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micro led技术原理及简介(microled功能特性和优势及发展前景)
编辑:谷子 [ 2018-3-22 10:51:48 ] 文章来源:数字标牌网
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北京赛车论坛 www.89eq.com.cn Micro LED简介

MicroLED是新一代显示技术,比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。2017年5月,苹果已经开始新一代显示技术的开发。2018年2月,三星在CES2018上推出了MicroLED电视。

Micro LED功能特性

microLED比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。microLED出色的特性将使得它可以在电视、iPhone、iPad上应用。

Micro LED历史

说起Micro LED,先得从显示TFT-LCD背光模组应用说起。在1990年代TFT-LCD开始蓬勃发展时,因LED具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点,部分厂商就利用LED做背光源。然而因成本过高、散热不佳、光电效率低等因素,并未大量应用于TFT-LCD产品中。

直到2000年,蓝光LED芯片刺激荧光粉制成白光LED技术的制程、效能、成本开始逐渐成熟;当进入2008年,白光LED背光模组呈现爆发性的成长,几年间几乎全面取代了CCFL,其应用领域由手机、平板电脑、笔电、台式显示器乃至电视等等。

然而,因TFT-LCD非自发光的显示原理所致,其open cell穿透率约在7%以下,造成TFT-LCD的光电效率低落;且白光LED所能提供的色饱和度仍不如三原色LED,大部分TFT-LCD产品约仅72%NTSC;再则,于室外环境下,TFT-LCD亮度无法提升至1000nits以上,致使影像和色彩辨识度低,为其一大应用缺陷。故另一种直接利用三原色LED做为自发光显示点画素的LED Display或Micro LED Display的技术也正在发展中。

micro led技术原理

MicroLEDDisplay的显示原理,是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其尺寸仅在1~10μm等级左右;后将MicroLED批量式转移至电路基板上,其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成?;げ阌肷系缂?,即可进行上基板的封装,完成一结构简单的MicroLED显示。

而要制成显示器,其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构,且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构,MicroLED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术。

黏贴完成后MicroLED能藉由整合微透镜阵列,提高亮度及对比度。MicroLED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗MicroLED的正、负极,透过电极线的依序通电,透过扫描方式点亮MicroLED以显示影像。

MicroLED典型结构是一PN接面二极管,由直接能隙半导体材料构成。当对MicroLED上下电极施加一正向偏压,致使电流通过时,电子、空穴对于主动区复合,发射出单一色光。MicroLED光谱主波长的FWHM约20nm,可提供极高的色饱和度,通??伞?20%NTSC。

而且自2008年以后,LED光电转换效率得到了大幅提高,100lm/W以上已成量产标准。因此对于MicroLED显示的应用,因其自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。

这样可解决目前显示器应用的两大问题,一是穿戴型装置、手机、平板等设备的80%以上的能耗在于显示器上,低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力;二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。

Micro LED优势

高亮度、低功耗、超高解析度与色彩饱和度。MicrolED最大的优势都来自于它最大的特点,微米等级的间距,每一点画素(pixel)都能定址控制及单点驱动发光。比起其他LED,发光效率上,目前MICROLED最高,且还在大幅提升空间;发光能量密度上,MICROLED最高,且还有提升空间?!罢?,有利于显示设备的节能,其功率消耗量约为LCD的10%、OLED的50%;后者则可以节约显示设备有限的表面积,并部署更多的传感器,目前的理论结果是,MICROLED和OLEDD比较,达到同等显示器亮度,只需要后者10%左右的涂覆面积。与同样是自发光显示的OLED相较之下,亮度比其高30倍,且分辨率可达1500PPI(像素密度),相当于AppleWatch采用OLED面板达到300PPI的5倍之多。

寿命长。由于Micro-LED使用无机材料,且结构简易,几乎无光耗,它的使用寿命非常长。这一点是OLED无法相比的,OLED作为有机材料、有机物质,有其固有缺陷——即寿命和稳定性,难以媲美无机材料的QLED和MICROLED。

能够适应各种尺寸。

成本降低空间大。目前微投影技术以数位光线处理(DigitalLightProcessing,DLP)、反射式硅基板液晶显示(LiquidCrystalonSilicon,LCoS)、微机电系统扫描(MEMSScanning)叁种技术为主,但这叁种技术都须使用外加光源,使得模组体积不易进一步缩小,成本也较高。相较之下,採用自发光的MicroLED微显示器,不须外加光源,光学系统较简单,因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势.

应用范畴广。MicroLED解决了几大问题,一个是消费型平板包括智能手机、可穿戴设备80%的能耗都在显示器上,低能耗的MicroLED显示器将大大延长电池续航能力,对于MicroLED显示的应用,因其自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,MicroLED高亮度的显示技术可以轻松解决这个问题,使其应用的范畴更加宽广。

Micro LED产业链如何

对于一个MicroLED显示产品,他的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三大块。这三者有一个共同的特点,即大量继承于已有的液晶和LED产业。因此,台湾工研院认为,他们具有整条产业链的优势。

但是,具有同样产业基础的地区还包括韩国、我国大陆、日本。其中日本在上游材料和设备上的领先性和完善度,要远超过我国台湾地区。不过,日本同仁对MicroLED的兴趣可没有台系产业那么高涨。

为什么其它具有相当或者更好产业基础的地区,在MicroLED的热情上低于台系呢?答案分成两个层次:第一是,大陆、韩国和日本显示企业,现在最忙的事情是OLED。第二,MicroLED有一个其他电子行业几乎不会用到的高难度工艺——巨量微转移(也叫巨量转移)。台湾MicroLED产业最大的动作之一,即是2016年12月以台湾工研院为牵头单位,成立“巨量微转移”产业联盟。

“巨量转移”是一个什么技术呢?简单说就是在指甲盖大小的TFT电路基板上,按照光学和电气学的必要规范,均匀焊接三五百,甚至更多个红绿蓝三原色LED微小晶粒,且允许的工艺失败率是有几十万分之一?!挥写锏秸庋ひ盏牟?,才能真正应用到AppleWatch3等产品上。

对于MicroLED的工艺问题,很多人认为,可以从传统LED屏中摄取经验。但是,MicroLED与传统led显示产品差别巨大。与传统LED显示屏比较,MicroLED的差别主要在于:1.精密程度数十倍的提升;2.集成工艺从直插、表贴、COB封装等变成了“巨量微转移”;3.缺陷可修复性几乎为零;4.背板从印刷电路板,变成了液晶和OLED显示所使用的TFT基板,或者CPU与内存所采用的单晶硅基板。

即与传统LED显示屏比较,MicroLED在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样——所以,可以看到MicroLED产品的火热没有得到任何一个传统LED大屏厂商的表态。

事实上,除了晶粒、TFT背板、IC这些“元组建”,继承于LED晶粒(如三安)、半导体显示(如京东方)、IC设计企业(如聚积、奇景)等之外,MicroLED正真的核心则是“如何将这些元件集成”,即“巨量转移”技术。后者是整个行业的命门。如果有企业要牵头MicroLED产品,最需要的即是从这里入手。

对此,目前比较确切的消息是:今年2月份MikroMesa与重庆惠科携手打造了两岸首座MicroLED面板实验室的合作。该实验室计划在今年底完工,2018年制造出全彩色MicroLED样品。MikroMesa目前在LED微晶粒上具有领先的研发技术,传闻能做到3UM?;菘圃蚪ㄉ栌蠥-SILCD生产线,具有TFT背板等方面的技术资源。二者合作的目的是,利用近可能现成的资源突破“巨量转移”技术。

不过,即便是这种比较深入的项目其对MicroLED的产业时间表预期亦不能乐观:2018年实现全彩样品,距离真实商业应用还有多远依然不好说。以OLED为例,实现全彩,到目前手机行业的大规模认可,中间走了二十余年。且,惠科、MikroMesa都是显示圈新手,二者关注MicroLED颇有企图“四两拨千斤”弯道超车之意。

综上所述,从元件角度看,MicroLED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有难度;但是从工艺和产业进程看,巨量转移横亘在MicroLED愿景与现实之间,短期难以彻底跨越。

Micro LED应用前景广泛

目前如果考虑现有技术能力,Micro-LED有两大应用方向,一是可穿戴市场,以苹果为代表,据传苹果将在新一代的苹果手表和iPhone上使用Micro-LED技术,并且有望在2018年推出Micro LED穿戴设备。;二是超大尺寸电视市场,以Sony为代表,今年,索尼在CES上展示的Micro-LED cledis已在分辨率、亮度、对比度都具有优良的性能。

从短期来看Micro-LED市场集中在超小型显示器,从中长期来看,Micro-LED的应用领域非常广泛,横跨穿戴式设备、超大室内显示屏幕外,头戴式显示器(HUD)、抬头显示器(HUD)、车尾灯、无线光通讯Li-Fi、AR/VR、投影机等多个领域。

 


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