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Micro-LED是什么?
编辑:雁枫 [ 2016-7-14 14:30:51 ] 文章来源:数字标牌网
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micro LEDLED显示应用的再进化,利用磊晶技术做出尺寸和pitch皆在micron等级的超小型LED,经过基板移转和色彩转换,做到pixel level control的自发光显示,换句话说,就是超级小间距无封装消费电子应用版的LED显示屏。micro LED和近期火红的OLED一样属于自发光显示器,两者正是无机有机光源在面板cell端的直接对决。

Micro LED display,则是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路,然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列,从而实现了微型显示屏,也就是所说的LED显示屏的缩小版。

现状

说起micro LED的发展现状,正如Nouvoyance现任CEO也是三星OLED面板中P排列像素创始人Candice Brown-Elliott所说,在苹果收购LuxVue之前只有很少人知道和从事该领域,而现在已经有很多人开始讨论这项技术。

而两位Micro-LED技术的专家在去年也曾表示,该技术水平还很难应用生产各种实用的屏幕面板,近期不大可能在iPhoneiPad或者iMac产品中看到这项屏幕技术。但对于较小的显示屏,Micro-LED仍是一个可行的选择,像Apple Watch等小型屏的应用。

其实自LuxVue被苹果收入之后,有看到VerLASE公司宣布获取突破性的色彩转换技术专利,这种技术能够让全彩MicroLED阵列适用于近眼显示器,之后一直没有相关报道。最近,LEDinside从最近台湾固态照明研讨会得到消息,Leti、德州大学(Texas Tech University)PlayNitride皆在研讨会上展现自己的micro LED研发成果。

Leti推出了iLED matrix,其蓝光EQE 9.5%,亮度可达107 Cd/m2;绿光EQE 5.9%,亮度可达108 Cd/m2,采用量子点实现全彩显示,Pitch只有10 um,未来目标做到1 umLeti近程计划从smart lighting切入,中程2-3年进入HUDHMD市场,抢搭VR/AR热,远程目标是10年内切入大尺寸display应用。

而台湾Play Nitride公布的同样以氮化镓为基础的PixeLEDTM display技术,公司目前透过移转技术转移至面板,转移良率可达99%

由此可见,Micro LED技术已经有很多企业在跟进,发展速度也在加快。但就苹果本身来看,该技术属苹果实验室阶段技术,且苹果本身也押宝了许多新兴产业,故未来是否导入量产仍有待观察。

凸显的优势

Micro LED优点表现的很明显,它继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,并且具自发光无需背光源的特性,更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。

除此之外,Micro LED还有一大特性就是解析度超高。因为超微小,表现的解析度特别高;据说,如若苹果iPhone 6S采用micro LED,解析度可轻松达1500ppi以上,比原来的Retina显示的400PPi要高出3.75

而相比OLED,其色彩更容易准确的调试,有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点。故为OLED之后另一具轻薄及省电优势的显示技术,其与OLED共通性在于亦需以TFT背板驱动,所以TFT技术等级为IGZOLTPSOxide

存在的劣势

1、成本及大面积应用的劣势。依赖于单晶硅衬底做驱动电路,并且从此前苹果公布的专利上来看,有着从蓝宝石衬底转移LED到硅衬底上的步骤,也就意味着制作一块屏幕至少需要两套衬底和互相独立的工艺。这会导致成本的上升,尤其是较大面积应用时,会面临良率和成本会有巨大的挑战。(对于单晶硅衬底,一两寸已经是很大的面积了,参照全幅和更大的中画幅CMOS感应器产品的价格)当然从技术角度来说LuxVue将驱动电路衬底转换为石英或者玻璃来降低大面积应用成本是可行的,但这也需要时间。相比于AMOLED成熟的LTPS+OLED方案,成本没有优势。

2、发光效率优势被PHOLED威胁甚至反超。磷光OLEDPhosphorescent OLEDPHOLED)效率的提升有目共睹,UDC公司的红绿PHOLED材料也都已经在三星Galaxy S4及后继机型的面板上开始商用,面板功耗已经和高PPITFT-LCD打平或略有优势。一旦蓝光PHOLED材料的寿命问题解决并商用,无机LED在效率上也将占不到便宜。

3、亮度和寿命被QLED威胁。QLED研究现在很热,从QD Vision公司提供的数据来看无论效率和寿命都非常有前景,而从事这块研究的大公司也很多。当然QLED也是OLED的强力竞争对手。

4、难以做成卷曲和柔性显示。对于LuxVue来说做成卷曲和柔性都显得比较困难。如果要制造iWatch之类的产品,屏幕没有一定的曲率是比较不符合审美的。

发展的瓶颈

其实Micro LED的核心技术是纳米级LED的转运,而不是制作LED这个技术本身。由于晶格匹配的原因,LED微器件必须先在蓝宝石类的基板上通过分子束外延的生长出来。而做成显示器,必须要把LED发光微器件转移到玻璃基板上。由于制作LED微器件的蓝宝石基板尺寸基本上就是硅晶元的尺寸,而制作显示器则是尺寸大得多的玻璃基板,因此必然需要进行多次转运。

对于微器件的多次转运技术难度都是特别高,而用在追求高精度显示器的产品上难度就更大。通过此前苹果收购Luxvue后公布的获取专利名单也以看出,大多都是采用电学方式完成转运过程,所以说这才是Luxvue的关键核心技术

其实,Micro LED还面临第三个问题,即全彩化、良率、发光波长一致性问题。单色Micro LED阵列通过倒装结构封装和驱动IC贴合就可以实现,但RGB阵列需要分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒,需要嵌入几十万颗LED晶粒,对于LED晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高,同时分bin的成本支出也是阻碍量产的技术瓶颈。

苹果布局 micro LED 的机会与挑战

市场预期有机发光二极体(OLED)面板将取代液晶,成为智能手机面板主流产品,而在苹果(Apple)带动下,OLED 市场竞逐更趋白热化。与此同时,业界也正密切关注苹果所布局的新一代显示技术“Micro LED”,有望超越 OLED 颠覆现有显示技术局面,并将拓展更高层次的技术应用。

收购 LuxVue Technology,展开专利技术布局

微发光二极体(Micro LED)显示技术已发展多年,直到苹果收购了美国 Micro LED 显示技术公司 LuxVue Technology 后,引发市场热切关注。LuxVue 成立于 2009 年,主要研发用于消费性电子的低功耗 Micro LED 显示技术,并经三轮融资募得 4,300 万美元资金。美国硅谷知名创投公司 KPCB 为其投资者之一,该公司合伙人 John Doerr 曾表示,LuxVue 的显示技术别具突破性;而台湾面板厂友达、IC 设计厂联发科及奇景光电,都曾持有 LuxVue 股份,之后因 LuxVue 被苹果收购而早一步处分持股。

苹果看上 LuxVue 所拥有的 Micro LED 技术,2014 5 月证实收购 LuxVue,取得多项 Micro LED 专利技术,此后也持续布局有关技术专利。藉由整合 LuxVue 技术,苹果可望为旗下穿戴式设备、手机等产品提高屏幕亮度,并降低电池能耗、延长续航力,为硬件设备拓展创新可能。

不过,苹果对于并购 LuxVue 一事表现得相当低调,除了拒绝透露有关细节外,也以一贯的官方说法回应,表示苹果不时收购小型新创公司,通常不会针对收购目的或计划予以说明。2015 年底有媒体消息指出,苹果在台湾龙潭科学园区设置实验室,主要为研发 Micro LED 显示技术,试图抢夺新一代显示器主导权,以降低对日韩面板厂的依赖。然而,该消息似乎已成业界“不能说的祕密”,至今仍未能获得证实。

Micro LED 显示技术具优势,整合感测器拓展应用

Micro LED 为微型化 LED 阵列结构,具有自发光显示特性,每一点像素(pixel)都能定址化单独驱动发光,优点包括高亮度、低功耗、体积较小、超高分辨率与色彩饱和度等。相较于同为自发光显示的 OLED 技术,Micro LED 不仅效率较高、寿命较长,材料不易受到环境影响而相对稳定,也能避免产生残影现象,但柔软度及可挠性则逊于 OLED

市面上有些穿戴式显示设备因亮度不高而影响清晰度,必须拉升效率加以改善,但原本效率较低的 OLED 会因此增加功耗,Micro LED 却能在同样功耗下,亮度比 OLED 高十倍以上。工研院电光所微组装系统部经理方彦翔博士表示,工研院经实测后认定 Micro LED OLED 更适合用于穿戴式产品,待前者技术成熟后,价格也相对更具竞争力。

穿戴式设备与物联网(IoT)关系密不可分,为因应未来趋势发展,穿戴式设备势必得整合更多感测器(sensor),对空间需求也就更大。方彦翔指出,OLED 为提升效率必须将 RGB 子像素排列紧密,在间距变窄下所能置入的感测器有限;Micro LED 间距则足以整合多个感测器,维持穿戴式设备轻薄省电。

方彦翔认为 Micro LED 技术不光是能用于显示,也以整合多样感测器为发展方向,将在穿戴式设备、智能手机等应用扮演关键要角,工研院称之为“微组装”(micro assembly)技术,预计最快五年内在台建构相关产业链。

技术开发门槛高,牵动产业链发展

苹果看见 LuxVue Micro LED 技术潜力而将之收归旗下,尤其 LuxVue 已掌握最关键的转移技术,这也是现阶段开发 Micro LED 最难克服的环节,另包括电路驱动、色彩转换、检测、晶圆波长均匀度等,也都是尚待突破的技术瓶颈。LuxVue 最初从布局转移技术专利,之后陆续朝驱动、应用等专利技术拓展,三年来已布下 65 项专利。

方彦翔表示,由于 Micro LED IC、检测、转移技术和应用各方面,都与现有 LED 产业链大不相同,因此 LED 厂投入研发 Micro LED 技术,其实并没有较占上风。不过,Micro LED 一旦开发成功,台湾半导体、LED 产业等都可望受惠,特别是可解决后者产能过剩问题。

目前不仅苹果积极研发 Micro LED 技术,其他还包括美国德州理工大学(Texas Tech University)、法国原子能署电子暨资讯技术实验室(CEA-Leti)、英国史崔克莱大学拆分公司 mLED 等,而台湾半导体新创公司錼创科技也是其中之一,更与工研院合作开发技术与产品,日前也发布了 PixeLED 专利显示技术,接下来的发展令人期待。

Micro LED 技术及相关产业链可望在苹果带动下加速发展,未来可望多方应用在智能穿戴设备、头戴式显示器Head-Mounted DisplayHMD)、抬头显示器Head-Up DisplayHUD)、数码看板(Digital Signage)、TV 等,其发展潜力备受看好。然而,目前仍有许多技术门槛有待克服,距离技术成熟恐怕还需要数年时间,日后苹果将如何运用 Micro LED 显示技术,又将朝哪些应用开发,在在影响着产业发展,至于有关技术会否如业界所言成为产业救星,值得持续追踪观察。


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