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张荣教授合作团队突破性成果:高分辨Micro-LED显示技术开启创新路线

厦门大学张荣教授与合作团队研究突破了异质集成关键技术,在国际上首次将高性能二维半导体薄膜晶体管与Micro-LED两个新兴技术融合,为未来Micro-LED显示技术发展提供了全新技术路线。该项研究成果发表于Nature Nanotechnology。

近日,厦门大学与南京大学、东南大学、天马微电子股份有限公司等合作单位的研究团队聚焦高分辨率微显示领域,结合最新的二维半导体薄膜晶体管方案,提出MoS2薄膜晶体管驱动电路(TFTs)与GaN基Micro-LED显示芯片的3D单片集成的技术方案。

Micro-LED具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、高色彩饱和度、反应速度快、厚度薄、寿命长等特性,比LCD、OLED具备更大的优势,是面向未来的显示技术。但在目前,Micro-LED的产业化应用仍面临诸多挑战,一方面由于采用微米量级的LED为发光像素单元,小尺寸下高密度显示单元的驱动需求难以匹配;另一方面,现阶段主流的“巨量转移”技术对可允许的工艺失败率要求极为苛刻,生产难度高、成本高、良品率低,难以满足高分辨率显示的发展需求。特别对于AR/VR等应用,不仅要求超高分辨率,而且要求显示像元具备更快的响应频率。

团队开发了非“巨量转移”的低温单片异质集成技术,实现了32×32阵列的高分辨率、高亮度微显示器,分辨率达1270 PPI,亮度在低压下可达7.1×107cd/m2。与此同时,团队研发的新型工艺将薄膜晶体管性能提升超过200%,差异度降低67%,最大驱动电流超过200μA/μm,优于IGZO、LTPS等商用材料。

图1.(a)MoSTFTs 与Micro-LEDs单片集成电路示意图及(b)光学显微镜图;
(c)高分辨率AM Micro-LED显示屏实验设置;
(d)1270 ppi蓝色Micro-LED显示屏显示的二维码显微图像


技术的创新突破使Micro-LED显示器兼具高分辨率、高亮度、高响应速度的特点,可以满足未来微显示、车载显示、可见光通讯等跨领域应用。与此同时,制作成本或将实现大幅度下降,对于Micro-LED向消费级市场推广、实现产业化应用具有深远意义。

2021年9月9日,该项研究成果以“Three-dimensional monolithic micro-LED display driven by atomically thin transistor matrix”为题发表于Nature Nanotechnology。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41565-021-00966-5