MicroLED會(huì)引發(fā)下一次顯示器革命,？一文淺析其優(yōu)勢(shì),、技術(shù)難點(diǎn)及可實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2017-09-11

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盡管固態(tài)照明迅速發(fā)展，但是顯示屏的背光仍然是LED的實(shí)質(zhì)性市場(chǎng),。十多年來,，企業(yè)資訊，屏幕都是由這些設(shè)備進(jìn)行顯示的 – 最初這些設(shè)備被放置在傳統(tǒng)的封裝中,，3c認(rèn)證,，最近更多地是在芯片級(jí)的封裝中，而且它們現(xiàn)在是LCD的背光源,。

LED封裝的一個(gè)最成功案例是作為大型視頻廣告牌中的光源,，比如在體育場(chǎng)館、商場(chǎng)等,。根據(jù)顯示屏的尺寸和分辨率,，設(shè)計(jì)，包含紅色,、綠色和藍(lán)色芯片的分立封裝LED形成單個(gè)像素,，間距通常為1 mm至40 mm。

截止今日,，LED都沒有被用作為小間距顯示屏中的直接發(fā)光元件 - 即像素,。這種現(xiàn)象是由許多問題造成的，包括成本和制造可行性,。但是,，使用microLED和亞毫米像素間距生產(chǎn)顯示屏的想法可以追溯到LED起步時(shí)期。

在過去五年中,，開發(fā)基于microLED的顯示器興趣大增,，工程照明，尤其是2014年蘋果公司收購Luxvue之后,。去年10月,，F(xiàn)acebook收購沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)公司Oculus；而今年5月,，夏普收購了另外一家microLED的新創(chuàng)公司eLux,，醫(yī)院led照明,，以及最近Google注資瑞典Micro LED制造商Glo。

鑒于這些收購,，證明microLED不只僅是停留在實(shí)驗(yàn)室,。那么，這些大品牌為什么對(duì)這項(xiàng)技術(shù)這么感興趣呢,？因?yàn)閙icroLED可以將獨(dú)立的紅色,、綠色和藍(lán)色子像素作為獨(dú)立可控的光源，LED天花燈,，能夠形成具有高對(duì)比度,、高速和寬視角的顯示器。

事實(shí)上,，MicroLED顯示器比OLED的對(duì)手要強(qiáng)很多,，因?yàn)閙icroLED有更寬的色域、帶來更高的亮度,、更低的功耗,、更長(zhǎng)的使用壽命、更強(qiáng)的耐用性和更好的環(huán)境穩(wěn)定性,。此外,，如蘋果最近的專利文件所示，電工照明,，microLED可以集成傳感器和電路,，實(shí)現(xiàn)具有嵌入式感測(cè)功能的薄型顯示器，如指紋識(shí)別和手勢(shì)控制,。

雖然microLED仍然還未進(jìn)入市場(chǎng),，但是它們還不只是停留在紙上的想法。在2012年1月的“International CES”上,，索尼就展出了1920×1080像素的55英寸microLED顯示器,，包含620萬個(gè)子像素，每個(gè)都是可獨(dú)立控制的microLED芯片,，受到媒體的強(qiáng)烈關(guān)注,。但是，索尼對(duì)于商業(yè)化還沒有給出時(shí)間表,，LED筒燈,，到目前為止，沒有一臺(tái)microLED電視機(jī)進(jìn)入市場(chǎng),。

microLED本質(zhì)上是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)

今天,，microLED還沒有一個(gè)普遍認(rèn)可的定義。但是，一般來說,，microLED被認(rèn)為是總表面小于2500 mm2的LED芯片,。這相當(dāng)于是50mm×50mm的正方形，或直徑為55mm的圓形芯片,。 根據(jù)這一定義，microLED今天已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上了： 索尼在2016年再次亮相,，采用小間距大型LED視頻墻的形式,，傳統(tǒng)的LED封裝由microLED替代。

制造microLED顯示器的技術(shù)涉及方方面面：將LED基板加工成準(zhǔn)備用于拾取和轉(zhuǎn)移到接收基板的microLED陣列,，用于集成到非均勻集成的系統(tǒng)中：顯示器,。顯示器又集成LED、像素驅(qū)動(dòng)晶體管,、光學(xué)器件等,。外延片可容納數(shù)億microLED芯片。

實(shí)現(xiàn)MicroLED顯示屏有兩個(gè)主要選項(xiàng),。一個(gè)是將microLED單獨(dú)或分組地拾取并轉(zhuǎn)移到薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)矩陣上,，這類似于OLED顯示器中使用的；另一個(gè)是使用CMOS驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)十萬個(gè)MicroLED的完整單片陣列組合起來,。

如果采用這兩種方法中的第一種,，LED-T5一體化燈管，則組裝一個(gè)4K顯示器需要拾取,、放置和單獨(dú)連接2500萬個(gè)microLED芯片（假設(shè)沒有像素冗余）到晶體管背板,。用傳統(tǒng)的拾放設(shè)備操縱這樣的小型設(shè)備，每小時(shí)的加工速度約為25,000個(gè)單位,。這太慢了,， 組裝單個(gè)顯示器將需要一個(gè)月的時(shí)間。

為了解決這個(gè)問題,，像蘋果,、X-Celeprint等數(shù)十家公司已經(jīng)開發(fā)出大規(guī)模的并聯(lián)抓取技術(shù)。他們可以同時(shí)加工數(shù)萬到數(shù)百萬的microLED,。但是,，當(dāng)microLED尺寸僅為10μm時(shí)，以足夠的精度加工和放置非常具有挑戰(zhàn)性,。

還有一些與LED芯片相關(guān)的問題要克服,。當(dāng)其尺寸非常小時(shí)，其性能會(huì)受到與表面和內(nèi)部缺陷（例如開放式粘合,、污染和結(jié)構(gòu)損壞）相關(guān)的側(cè)壁效應(yīng)的影響,。這些缺陷導(dǎo)致非輻射載體重組加速。側(cè)壁效應(yīng)可以延伸到類似于載體擴(kuò)散長(zhǎng)度的距離（通常為1mm至10mm）：這在傳統(tǒng)的LED中并不重要，因?yàn)槠渚哂袛?shù)百微米的邊緣,，3c認(rèn)證,，但在microLED中卻是十分致命的。在這些設(shè)備中,，它可以限制芯片整個(gè)體積的效率,。

由于這些缺陷，廠房照明,，microLED的峰值效率通常低于10％,，當(dāng)設(shè)備尺寸低于5mm時(shí)，它的峰值效率可能小于1％,，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前最好的傳統(tǒng)藍(lán)光發(fā)射的‘macro’ LED,，它現(xiàn)在可以產(chǎn)生超過70％的外部量子峰值效率。

更糟的是,，microLED通常必須以非常低的電流密度運(yùn)行,。它們通常在低于1-10 A cm-2峰值效率區(qū)域驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榧词乖谶@種低效率下,，LED也是非常明亮的,。如果一臺(tái)帶microLED的手機(jī)以其最高效率運(yùn)行，廠房照明,，其顯示屏將提供高達(dá)數(shù)以萬計(jì)nits的亮度,，比目前市場(chǎng)上更亮的手機(jī)高出一個(gè)級(jí)別。屏幕會(huì)很亮,，以至于膽大的用戶都不敢看,。

當(dāng)LED以非常低的電流密度工作時(shí)，它們的效率非常低,，使得該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)其削減能量消耗的承諾,。因此，解決這個(gè)問題就成為microLED公司的優(yōu)先事項(xiàng),。提高效率的辦法包括引入新的芯片設(shè)計(jì)和改進(jìn)制造技術(shù),。這兩種方法都可以減少側(cè)壁缺陷并使電載體遠(yuǎn)離芯片的邊緣。

microLEDs的開發(fā)人員也面臨與色彩轉(zhuǎn)換,、光提取和光束成形有關(guān)的挑戰(zhàn),。

現(xiàn)代顯示屏的另一個(gè)要求就是消除壞點(diǎn)或有缺陷的像素。在外延,、芯片制造和轉(zhuǎn)移方面實(shí)現(xiàn)100％的綜合收益率是不太可能的,，所以microLED顯示器制造商必須制定有效的缺陷管理策略，可以包括像素冗余和單個(gè)像素修復(fù),，這得取決于顯示器的特性和成本,。

目前MicroLED最容易實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域

MicroLED能夠部署在從最小到最大的任何顯示應(yīng)用中。在許多情況下，它們將比LCD和OLED顯示器的最終組合更好,。但是,，生產(chǎn)可行性和經(jīng)濟(jì)成本限制了其使用。然而,，酒店led照明,，詳細(xì)的分析表明，智能手表和其他可穿戴產(chǎn)品,，如AR / MR應(yīng)用的微型顯示器,，最能顯示microLED顯示器的性能。

其中,，在智能手表上實(shí)現(xiàn)microLED是最有可能的，因?yàn)橹悄苁直砭哂邢鄬?duì)較少的像素?cái)?shù)和中等范圍的像素密度,，因此,，芯片和組裝成本效率高，也最接近microLED當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的狀態(tài),。它們具有潛在的差異化功能,，包括能夠延長(zhǎng)電池壽命、降低功耗以及更高的亮度,，從而提供戶外環(huán)境下良好的可讀性,。

如果這些顯示器開始大量出現(xiàn)，那么在顯示器前端平面內(nèi)可引入各種傳感器,，例如可以讀取指紋并提供手勢(shì)識(shí)別,。