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Lars Samuelson:纳米材料技术助力Micro-LED发展

作者:51Touch时间:2018-11-08 来源:人民网

[摘要]京东方全球创新伙伴大会·2018(BOE IPC·2018)在北京盛大开幕,全球相关领域专家学者、企业高管齐聚北京,共同探讨物联网细分领域应用、技术及未来趋势。

    北京时间11月08日消息,中国触摸屏网讯,京东方全球创新伙伴大会·2018(BOE IPC·2018)在北京盛大开幕,全球相关领域专家学者、企业高管齐聚北京,共同探讨物联网细分领域应用、技术及未来趋势。瑞典皇家科学院院士、工程院院士、隆德大学教授Lars Samuelson参加显示器件论坛并发表演讲。

    本文来自:http://www.51touch.com/lcd/news/dynamic/2018/1108/51990.html

以下为演讲实录:

非常感谢!首先我想感谢主办方邀请我来到这个美丽的地方,能够去见证如此伟大的京东方的成就,这是一个非常令人兴奋的发展!

今天我想要从材料物理学的角度谈一看,它将不是和系统相关的。当然最后有一点数据,是来自于相关的领域。我也是创始人,我们在美国加州有分布。我要给大家讲的是材料科学,纳米丝。我会给大家描述一下,蓝天材料研究项目是怎么样去发展这种技术的?我会讲到两个主要的应用领域,一个是纳米丝发光二极管,还有大学的学生做的研究,也就是成核纳米丝有哪些应用,它可以直接产生蓝绿红光LED,有非常好的特性。最后再讲技术本身,它所支持的技术,这个材料是来自我们的实验室开发的结果。

首先纳米丝是什么?以及有什么用处?所有这些研究都是在30年前左右开始的。在日本有一个非常优秀的科学家,他开启了这个研究的先锋工作,他创造了这个领域,非常早期展示出来了InAs的用途,他完成了他的研究,又后续去用这个技术开发其他的方面。

什么是纳米丝?他们是晶体的结构,他们是中空的。我们在这里看这张图,上面是一个特别细的,可能是在直径上面是20纳米到150纳米,底下的这个是完整的LED。所以说,大家可以看到它是很常见的。你可以看到这些图,它是在历史上的情况,写就是50年前60年代的时候,贝尔实验室证明他们可以用硅晶体,可以用核晶对它进行材料的处理,从一个方向进行延长,展示了它可以用来实现一些用途。日立的研究中心进一步发展这个研究,历史的数据让大家相信,比如哈佛的还有伯克利的教授,还有我个人,以及日本的科研人员都对此做出贡献。

我们的小组进行了一些研究,之前有哪些研究成果?我的一些学生对此进行了调查。我们调查了非常详尽的情况,纳米丝是如何发展的?以及粒子之间的关系,以及什么决定了它的晶体结构。左边你可以看到我们所进行的实验,比如说纳米丝树形节,它有点像圣诞树的结构。接下来我们看两个例子,左边是纳米丝,它是有自发的旋转结构,它是有两极的结构。对我来讲,印象最深的是看右边这个,它是InGaN的纳米丝,它有多层的晶体结构,有一个八个组合的结构。

我们说这个领域当中也是发生了一些大的事情,比如在2002年2月的时候,最早发的一个文章,纳米丝可以实现什么?这是大家如何利用纳米丝研究。材料科学家可以做非常有趣的物理学的设备。我的学生做了很重要的两件事情,首先他展示出来你可以去结合自上而下的成型或者自组装的纳米丝,这就意味着你可以实现一个非常完美的阵列,你可以看到这些纳米丝,在中间还有一些黄金的例子。右边氮化物它并不含金,我晚些时候要给大家展示细节。

另外我的学生也是出版了最早的氮化物材料所产生的研究实验结果,这是在2007年6月所发表的,发表在先进材料学杂志上面。在这个阶段,我们认为技术做的还是不错的,在右边我们看到和化学家生物物理学家一起合作的,我们看到右边是中空的纳米丝当中。在左边可以看到一些合作者所进行的研究。

在中间你看到的是一些例子,通过一个图形来展示怎么样生产基于纳米丝的晶体管。我在美国领导的非常早的相关研发,大概2004年的时候欧洲的纳米丝项目是基于电子行业的,在那个时候我们是唯一的一个认为纳米丝会成为在电子领域很用的材料。接下来到了7纳米或者5纳米的尺度,基于7纳米、5纳米来制造的纳米丝的晶体管,这是大家的努力。大部分很多欧洲的机构都进行了相关的研究,这是最近的。左边你可以看到,我们所做的基于纳米丝的LED。中间这个图是我们所做的纳米丝的光伏,另外一个公司,也是我创建的,叫做Sol Vaitac公司。

另外右边可以看到是一个新的革命性的技术,我们非常便宜的生产纳米丝,在一个非常小的狭窄空间里面生产它。我们来看纳米丝的技术,一开始在大学里发展起来的,是伦德大学,后来又衍生出来一个以红绿蓝微LED以此为基础的公司。

我们看伦德大学的图片,在前面你可以看到我们大学的科学园,这个圆顶建筑是我们的市政厅,在后面你可以看到乡村地区,我们的位置是在瑞典的南部。

我们已经说过了事实上是从我们的2011年开始一直到了2016年的过程当中,这个科技有了很大的进展。所以我们在这个领域,在全球已经开始有了一些扩展,比如扩展到了中国台湾、日本,还有中国大陆,不是说我们要提出非常低质量的硅晶片,而是我们在上面打了一些小孔,通常小孔的距离是在800到1000个纳米左右,我们能够在这张图片上看清楚。

我们在黄色的部分,将会有InGaN在上面进行生长,它进行的是有机生长。因为背景实在太黑了看不清楚,你可以看到它的一个硅晶在上面进行生长,能够不断的形成一个纳米丝的整个过程。下面这个研究者,他已经在这方面做了很多的研究,就是在纳米丝的整个成长过程当中的各种不同形态和过程究竟是怎么样的。

其他的幻灯片能够进一步给大家来展示一下在我们整个纳米丝的过程,它是一个形态的变化。在横界面图上,我们可以更加深的展示出来它的InGaN,不同的从核心开始的逐步进行放射生长的整个过程。

所以我们可以看到,我们现在培养的效率也开始提高了,并且我们各种能够发出的光也更加的广泛了。比如说一开始只能是绿色和蓝色,现在开始有红色能够产生出来,我们在下面的图片当中,你可以使用阴阳极的方式生成更多需要的模式。关于这一个成就,我们现在不是把它当作商业秘密,而是把它作为学术论文进行发表,而且在相当多的应用领域已经开始使用。现在比如说这种微粒子,它可以使用在亚象素的红色、绿色以及蓝色的过程当中,而且它的大小可以少于20个微米甚至5个微米。

现在看看我的学生都在做一些什么?看一下蓝色光波,2014年诺贝尔奖因为在这方面的技术突破,而获得这方面的诺贝尔奖。因为从这里开始,你才可以通过量子的层次不断的来进行超晶格,以及其他晶格的建设。在三四年前我们如果可以想象到,这一个底层它是可以这样培养的话,并且用目前的一些科技,我们是可以用量子技术能够把它研发出来。如果说这个底层可以达到20%左右,我们刚才所说的几种光谱和光线应该都是可以研发出来的。

我们现在已经有了一个高含量的InGaN所建立的纳米,类似像是金字塔形状的结构当中,这样我们才能够更好的调整晶体的同质结构,并且才能够使得丙烯酸它的因子进行内核化。在这样的情况下,你就可以在基本的架构上来不断的把自己的上层搭建好。所以我们现在已经可以能够做绿色、蓝色、黄色甚至现在已经可以用红色了,还有UV,有可能制备出所有的可见的这些光波和光线。

我现在再给大家来看一下这些科技的其他应用场景,也就是说我们能够进行一个错位的InGaN。比如说它可以像是应用在风能以及一些能源的场景,还有一些汽车工业的场景当中去,它的非常高质量的薄片就可以应用我们刚才所说到的一些具体的场景当中,它的这种薄片是基于我们已经能够研发出来的一些科技,基于我们对于它的原子结构有些分析。

下面的幻灯片是给大家展示一下,在我们这里研究机构、研究团队做的一些大致的研究。我们整个的研究团队经验丰富,有成熟的科技,它在全世界都有自己的研究合作伙伴,主要在技术以及产品的研发方面。关于产品,我们说它现在不光是仅仅停在理论阶段,而且现在完全可以应用于Micro-LED的应用。所以我们在所有的这些场景当中,就能够以更有效的方式来解决现在这个技术上的一些短板。

如果我们看一下它的应用,比如说包括像隐型眼镜、小的智能手表、智能手机以及大到像航空领域当中的显示平板等等。所以我们再来看一下,关于智能手表的显示预测,将会成长的非常快,而且它的整个分辨率也会以指数型的生长。我们来看一下比如说苹果的手表,到2019年,到2025年很显然会很快转变成为Micro-LED的形式。这些就是我们要继续探讨的不同的应用场景,来进行一下比对。比如说在能源的消耗以及它的一个象素密度,以及光谱、光度、对比度等等方面的对比。我们觉得在这些方面都有继续的空间。

我们最后总结一下对于LED显示,它已经经过几代的进展了。最早它仅仅有3%到4%的光能够显示出来,从LED显示角度而言当时效率是非常低的。逐步的我们演进到OLED的显示,我认为大约有50%的光能够透光,所以现在如果到了新的Micro-LED的时候,能达到80%左右,所以对于这种纳米丝它在这一个,比如说比较低的色谱的情况下,它的效率将会非常高,而且它也非常适用于一个低光效率的一种情形。所以它可以在这样的情形下达到很高的效率,这是我们对于LCD、OLED以及Micro-LED各种功能不同的比对。比如说刚才我们所谈到的一个稳定性、颜色、寿命以及能源消耗等等。

几乎所有的在我们的Micro-LED这方面都是绿色的,当然不是说没有问题,现在这个科技的成熟度仍然不够,我们必须有足够的规模以便降低成本,现在成本还非常高。所以现在高成本,也会成为今后大量应用的障碍。我们相信它还是有出路的,我们如果想要总结一下Micro-LED的好处,它表现在几个不同的方面。

比如说它的效率,像我们刚才所谈到和早期相比已经提升10倍,以及在颜色方面可以达到绿、蓝和红,并且我们所有科技都是基于同样的一个科技来源。这样的话,也使得它非常稳定,并且它的生命周期很长。所以我们能够达到100个K的生命周期。

比如看这个的视频,我当时第一次看还是很震撼的。比如说可以在一些具体的应用比如跳舞的场景当中来把它应用上去。

这就是我们给大家做的演讲。我认为在这里,市场商机非常广阔。感谢大家的倾听!
 

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