Kích cỡ hiển vi [micro]
microLED là một lĩnh vực, thay đổi từ nguồn sáng điốp phát quang và màn LED cỡ nhỏ
Sản xuất
công đoạn làm ra một màn hình vi LED chuẩn bắt đầu là nuôi cấy những chip điốp phát quang rất nhỏ theo 3 màu đỏ, xanh và xanh dương
cách trực tiếp nhất là nuôi như những tinh thể, theo phương cách Epitaxy trên các tấm wafer làm từ đá xanh [ngọc bích] - bằng cách hoặc là kết tủa hoá học pha hơi hoặc epitaxy chùm phân tử
đầu tiên ta sử dụng hơi chất hoá học để tạo một lớp mỏng vật liệu này trên vật liệu kia
tiếp, epitaxy chùm phân tử là ta bắn những chùm nhiệt các phân tử vào một chất nền để tạo một màng mỏng
trong 3 màu đỏ, xanh và xanh dương thì những chip hiển vi xanh và đỏ là khó làm quy mô lớn hơn cả
các chip vi LED xanh dương và xanh thường được nuôi bằng indium gallium nitride [InGaN]
chip xanh dương cũng cần thêm gallium nitride
sản xuất chip vi LED xanh khó hơn xanh dương vì indium nuôi chip điốp phát quang xanh cần mật độ indium cao, khó hơn vì bước sóng dài hơn
lý do là: trước tiên, khoảng cách giữa các phân tử indium nitride và gallium nitride bị lệch một đoạn gọi tên là lệch mạng tinh thể, khi trộn lẫn với nhau, lệch mạng tinh thể tại nên những khuyết tật trật khớp
thứ hai, indium không ổn định ở nhiệt độ cao nên chip vi LED có mật độ indium dày đặc phải được nuôi ở nhiệt độ chỉ 600 độ C nhưng nhiệt độ ấy có thể dẫn đến khuyết tật tinh thể, quá nhiều khuyết tật sẽ thổi giá thành fab nên các nhà sản xuất phải chọn những nhiệt độ trung gian giữa hai lựa chọn
Đỏ
màu đỏ còn có bước sóng dài hơn nữa, nên nếu muốn nuôi sử dụng indium gallium nitride thì tỷ lệ indium phải hơn 35%
một lựa chọn là thu nhỏ kích cỡ chip LED đỏ: không dễ vì những LED đỏ kích cỡ tiêu chuẩn thôi đã được nuôi bằng nhôm gallium indium photphua, gặp vấn đề hiệu suất năng lượng do kích cỡ - vì khi thu nhỏ chip LED, tỷ lệ ánh sáng phát ra cho lượng điện năng nạp vào bắt đầu giảm, tỷ lệ gọi tên là hiệu suất lượng tử đối ngoại - tương ứng bao nhiêu photon mà LED phát ra với một số electron đi qua
hiệu suất giảm vì những khoảng khuyết tật lớn bắt đầu xuất hiện bên trong chip - những khoảng gọi tên là những khu vực tái hợp Shockley Reed Hall - electron trong cấu trúc phân tử của chip không phóng ra photon như bình thường
những khoảng khuyết tật này thực sử xảy ra trong những chip ở mọi kích cỡ nhưng đáng kể hơn nhiều trong chip rất nhỏ - như một cái nhọt lớn trên mặt người
thu nhỏ chip từ 100x100 micromet về chỉ còn 20x20 micromet nghĩa là mất đi 60-70% hiệu suất lượng tử đối ngoại
chip đỏ đặc biệt nhạy cảm với hiệu ứng này vì đặc tính bản chất của nhôm gallium indium photphua
nghiên cứu sinh đang thực hiện nhiều xoay xở, có những giải pháp thoả hiệp như chấm lượng tử
tiến trình hướng đến làm chip vi LED đỏ bằng indium gallium nitride
Dời chuyển quy mô lớn
làm những chip vi LED đơn lẻ đã khó thì bước khó nhất trong thương mại hoá vi LED là còn phải chuyển những chip vi LED đơn lẻ ấy từ những đĩa wafer 4 hoặc 8 inch mà chúng [chip vi LED] được nuôi cấy lên màn hiển thị
tuỳ theo kích cỡ chip LED, ví dụ trên một màn hình điện thoại 2K rộng 6 inch có 11 triệu chip hoặc trên tấm màn 4K có 25 đến 30 triệu chip vi LED hoặc trên tấm 8K có 100 triệu chip
tất cả cần được chuyển từ tấm wafer và đặt nhanh [tốc độ 100 triệu chip mỗi giờ] để tiết kiệm chi phí và chuẩn xác kích cỡ từng micromet - chưa tính tiền QA [quality assurance] sửa lỗi - ví dụ nếu độ chuẩn xác 99.99% thì số khuyết tật điểm ảnh trên tấm màn hình 4K vẫn là 2488
công nghệ hiện nay đã cho thấy khả dụng trên nhiều màn hình rộng 1 đến 2 inch
Chiến lược chuyển đổi
để tăng quy mô màn hình, ngành đã khám phá một số chiến lược chuyển đổi quy mô lớn:
nhặt và đặt
tĩnh điện
tự lắp ráp chất lỏng
xử lý cuộn
hiện tại chưa phương pháp nào đáp ứng được tất cả mục tiêu vừa nhanh vừa chuẩn vừa tiết kiệm
nhặt và đặt là cách ngành LED vẫn sử dụng một cỗ máy để nhặt chip khỏi đĩa wafer và đặt lên màn - hiển nhiên thì vấn đề với vi LED là phải xử lý rất nhiều chip nhỏ hơn rất nhiều và sẽ lâu hơn và tiềm năng gây tổn thương chip
kể cả nếu nhặt một triệu điểm ảnh một giờ thì đã mất 11 giờ cho chỉ một màn điện thoại 6 inch - năm 2021 có 200 triệu iPhone được bán ra
tĩnh điện là phương pháp do công ty Luxvue đề xuất, sử dụng lực tĩnh điện để nhặt các chip như nhặt đinh bằng nam châm, sau đó ngắt điện áp và thả chip lên tấm nền
Luxvue đã thử nghiệm một tấm nền được lắp ráp bằng cách này nhưng xuất hiện lo ngại về tổn thương chip
cách tự ráp chất lỏng thì khá mạo hiểm: sử dụng quang khắc ảnh để khắc etch những lỗ trên màn hình - chuỗi con dưới đáy lỗ là những mảnh thiếc nhôm crom [aluminum chromium tin] sau đó rửa các chip LED khỏi tấm wafer trong một chất lỏng và rót chất lỏng lên tấm nền [màn hình] những chip sẽ lọt xuống những hố nhờ hiệu ứng mao dẫn, sau đó ta kết nối với chip sử dụng nhiệt
phương pháp nhanh và không cần nhiều thiết bị nhưng tỷ lệ đạt thấp
xử lý cuộn [roll to roll] năm 2013 học viện máy và vật liệu Hàn Quốc Kimm đề xuất đạt tốc độ 36 triệu điểm ảnh một giờ nhưng không quá chuẩn xác
ta lấy một cuộn được bọc bởi keo đình chỉ [suspension gel] và cuộn trên những mạch điều khiển TFT, sau đó cuộn lên đĩa wafer có những vi LED
những vi LED sẽ bám vào những mạch điều khiển, sau đó hoàn thành cuộn cái cuộn LED và mạch kiểm soát hoàn chỉnh lên màn hình cuối cùng
cách này hiển nhiên là tỷ lệ lỗi lớn
nghiên cứu sinh đang tranh luận tìm cách dời chuyển quy mô lớn thích hợp nhất, bên cạnh những cách nêu trên còn một số cách nữa
nhiều lựa chọn và còn phải cân nhắc làm sao để rẻ hơn những công nghệ màn hiển thị hiện hữu
Kết
có những cách giảm giá thành như sử dụng những tấm wafer lớn hơn để nuôi cấy chip, kỹ thuật vẫn rất đắt đỏ - khó khăn nhất với những thử thách kỹ thuật kích cỡ hiển vi này là ta vẫn cần thu nhỏ thêm những chip này xuống dưới 10x10 micromét để sản xuất với quy mô thích hợp cho thương mại hoá
vi LED đã từ lâu được lên kế hoạch và mỗi bước đột phá lại được ca ngợi làm một bước tiến để hiện thực hoá màn hình ấy, nhưng công chúng thì đã chán ngán nghe những hứa hẹn lặp đi lặp lại ấy
trong bối cảnh những thử thách kỹ thuật mà các nhà cung cấp linh kiện chưa vượt qua được theo cách khả dụng thương mại, vi LED có nguy cơ trở thành "vị hoàng tử không bao giờ lớn"
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét