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マイクロLEDは、マイクロLED、mLED、μLEDとも呼ばれ、個々のピクセル要素を形成する微細なLEDのアレイで構成される新しいフラットパネルディスプレイ技術です。無機半導体マイクロLED（μLED）技術[1] [2] [3] [4] [5]は、2000年にテキサス工科大学（TTU）のHongxing JiangとJingyu Linの研究グループがカンザス州立大学（KSU）に在籍中に初めて発明しました。VGA形式の最初の高解像度でビデオ対応のInGaNマイクロLEDマイクロディスプレイは、2009年にテキサス工科大学とIII-Nテクノロジー社のJiang、Linとその同僚によって、相補型金属酸化物半導体（CMOS）ICによるマイクロLEDアレイのアクティブ駆動によって実現されました。[6]広く普及しているLCD技術と比較して、マイクロLEDディスプレイは、コントラスト、応答時間、エネルギー効率に優れています。[7]
マイクロLEDは、従来のLCDディスプレイと比較してエネルギー要件が大幅に削減され、ピクセルレベルの光制御と高いコントラスト比も提供します。[7] [8]マイクロLEDは無機物であるため、 OLEDよりも寿命が長く、画面の焼き付きのリスクを最小限に抑えて明るい画像を表示できます。[7] μLEDのサブナノ秒の応答時間は、3D / AR / VRディスプレイ用の他のディスプレイ技術に比べて大きな利点があります。これらのデバイスでは、画像あたりのピクセル数、1秒あたりのフレーム数、応答時間の高速化（ゴーストの低減）が求められるためです。[7]マイクロLEDは高速変調が可能で、チップ間相互接続アプリケーション向けに提案されています。[9]
2021年現在[アップデート]、ソニー、サムスン、コンカがマイクロLEDビデオウォールの販売を開始している。[10] [11] [12] [13] [14] [15] LG、天馬、PlayNitride、TCL / CSoT、Jasper Display、Jade Bird Display、Plessey Semiconductors Ltd、およびOstendo Technologies、Inc.はプロトタイプのデモを行った。[16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]ソニーはすでに、従来の映画スクリーンの代替品としてマイクロLEDディスプレイを販売している。[24] BOE、エピスター、Leyardは、マイクロLEDの量産計画を立てている。[25] [26]マイクロLEDは、 OLEDと同様に柔軟で透明にすることができる。 [27] [26]
Market Research Futureのレポートによると、マイクロLEDディスプレイ市場は2027年までに約243億米ドルに達すると予想されています。 [28] Custom Market Insightsは、マイクロLEDディスプレイ市場は2032年までに約1,827億米ドルに達すると予想されていると報告しています。[29]
研究
2000年にHongxing JiangとJingyu Linの研究グループがインジウムガリウム窒化物（InGaN）半導体に基づく電気注入型マイクロLEDについて初めて報告した後、[2] [3] [4] [5]、いくつかのグループがすぐにこの概念の追求に取り組みました。[30] [31]多くの関連する潜在的な用途が特定されています。AC LED Lighting、LLC（JiangとLinが資金提供している会社）は、マイクロLEDピクセルアレイのさまざまなオンチップ接続方式を採用し、シングルチップの高電圧DC / AC-LED [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38]の開発を可能にし、高電圧電気インフラストラクチャとLEDおよび高輝度自発光マイクロディスプレイの低電圧動作特性との間の互換性の問題に対処しました。[39] [6]
マイクロLEDアレイは、オプトジェネティクスアプリケーション[40] [41]や可視光通信[42]の光源としても研究されてきました。
初期のInGaNベースのマイクロLEDアレイとマイクロディスプレイは、主に受動的に駆動されていました。低電圧要件を備えたVGA形式（640×480ピクセル、各ピクセル のサイズは12μm、 ピクセル間の間隔は15μm）の最初のアクティブ駆動ビデオ対応自己発光InGaNマイクロLEDマイクロディスプレイは、2009年にテキサス工科大学とIII-Nテクノロジー社（JiangとLinが資金提供した会社）の同僚であるJiang、Linによって特許取得され、マイクロLEDアレイとCMOS集積回路（IC）の統合により実現され[6]、その後数年で研究成果も発表されました。[43] [44] [45] [46]
最初のマイクロLED製品は2012年にソニーによって実演されました。しかし、これらのディスプレイは非常に高価でした。[47]
マイクロLEDディスプレイを製造する方法はいくつかある。フリップチップ方式では、従来のサファイア基板上にLEDを製造し、トランジスタアレイとはんだバンプは、従来の製造およびメタライゼーションプロセスを使用してシリコンウェーハ上に堆積される。マストランスファーは、数千個のLEDを1つのウェーハから別のウェーハに同時にピックアンドプレースするために使用され、LEDはリフローオーブンを使用してシリコン基板に接着される。フリップチップ方式は、バーチャルリアリティヘッドセットで使用されるマイクロディスプレイに使用されている。マイクロLEDの別の製造方法では、LEDをシリコン基板上のIC層に接着し、従来の半導体製造技術を使用してLED接着材料を除去する。[48] [49] [50]製造プロセスの現在のボトルネックとなっているのは、すべてのLEDを個別にテストし、レーザーを使用してLEDと基板間の接着を弱めるエキシマレーザーリフトオフ装置を使用して不良品を交換する必要があることである。不良品のLEDの交換は、高精度のピックアンドプレースマシンを使用して実行する必要があり、テストと修理のプロセスには数時間かかる。ガラス基板のスマートフォン画面の場合、物質移動プロセスだけで18日かかることがあります。[51] [52] [53]特殊なLED製造技術を使用すると、歩留まりを向上させ、交換が必要な不良LEDの量を減らすことができます。各LEDは、 直径5μmほどに小さくすることができます。[54] [55] [56] [57] [58] LEDの歩留まりを向上させるには、LEDエピタキシー技術を改善する必要があります。[59] [60] [61]
エキシマレーザーは、 LEDをサファイア基板から分離して不良LEDを取り除くレーザーリフトオフ、LTPS-TFTバックプレーンの製造、完成したLEDのレーザー切断など、いくつかのステップで使用されています。エラストマースタンプを使用した特殊な物質移動技術も研究されています。[62]他の企業は、物質移動コストを削減するために、赤色LED1個、緑色LED1個、青色LED1個の3つのLEDを1つのパッケージにパッケージ化する可能性を模索しています。[63] [64]
量子ドットはマイクロLEDピクセルのサイズを縮小する方法として研究されており、他の企業は蛍光体と量子ドットの使用を検討して、異なる色のLEDの必要性を排除しています。[65] [66] [67] [68]マイクロLEDディスプレイにはセンサーを埋め込むことができます。[69]
130社以上の企業がマイクロLEDの研究開発に携わっています。[70]マイクロLEDライトパネルも製造されており、従来のOLEDやLEDライトパネルの代替品となっています。[71]
デジタルパルス幅変調は、マイクロLEDディスプレイの駆動に適しています。マイクロLEDは、電流の大きさが変化すると色が変わります。アナログ方式では、電流を変えて明るさを変えます。デジタルパルスでは、オン状態に使用される電流値は1つだけです。そのため、明るさが変化しても色の変化は発生しません。
サムスンとソニーが現在提供しているマイクロLEDディスプレイは、タイル状に並べることで任意のサイズの大型ディスプレイを作成できる「キャビネット」で構成されており、ディスプレイの解像度はサイズに応じて増加します。また、ディスプレイを水やほこりから保護するメカニズムも備えています。各キャビネットの対角線の長さは36.4インチ（92 cm）で、解像度は960×540です。[72] [12] [73] [13] [74] [75]
商業化
マイクロLEDは、LCDやOLEDディスプレイに比べて、高輝度、低遅延、高コントラスト比、高彩度、自己発光、優れた効率、長寿命など、すでに性能上の利点があることが実証されています。OLEDディスプレイやLCDと比較すると、マイクロLEDディスプレイは、高性能、耐久性、エネルギー効率の組み合わせで際立っています。[76] 超高輝度は、屋外環境で太陽の明るさと競合する拡張現実ディスプレイのアプリケーションに特に適しています。[76]
GloとJasper Display Corporationは、SID Display Week 2017で、対角0.55インチ（1.4cm）の世界初のRGBマイクロLEDマイクロディスプレイを披露した。GloはマイクロLEDをJasper Displayのバックプレーンに移植した。[77]
ソニーは2012年にデモ製品として、1920×1080の解像度を持つ55インチ（140 cm）の「クリスタルLEDディスプレイ」を発売した。 [78]ソニーは、大型ディスプレイの製造に表面実装LEDを使用したCLEDIS（クリスタルLED統合構造）ブランドを発表した。[79] 2019年8月現在[アップデート]、ソニーは146インチ（3.7 m）、182インチ（4.6 m）、219インチ（5.6 m）のディスプレイでCLEDISを提供している。[80] 2019年9月12日、ソニーは1080p 110インチ（2.8 m）から16K 790インチ（20 m）のディスプレイまで、消費者向けにクリスタルLEDの提供を開始すると発表した。[81]
サムスンはCES 2018で、146インチ（3.7 m）のマイクロLEDディスプレイ「The Wall」を披露した。[82] 2018年7月、サムスンは2019年に4KマイクロLEDテレビを消費者市場に投入する計画を発表した。 [83] CES 2019では、サムスンは75インチ（1.9 m）の4KマイクロLEDディスプレイと219インチ（5.6 m）の6KマイクロLEDディスプレイを披露した。[84] 6月12日、InfoComm 2019で、サムスンは2Kの73インチ（1.9 m）から8Kの292インチ（7.4 m）まで構成可能なThe Wall LuxuryマイクロLEDディスプレイの世界発売を発表した。[85] 2019年10月4日、サムスンはThe Wall LuxuryマイクロLEDディスプレイの出荷が始まったと発表した。[14] [86]
2018年3月、ブルームバーグは、Appleが約300人のエンジニアをマイクロLEDスクリーンの社内開発に投入していると報じた。[87] [88] 8月のIFA 2018では、LGディスプレイが173インチ（4.4m）のマイクロLEDディスプレイを披露した。[17]
5月に開催されたSIDのディスプレイウィーク2019で、天馬とPlayNitrideは、60%を超える透明度を持つ共同開発した7.56インチ（19.2 cm）のマイクロLEDディスプレイを披露した。[18] [19] China Star Optoelectronics Technology（CSoT）は、 PlayNitrideと共同開発した約45%の透明度を持つ3.3インチ（8.4 cm）の透明マイクロLEDディスプレイを披露した。 [20] Plessey Semiconductors Ltdは、 8μmピクセルピッチのJasper Display CMOSバックプレーン0.7インチ（18 mm）アクティブマトリックスマイクロLEDディスプレイに接合されたモノリシックモノクロームブルーGaNオンシリコンウェーハを披露した 。[89] [90] [91] [92]
5月に開催されたSIDのディスプレイウィーク2019で、ジェイドバードディスプレイは、それぞれ 5μmと 2.5μmのピッチで720pと1080pのマイクロLEDマイクロディスプレイを展示し、1平方メートルあたり数百万カンデラの輝度を達成しました。2021年に、ジェイドバードディスプレイとVuzixは、スマートグラスと拡張現実グラス用のマイクロLEDベースのプロジェクターを製造するための共同製造契約を締結しました[93]
2019年9月4日のTouch Taiwan 2019で、AU Optronicsは12.1インチ（31 cm）のマイクロLEDディスプレイを実演し、マイクロLEDの量産化には1～2年かかると示唆した。[94] 2019年9月13日のIFA 2019で、TCL Corporationは、 子会社のChina Star Optoelectronics Technology（CSoT）が製造した、最大輝度1,500 cd/m 2、コントラスト比2,500,000∶1の4K 132インチ（3.4 m）マイクロLEDディスプレイを搭載したCinema Wallを実演した。[21]
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2024年現在、サムスンはすでにThe Wallを含むマイクロLEDディスプレイ製品を発売している。サムスンのマイクロLEDディスプレイ技術は、マイクロメートル規模のLEDをLEDモジュールに転送し、ほぼ微小な光の塊が転送された壁タイルのようなものを生み出す。[95] [96]
サムスンも2024 CESで透明マイクロLEDディスプレイを発表しました。[97]
LGは2024年のCESでマイクロLEDディスプレイ「LG MAGNIT」も発表した。[98]
マイクロLEDマイクロディスプレイに関しては、ジェイドバードディスプレイは、ARおよびVRディスプレイ製品向けに、対角0.13インチ（3.3mm）のアクティブエリアと640X480の解像度を備えた0.13インチシリーズのマイクロLEDディスプレイを発売しました。[99]
ブルームバーグの報道によると、アップルは自社でマイクロLEDディスプレイの設計に取り組んでいる。このディスプレイの導入により、アップルはサムスン、LG、その他のディスプレイメーカーへの依存を終わらせ、同社の完全な垂直統合に向けた他の取り組みと一致することになる。 [ 100]マイクロLEDへの移行はApple Watchから始まり、最初のマイクロLEDウォッチは2026年初頭にも市場に投入される可能性がある。[101]
参照
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外部リンク
- VGA フォーマットの初のアクティブ駆動ビデオ対応高解像度マイクロ LED マイクロディスプレイ
- MicroLEDレビュー（2013）
- マイクロLED技術の展示（2024年）
- クリスタルLED - ソニー
- 壁
- LG マグニット マイクロLED
- 「The Long View With John Doerr」では、KPC&B の John Doerr がマイクロ LED のコンセプトについて説明しており、5 分あたりから始まります。
- LEDスクリーンはマイクロLEDとは大きく異なる