展示中想象。因此,我们有两种方法来考虑。我们有一个被动矩阵,在这里你可以得到这种n立方,我喜欢称之为标度灾难。这意味着我们只能在较低的亮度下驱动较小的显示器。或者,如果我们移动到一个活动矩阵,因为我们没有超速驱动,我们可以开始驱动显示器的全强度观看,也可以让想象更小的像素和更高的峰值发光。所以我们在哥伦比亚大学所采取的,卢西奥所采用的方法是,从LED开始,然后将有源矩阵加入,为微显示器制作有源矩阵,今天我们将听到其他有趣的,我认为非常令人兴奋的技术,把晶体管和半导体结合起来,以形成这种有源矩阵。但我们一直采取的方法让我们可以从绝对高质量的LED开始。如果你有一个更好的LED织机的主意,你可以把它收进来加工,然后我们在上面加上晶体管。现在异质电子学总是有一个完美的问题。如果我的背景是一个有机半导体,在那里总是有一个挑战,使非常高的亮度,但它很容易得到完美的材料,因为分子材料没有任何悬挂键和无机材料。制作一个好的LED所需的完美程度远远高于制作好晶体管所需的完美程度。因此,这种方法允许我们充分利用这两种技术,将它们结合在一起,形成一个整体。所以这个过程非常简单。我们从LED晶片开始,对其进行预处理,以分离每个LED元素。然后我们沉积一个热缓冲层,在右上角显示为s I 02沉积层,一层氢含量低的非晶硅,用激光将其再结晶。然后我们可以在上面建一个晶体管。现在好的是这是完全可扩展的,它不必与LED共享区域,尽管这是一个选项。所以我们通常使用蓝宝石上的LED,或者现在我们可以发布这些LED。光线从底部出来,我们在顶部得到整个电路区域。现在,这种方法几乎没有什么挑战。其中之一就是我们使用的硅材料必须注入激光结晶。这是一个解决了的问题,但它需要一些脱氢和一些结构的管理。第二个问题是管理缓冲层、LED和我们放在上面的硅的化学相容性,以及管理热膨胀系数的差异。有一个时刻对我们的设备非常关键,那就是当激光击中。这就是我们使用激光结晶的原因,而不是不同的方法。但使用热缓冲器的好处是,当我们用准分子激光击中这个画面时,我们今天也可以使用其他一些激光。但当激光击中多晶硅的顶面时,硅的熔点达到1500摄氏度左右。但这一切发生得非常快。所以你可以看到硅在哪里加热,它融化并吸收熔化的热量。然后凝固,把热量释放出来,开始放松。这一切都发生在大约十分之一微秒之内。所以热量从上到下扩散大约需要一两微秒。所以底部的基板,有氮化镓和其他的电子元件,甚至金属化,只能看到大约70或80摄氏度的温度。因为当热量扩散到底部时,它现在大约是吸收顶部能量的硅的热质量的20倍。因此,我们可以将其与各种定向晶化方法一起用于获得高性能晶体管。我们有时使用的技术之一是顺序横向凝固。也有其他技术,但它可以让我们得到一个非常高的流动性直接在后端和氮化镓。我们也在砷化铟镓系统上演示过,对不起,还有幻灯片先生,但我不知道这是否重要。因此,这类显示了您可以获得的性能类型。然后你可以在上面建电路。我们可以做晶体管和一些晶体管电路。我只是在展示一些来自月球的漂亮照片。现在,组织者要求我们解决的一个问题是,这些设备有什么有趣的应用?我们非常兴奋的是增强现实或者混合现实和增强现实的应用。我们真的需要一个非常高强度的光源来克服你在环境中可能有的背景亮度。所以在虚拟现实中,你可以把世界的其他地方都屏蔽掉。只需要几百分钟就可以显示出来。但在增强现实系统中,我们首先需要克服背景。如果你走到外面,拿一个发光计对着地面射击,你会看到大约一千尼特的亮度。如果你想对比度为10比1,你的显示器需要在10000分钟。虚拟亮度。如果你有半透明的光学元件,还有一个10或20的因子,这些光学元件需要有过驱动才能得到亮度,以便在室外环境中有非常低的对比度。所以,如果我们开始看什么是可用的,LED可以给你一个大概5000,它的最大值,这对室内增强现实效果很好。但这对户外应用来说是个挑战。液晶当然可以达到很高的亮度,但在功率效率和整体性能上会有一些牺牲。只有微显示器,我们才能进入十万或一百万个网络,这是我们需要的地方,以便有这样的开销。现在我们要考虑的另一件事是我们可以在非显示应用程序中使用Micro lady。这是非常高的亮度不仅仅是为了刺激我们的眼睛。我认为我们也应该考虑利用他。其中之一是在生物医学系统。几年来,我们一直在研究大脑中的血液流动,因为测量血液流动可以让你知道大脑的哪些部分是活跃的,哪些部分是安静的。你可以利用这项技术来找出大脑中哪些区域容易癫痫发作。我们已经能够使用更小的微显示射线作为激发源和探测器。我们可以进一步讨论为什么这是有意义的,以便绘制血液流动的位置。为了找出大脑活跃的部位来指导人类解决癫痫发作障碍的手术。这是地图。这是在动物模型上做的。这显示了你能得到的地图。而高密度的微ds在这里提供了一个显著的优势。现在,1中的第二个问题,我之前没有提到,是微显示器的挑战之一,是我们通常使用一个单一的LED,这意味着我们被锁在了这个绰号里。我们摆脱后将有很多转变的机会。为了研究生物医学设备的映射应用,我们还需要解决这个问题。在这里,我们能做的是,我们有一个同事的合成器量子点,它直接在血红蛋白的is is最佳点,也就是他可能在其中血红蛋白和脱氧血红蛋白具有相同吸收的波长。然后我们就可以把它和本地的LED结合起来,不仅绘制血流图,还绘制含氧血液的情况。这样,我们就可以更仔细地观察血液在大脑中的流动位置,以及不同部位使用了多少能量来描绘表现。现在,我们还可以在其他领域考虑大型微型百合显示屏。我的同事看到我们在大脑上做了什么,问我们是否也可以用它看手指。当人们患上关节炎时,骨头和手指开始靠得更近,你就失去了两者之间的间隙。

还有一种叫做漫散射的技术,你可以通过手指的不同部位发出光,然后在另一边测量光。通过观察光线如何传播的不同组合,我们可以找出骨头有多近,并诊断出被诊断出的情况,三天的程度有了进展。现在,这需要一个相对较大的器件阵列,但也需要器件在柔性衬底上。这是一个具有挑战性的技术,我们以前尝试用有机发光二极管来实现,但它不能提供你所需要的发光,才能可靠地穿过人体组织,绕过皮肤中的骨骼。最近,我们又开发了一个应用程序,我们正在研究乳腺组织。病人做了切除肿瘤的手术后,乳房中的血管重新生长。这些血管的再生长模式可以用来判断肿瘤是否复发,或者手术是否成功。在左边,你可以看到今天用于这类临床试验的仪器。你看它有很多光纤。就像一台巨大的刑具。右边是我们和当地时装学校共同开发的一个系统,它使用了一个微型LED阵列。你穿上它,它符合身体的形状。它需要一个类似的测量。所以微型显士在显示器上都有一定的牵引力,但也可以用于其他领域。我认为这是一些重要的市场。所以我希望我已经让你们相信,微显示器在光学、电子和效率方面为我们提供了无与伦比的性能。而有源矩阵对于制作高分辨率、高密度的显示器非常关键,因为要制作高信息含量的显示器,我们需要使用的驱动方案确实需要使用连续驱动技术。以便我们能够驱动那些高密度和高分辨率的元件。现在有很多方法可以实现。一个活跃的矩阵将听到一些非常有创意的今天。但我们一直使用的一种方法是直接制造。我希望我也能让你们相信微显示器不仅仅是在建一个空间。有很多技术。有很多创新,我希望我们能看到它们在展示和其他方面的应用。最后,我要感谢所有做这些工作的人,他们是我的学生。非常感谢你的关注。


 
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