Mini-LED zu Micro-LED: Ein riesiger Schritt in der Displaytechnologie

Flüssigkristallbildschirme (englisch: Liquid Crystal Display, kurz LCD) sind ein unerlässlicher Bestandteil moderner Fernsehgeräte, Smartphones und Tablets. In einem LCD-Bildschirm erzeugen Leuchtdioden (LED) weißes Hintergrundlicht, das dann durch eine hauchdünne Flüssigkristallschicht in Richtung des Betrachters scheint. Die Kristallschicht ist in zahlreiche Segmente (Pixel) unterteilt, deren jeweilige Lichtdurchlässigkeit sich durch Anlegen eines elektrischen Felds regulieren lässt. So erstrahlt jeder Pixel in seiner ganz eigenen Helligkeit (und mithilfe von Farbfiltern auch Farbe).

Bei Flachbildfernsehern mit herkömmlichen LEDs wird die nötige Hintergrundbeleuchtung von einigen hundert Leuchtdioden erzeugt – mehr ist aufgrund des vergleichsweise großen Platzbedarfs der einzelnen LEDs nicht möglich. Der Nachteil liegt auf der Hand: Eine wirklich homogene Ausleuchtung des LCD-Screens ist mit solch einer groben LED-Matrix nicht möglich. Entsprechend groß war der Enthusiasmus in der Branche, als im Jahr 2020 die ersten Bildschirme mit der neuartigen Mini-LED-Technologie auf den Markt kamen: Da Mini-LEDs im Vergleich zu klassischen LEDs äußerst klein sind (0,05 bis 0,2 mm), lässt sich die Hintergrundbeleuchtung nun aus Zehntausenden von Mini-LED-Lichtquellen erzeugen. Die Mini-LEDs werden dabei zu sogenannten Beleuchtungszonen gebündelt, wobei jede Zone immer noch deutlich kleiner als eine herkömmliche LED ist. Durch die gezielte Ansteuerung der einzelnen Zonen lässt sich die Intensität der Hintergrundbeleuchtung räumlich viel besser kontrollieren als bei klassischen LEDs. In der Folge darf sich der Fernsehzuschauer über einen deutlich verbesserten Kontrast und ein tieferes Schwarz freuen. Darüber hinaus brilliert die Mini-LED-Technologie durch einen außergewöhnlich hohen Dynamikumfang (englisch: High Dynamic Range, kurz HDR) und verbraucht dabei auch noch weniger Strom.

Die Grundlage des Ganzen: Leuchtdioden

Die Herstellung von LEDs bzw. Mini-LEDs ist weitaus komplexer, als es die scheinbare Einfachheit des Bauteils vermuten lässt – nicht zuletzt, weil einige wesentliche Herstellungsschritte unter Vakuumbedingungen stattfinden müssen. So wird in einem ersten Schritt ein Wafer im MOCVD-Verfahren (Metal Organic Chemical Vapor Phase Deposition) mit einer metallorganischen Schicht belegt. Bei diesem Verfahren schmiegt sich die Schichtsubstanz auf atomarer Ebene an das bestehende Kristallgitter an: Die nur wenige Atomlagen dicke Schicht übernimmt exakt die Kristallstruktur des Wafers. Um zu gewährleisten, dass die Beschichtung keinerlei Unreinheiten aufweist, muss dieser Prozessschritt im Schutz eines Vakuums stattfinden. Hier kommen Ventile von VAT ins Spiel: Die weltweit größten Hersteller von MOCVD-Anlagen – mit Firmensitzen in Deutschland, China und den USA – vertrauen auf VAT Vakuumventile.

Zur Herstellung der Positiv-Negativ-Übergänge in der LED müssen weitere ultradünne Schichten aufgebracht und anschließend an den richtigen Stellen wieder weggeätzt werden. Diese heikle Aufgabe lässt sich am besten durch ein Wechselspiel zweier plasmagestützter Dünnschichtverfahren bewerkstelligen: Die plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (englisch: Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, kurz PECVD) sorgt für die Ablagerung der Schichten; mithilfe von plasmachemischem Trockenätzen wird die Schicht anschließend wieder teilweise beseitigt. Da diese Verfahren ebenfalls unter Vakuumbedingungen ablaufen müssen, spielen auch hier VAT Vakuumventile eine wichtige Rolle.

Das VAT Ventilportfolio für MOCVD-, PECVD- und Trockenätz-Anwendungen umfasst:

• Transferventile zum Ein- und Ausschleusen des Substrats in die einzelnen Vakuumkammern (Load-Lock-, Transfer- und Prozesskammern), je nach Kundenanforderung maßgeschneidert als Insert, direkt in die Kammer verbaut oder klassisch mit einem Gehäuse zum Anflanschen (z.B. Serie 02.4 mit MONOVAT-Technologie oder 04.2 bzw. 07.8 jeweils mit L-VAT-Technologie).;
• Regelventile zur Druckregelung in der Vakuumkammer, als Klappenventil (z.B. Baureihe 61.3) oder als Pendelventil (z.B. Baureihe 65.3);
• Isolationsventile zur Abtrennung von Vakuumpumpen oder Pumpleitungen von den Kammern, als Schieberventil (z.B. Baureihe 12.1) oder als Eckventile mit Soft-Pump-Funktion (z.B. Baureihe 29.0).

Paradigmenwechsel dank Micro-LEDs

VAT Vakuumventile werden sicher auch zukünftig mit von der Partei sein, wenn es zum eigentlichen Durchbruch kommt. Denn Mini-LEDs sind laut Experten nur eine Zwischenstation auf dem Weg zu noch kleineren Lichtquellen: Micro-LEDs. Diese wahrlich mikroskopischen Bauteile sind im Vergleich zu Mini-LEDs nochmals um einen Faktor von 50 bis 100 kleiner. Man höre und staune: Die Kantenlänge der kleinsten Micro-LEDs beträgt gegenwärtig 3 Mikrometer, also drei Tausendstel eines Millimeters! Doch es ist nicht nur der Größenunterschied, der Micro-LEDs so besonders macht. Vielmehr steht mit der Micro-LED-Technologie ein echter Paradigmenwechsel an. Denn im Gegensatz zu LCD-Bildschirmen, wo (Mini-)LEDs eine eher unscheinbare Nebenrolle als Hintergrundlichtquelle innehaben, ist in Micro-LED-Bildschirmen jeder einzelne Bildschirmpixel selbstleuchtend, dimm- und komplett abschaltbar. Eine zusätzliche Hintergrundbeleuchtung – und die damit einhergehenden technischen Unsicherheiten – ist also überhaupt nicht mehr nötig!

So klein die Micro-LED auch ist, so groß ist ihre Wirkung. Der Übergang von der Mini- zur Micro-LED-Technologie bringt gewichtige Vorteile mit sich. Einige davon sind sichtbar, wie das größere Farbspektrum, eine höhere Helligkeit, ein schärferer Kontrast oder schnellere Wiederholungsraten. Andere Vorteile wie der geringere Stromverbrauch oder die längere Lebensdauer sind zwar unsichtbar, aber deshalb nicht weniger bedeutend. Entsprechend ist davon auszugehen, dass diese neue Generation von LEDs zu einem veritablen Game-Changer avancieren wird.