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Micro-LED 如何带来优秀显示效果
作者:管理员    发布于:2023-01-02 16:46:28    文字:【】【】【
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  五年前,苹果iPhone X开始搭载 OLED(有机小分子电致发光显示)屏幕;2021 年,苹果在新款 MacBook Pro 上搭载了新的显示技术:Mini-LED(次毫米发光二极管)。但 Mini-LED 不是终点站,苹果涉足的另一项储备技术,新秀 Micro-LED(微米发光二极管)显示技术或有望一统江湖。

  之所以升级显示技术,都是为了看得更清晰、更还原真实世界。但目前,搭载 Micro-LED 技术的产品过于昂贵,如三星 110 英寸的 Micro-LED 电视,价格已超过百万元,普通人根本无福消受。Micro-LED 产品价格何时才能亲民,手机平板何时才能上 Micro-LED 屏幕?

  简单来讲,你可以把 Micro-LED 理解成将 LED 缩放到极小尺寸的一种新型显示技术。其未来应用有望涉及显示器、电视、手机平板显示、增强现实 / 虚拟现实 / 混合现实(AR / VR / MR)、空间显示、柔性透明显示、可穿戴 / 可植入光电器件、光通讯 / 光互联、医疗探测、智能车灯等领域。

  一是通过芯片尺寸界定,将 LED 芯片缩放至小于 100μm,便可称为 Micro-LED 芯片(也有学者认为应以 50μm 为界)。根据观看距离和人眼的极限分辨率,对芯片尺寸的要求也不同:

  10 英寸~12 英寸的平板至少要达到 300PPI 的像素密度,对应芯片尺寸为 20~30μm;

  75 英寸的电视则只需 43PPI,芯片尺寸往往为 200μm 左右。[1]

  另一种是通过工艺界定,由于 Micro-LED 芯片尺寸非常小,其长宽甚至比芯片的高度还小,导致芯片高度大于固晶面尺寸,不利于芯片在基板上固定,因此会比传统 LED 增加一步激光剥离芯片基板的操作。

  纵观整个显示行业,技术持续涌现,目前市场主流技术包括 TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示)、AMOLED(主动矩阵有机发光二极管显示)、QD-OLED(混合 OLED 和 QLED 的技术)、QNED(以蓝光 LED 作为光源的 QD-OLED 显示)、Mini-LED、Micro-LED、Micro-OLED。

  可以简单将现阶段显示技术分为 LCD、OLED、QLED、Micro-LED 四个大类,其他技术是在此基础上的改良版或过渡版,而 Micro-LED 被认为是理想的显示技术,是新型显示时代的终极目标,有望替代现阶段大面积使用的 LCD 和 OLED。

  从黑白到高清彩色,CRT 技术满足了一代人对影响世界的梦想。从又厚又重到平板显示,LCD 和 OLED 满足了人们对轻薄、便携、对视力友好的要求。而现阶段,唯一能达到更接近现实,甚至是能够骗过人眼的下一代显示技术,是 Micro-LED。[3]

  行业人士认为,当多种显示技术集中爆发后,最终可能只会有一两种技术能主导市场,而最有希望的无疑是 Micro-LED。[1]

  Micro-LED 凭什么能获得如此高的评价?因为它不仅拥有 LED 的大部分优点,还具有高亮度、高分辨率、高响应速度、低功耗、体积小、易拆解、灵活度高、无拼缝等特征,能够覆盖绝大多数显示应用场景[5]。与此同时,它的响应速度能够达到几十纳秒,没有残像且不存在寿命问题。[3]

  除此之外,对比 LCD、OLED、QLED 等前辈,Micro-LED 的主要性能参数均较为优异。

  Micro-LED 还有一个近亲:Mini-LED,可以将后者理解为 LED 与 Micro-LED 间的过渡技术。由于技术原理极为类似,业界普遍将二者归结于一个路线中,有些情况也会被合称为 MLED。

  作为前序技术,Mini-LED 主要解决的问题是芯片尺寸断层问题,相关技术发展对 Micro-LED 具备一定的借鉴作用,其芯片尺寸一般为 75μm~300μm。

  Mini-LED 要比 Micro-LED 实现起来简单地多,不仅在芯片尺寸上更容易被实现,而且在材料上也没有科学性的难题,已被量产投入到市场中,苹果、三星、TCL 等品牌已实现规模化量产。

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  Mini-LED 产业化行径明晰,已具备一定出货量。2021 年,全球中尺寸 Mini-LED 背光面板出货量达 740 万片。到 2023 年,智能汽车将成为 Mini-LED 的新阵地。[10]

  。导致非辐射复合比例逐渐上升,发光效率和使用寿命下降。如尺寸从 400μm 减小至 20μm,电流密度光效下降比例可达 50%[7]。这还会导致有源区内肖克利・雷德・霍尔(SRH)非辐射复合几率增加、辐射复合几率和发光效率降低、引入新的漏电通道加重器件反向漏电。这些问题,在尺寸小于 10μm 的 Micro-LED 上尤为显著。[16]芯片尺寸问题还会让提高驱动器与 Micro-LED 阵列集成的效率和稳定性成为难题。简言之,量产 LED 或是 Mini-LED 的工艺流程,对 Micro-LED 来说可能不再适用。

  与传统的 LED 不同,Micro-LED 的巨量转移不仅对转移精度、转移速率、色彩均匀度的控制有更高要求,转移数量也更大,4K 的 Micro-LED 显示器需完成两千多万颗的 Micro-LED 芯片倒装,而 8K 则达到了上亿颗。

  目前巨量转移技术有多种技术方案,包括精准拾取技术、激光释放技术、流体自组装技术及滚轮转印技术等,不同技术拥有不同特性,但都存在一定弊端。

  部分方法在实验室可达 99.99% 的良率,但比起至少要达到 99.9999% 良率的产业化要求,相差距离较大。业界正在探寻一种易实现、良率高又较为便宜的技术方案。

  Micro-LED 彩色化主要有两种解决方案:一种是蓝色源转色方案,但色转换材料存在涂布均匀性和信赖性等问题,应用较少;另一种是直接使用 LED 的 RGB 三色方案,但对 Micro-LED 来说,这种方案并不是拿来就能用,需要对 LED 大小进行相应调整,此外由于各色波长均一性差异,还会面临光效率和良率不足的问题。

  与其它芯片技术相同,Micro-LED 也将牵扯庞大的产业链与原材料问题,从原料到点亮屏幕,分为上游、中游和下游,每个环节都与最终成品息息相关,其中较为关键的技术包括驱动 IC、驱动背板和封装。

  2000 年以来,得州理工大学教授提出 Micro-LED 的概念,堪萨斯州立大学制备基于 Ⅲ 族氮化物 Micro-LED

  ,学术界自此掀起研究浪潮。尤其在 2006 年后,开始呈指数型增长。谷歌学术数据显示,截止目前,Micro-LED 领域已有近 6000 篇文献。世界各地研究机构与厂商也相继投入 Micro-LED 的研究,在消费电子巨头牵动下,Micro-LED 初步产业化。

  2014 年,苹果公司收购 Lux Vue,入场 Micro-LED 的技术研究,这项技术真正开始进入大众视野,迄今为止,苹果不仅持续推动 Micro-LED 技术发展,还发布了多款 Mini-LED 相关产品;

  从专利上来看,2002 年~2014 年,Micro-LED 专利申请总量较小。而自 2017 年开始,申请量开始大幅提升。

  。另据高工产研 LED 研究所(GGII)预测,2025 年全球市场规模将超过 35 亿美元,2027 年有望突破 100 亿美元[24]。反观国内方面,有望在大规模商用化之后冲击 800 亿元市场规模。[22]

  目前市场侧 Micro-LED 应用分为两大方向,一是以苹果为代表的可穿戴市场,另一个是以三星、索尼为代表的超大尺寸电视市场。短期来看,市场将集中在超小型显示器上,中长期来看,Micro-LED 将会横跨可穿戴设备、超大室内外显示屏幕、抬头显示器(Head-Up Display,HUD)、车尾灯、AR / VR / MR、投影机等多领域。

  推进产业化的企业主要包括三类:第一类为传统 LED 芯片和封装企业,如日亚、晶电 Lumens 等企业;第二类为 TFT-LCD 和 OLED 等新型显示企业,如京东方;第三类为终端企业,如索尼、三星、LG。

  2022 年 1 月~11 月中旬 Micro-LED 国际相关融资不完全统计,制表丨果壳硬科技

  我国产业链上下游企业也纷纷在 LED、巨量转移、彩色化、检测、修复等关键技术开展技术合作,形成“京东方 + 华灿光电”“三安 + 华星光电”“富采 + 錼创 + 友达 + 群创”三大阵营[27]

  2022 年 1 月~11 月中旬 Micro-LED 国内相关融资不完全统计,制表丨果壳硬科技

脚注信息
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