Guide complet des matériaux utilisés dans la fabrication des écrans LED

Composants essentiels des écrans LED

Les professionnels de la fabrication électronique et des technologies d'affichage doivent avoir une bonne compréhension des composants essentiels des écrans LED. Vous trouverez ci-dessous les principaux composants :

Diodes électroluminescentes (LED)

Les sources lumineuses les plus fondamentales des écrans LED sont les LED. Lorsqu'un courant électrique les traverse, elles émettent de la lumière, ce qui vous permet de voir les couleurs à l'écran. La luminosité, la précision des couleurs et l'efficacité énergétique de l'écran sont toutes déterminées par la qualité et l'efficacité des LED. 

Modules LED

Plusieurs LED sont disposées sur une seule carte dans des modules LED. Ces modules constituent l'écran LED (ou les blocs de construction de l'écran) et peuvent être redimensionnés et personnalisés en fonction de la taille de l'écran dans lequel ils sont utilisés. 

Panneaux d'affichage

Les unités assemblées sont appelées panneaux d'affichage et abritent des modules LED. Elles constituent la structure et le boîtier de protection des LED et des autres composants électroniques qui les accompagnent. Les matériaux du panneau déterminent la façon dont l'écran est fabriqué en termes de durabilité, de chaleur et d'esthétique. 

Matériaux utilisés dans la fabrication des écrans LED

Matériaux semi-conducteurs dans les LED

Composés à base de gallium

La chimie typique des LED repose sur des composés de gallium tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et le nitrure de gallium (GaN). Le GaN permet de produire des LED bleues et blanches, tandis que le GaAs est utilisé pour les LED infrarouges. Ils possèdent également des propriétés de bande interdite directe qui permettent une émission lumineuse efficace. 

Oxyde d'indium, de gallium et de zinc (IGZO)

L'oxyde d'indium-gallium-zinc (IGZO) est un verre semi-conducteur cristallin inorganique. Il offre une mobilité électronique élevée à faible courant de fuite, ce qui le rend adapté aux transistors à couche mince utilisés dans les technologies d'affichage. L'IGZO contribue également à améliorer la résolution d'affichage et à réduire la consommation d'énergie pour des écrans LED plus efficaces et plus fiables.

Matériaux de substrat

Saphir

Sa particularité réside dans le fait que le saphir est très couramment utilisé en raison de sa dureté et de sa stabilité chimique. Il offre également une structure de support stable qui soutient la couche épitaxiale. Néanmoins, sa conductivité thermique est plutôt faible, ce qui affecte la dissipation thermique dans les dispositifs LED. 

Carbure de silicium (SiC)

L'excellente conductivité thermique du SiC contribue à améliorer la dissipation thermique dans les dispositifs LED. De plus, la constante de réseau de la couche épitaxiale est adaptée à celle du nitrure de gallium (GaN), ce qui se traduit par une meilleure qualité de la couche.

Silicium

La taille des insectes nécessite un substrat rentable de ce niveau, largement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs. Cependant, les défauts de la couche épitaxiale dus à l'incompatibilité des réseaux cristallins entre le silicium et le GaN peuvent dégrader les performances des LED. 

Encapsulation et matériaux des lentilles

Résines époxy

Les résines époxy sont principalement utilisées dans l'encapsulation des LED en raison de leur excellente adhérence et de leur grande transparence. Elles offrent une bonne adhérence à la puce LED et aux autres composants. 

Matériaux en silicone

L'encapsulation des LED nécessite des matériaux à faible contrainte, hautement résistants aux UV et au vieillissement, tels que les silicones. La résine de silicone présente une transmittance lumineuse proportionnelle à l'intensité lumineuse et à l'efficacité des dispositifs LED. 

Lentilles optiques

Les lentilles optiques sont fabriquées à partir de plastique ou de verre de qualité optique et permettent de concentrer ou de diffuser la lumière. Les bougies murales jouent un rôle important dans la régulation de la distribution de la lumière et la création de l'effet visuel souhaité. 

Matériaux conducteurs

Métaux pour électrodes

Les matériaux conducteurs sont importants dans la fabrication des écrans LED pour les performances électriques. L'or et le cuivre sont souvent utilisés comme électrodes en raison de leur excellente conductivité. L'or offre une grande fiabilité dans les environnements instables, mais le cuivre est plus rentable. Le cuivre présente toutefois un niveau d'oxydation plus élevé, ce qui réduit sa durée de vie dans certaines conditions. 

Oxydes conducteurs transparents

Les oxydes conducteurs transparents (TCO) sont également essentiels. L'ITO et le FTO sont largement utilisés en raison de leur transparence et de leur conductivité. Comme ces TCO permettent à la fois l'émission de lumière et la conductivité électrique, ils rendent possible la fabrication d'électrodes transparentes. 

Matériaux phosphorescents pour la conversion des couleurs

Phosphores à base de grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG)

Cependant, les phosphores YAG sont souvent utilisés dans la fabrication des LED blanches. La lumière bleue émise par la puce LED est absorbée et une lumière jaune est émise. La lumière bleue restante, mélangée à la lumière jaune, crée la lumière blanche. La quantité de phosphore YAG utilisée peut être variée afin de modifier la température de couleur de la lumière blanche. 

Points quantiques

Les nanocristaux semi-conducteurs qui émettent de la lumière lorsqu'ils sont excités sont appelés « points quantiques ». Ils sont utilisés dans les écrans LED pour améliorer la précision des couleurs et la luminosité. Le Points quantiques émettent une lumière pure rouge et verte lorsque la lumière bleue provenant de la puce LED les excite. Il en résulte une gamme de couleurs élargie et des couleurs plus vives à l'écran. 

Matériaux de dissipation thermique

Matériaux d'interface thermique (TIM)

Vous pouvez utiliser des matériaux d'interface thermique (TIM) pour combler les espaces microscopiques entre les composants LED et les dissipateurs thermiques afin d'augmenter conductivité thermique. Il existe de nombreuses formes, telles que des pâtes, des tampons ou des rubans adhésifs. Le choix du TIM approprié permet un transfert thermique efficace afin d'éviter la surchauffe et d'éventuels dommages à votre écran LED.

Dissipateurs thermiques

Les dissipateurs thermiques sont conçus pour absorber et dissiper la chaleur des composants LED. L'aluminium, le cuivre et certains autres matériaux ont une très bonne conductivité thermique. Les dissipateurs thermiques augmentent la surface de la LED, ce qui permet de transférer la chaleur loin de la LED jusqu'à un point où la température est optimale pour une utilisation continue et où la durée de vie de l'écran LED est prolongée. 

Matériaux de protection et de structure

Matériaux d'encapsulation

Les résines silicone et époxy sont les principaux matériaux d'encapsulation que vous pouvez utiliser pour les puces LED. Le silicone offre une bonne stabilité thermique et une bonne résistance à l'humidité pour les LED haute puissance. Un type de résine époxy offrant une bonne adhérence et un bon rapport qualité-prix est couramment utilisé dans l'éclairage LED extérieur. 

Boîtiers et cadres

Vous pouvez utiliser des alliages d'aluminium principalement pour les boîtiers et les cadres en raison de leur légèreté et de leurs propriétés uniques. Ils constituent une excellente structure pour les écrans LED : sûrs et esthétiques. Le choix du matériau est d'une importance capitale pour obtenir des performances et une durée de vie maximales des écrans LED. 

Matériaux pérovskites

En raison des excellentes propriétés luminescentes des matériaux pérovskites, vous les trouverez intéressants et utiles dans le développement d'écrans LED. La grande pureté des couleurs et l'efficacité de ces matériaux permettent de les utiliser dans des technologies d'affichage avancées. Ces solutions sont faciles à mettre en œuvre et vous permettent de les utiliser dans des méthodes de production simples et peu coûteuses. Les LED à base de pérovskite (PeLED) ont attiré l'attention des chercheurs qui étudient leurs applications dans les écrans, les capteurs et l'éclairage. 

La bande interdite ajustable des pérovskites permet d'afficher des couleurs vives et une luminosité élevée. Des recherches sont actuellement menées afin d'améliorer la stabilité et les performances des matériaux pérovskites et de les intégrer dans des applications commerciales. 

Matériaux bidimensionnels

Les nouveaux matériaux 2D, notamment le graphène et les TMD, ont complètement révolutionné la fabrication des écrans LED. Grâce à leurs propriétés uniques, il est désormais possible de fabriquer des écrans ultra-minces, flexibles et efficaces. Par exemple, des micro-LED à base de matériaux 2D ont été développées, permettant d'obtenir une densité de pixels élevée et des tailles réduites. Ces avancées permettent ainsi de fabriquer des écrans LED légers et durables, offrant de meilleures performances et une meilleure expérience utilisateur. Cela marque une étape très importante dans l'innovation en matière d'affichage, grâce à l'association des matériaux 2D et de la technologie LED.

FAQ 

Comment les matériaux d'interface thermique et les dissipateurs thermiques contribuent-ils à la longévité et à l'efficacité des écrans LED ?

Les équipements de gestion thermique (dissipateurs thermiques, matériaux d'interface thermique (TIM), caloducs, etc.) sont importants dans les écrans LED. Le transfert de chaleur peut être amélioré par les TIM en comblant les espaces microscopiques entre les composants. La jonction LED fonctionne souvent dans un environnement de dissipation thermique où la chaleur est absorbée et dispersée à partir de la jonction LED. 

En quoi les MicroLED diffèrent-elles des LED traditionnelles en termes de matériaux et de performances ?

Les MicroLED sont des LED microscopiques qui émettent leur lumière directement, rendant ainsi inutile tout rétroéclairage. Elles sont généralement fabriquées à partir de matériaux inorganiques tels que le nitrure de gallium (GaN), car ces matériaux offrent une luminosité et une efficacité supérieures à celles des matériaux organiques utilisés dans les LED traditionnelles. Cette composition se traduit par une durée de vie plus longue et une réduction de la rémanence de l'écran.

Conclusion

Pour les professionnels de l'électronique et des technologies d'affichage, il est important de comprendre quelle approche est nécessaire pour fabriquer des écrans LED. Chaque composant joue un rôle dans les performances, l'efficacité et la durabilité de l'écran. Si vous recherchez un écran LED de haute qualité, pensez à Ivanled. Contactez-nous dès maintenant car nous disposons d'une large gamme de produits adaptés à vos besoins.