《电子工程专辑》杂志7月刊封面故事会对microLED技术做一个相对系统的阐述,包括microLED屏的结构、技术挑战等,本文将重点放在microLED屏表现出的优势、应用场景及其对行业的影响上。

如果说miniLED背光,仍属于LCD液晶显示屏范畴的技术,那么microLED从整个屏幕和面板和角度来说则是跳脱到LCD和OLED之外的。如上篇探讨miniLED背光技术一文中所说,传统LCD显示屏的层级结构中,有一层是背光层。有了这层背光,屏幕才能点亮,并显示各种色彩。

上世纪90年代开始,某些制造商开始将LED发光二极管用于背光层——LED具备更广色域、更节能、更薄等特点。不过那个时候的LED成本还是比较高的,而且散热成问题,加上较低的光电转换效率等缺陷,LED其实并没有被广泛地应用于LCD显示屏。

从2000年开始,白光LED芯片技术步入成熟,后续几年LED就在短时间内完全替代了CCFL冷阴极荧光。现在一般消费电子产品的LCD屏幕都以LED为背光——当然LED背光本身也有不同的技术走向。

与LCDOLED结构根本不同

当这种LED芯片尺寸变得越来越小,小到一块屏幕下就有几千、几万颗LED,而且这些LED还能在画面某些区域显示黑色时完全熄灭,那么我们就将这种屏幕称作miniLED屏。通常miniLED屏仍然是LCD结构,因为miniLED主要就是对LCD屏背光部分的变动。

如果LED芯片尺寸再变小,小到50μm以下,小到像素级别,那么我们就称其为microLED。但在LED已经小到像素级的尺寸时,它们可以自行控制单个像素的点亮与熄灭,也就不需要传统LCD屏的液晶层、色彩filter层的存在;屏幕面板结构也发生了很大的变化。那么microLED屏也就不再属于LCD范畴,其结构与OLED屏更靠近;不过microLED并非有机发光材料,所以microLED屏也不是OLED。

于是在显示领域,microLED可能成为冉冉升起的另一类屏幕存在。但microLED的前景是不明朗的:今年12.9寸版的iPad Pro应用miniLED,苹果宣称这块屏幕的LED背光数量超过了10000颗——听起来还挺多,但当LED尺寸小到像素级别,也就意味着即便是1080p分辨率的面板,LED背光数量也将超过600万颗(1080x1920x3),完全不在一个量级。所以microLED的技术挑战也是不同以往的,毕竟miniLED也才刚刚开始大规模进入市场。

《电子工程专辑》杂志7月刊封面故事会对microLED技术做一个相对系统的阐述,包括microLED屏的结构、技术挑战等,欢迎届时关注。而本文将重点放在microLED屏表现出的优势,及其应用场景上。

与此同时,microLED这个新角色的存在,可能对整个显示行业、现有市场参与者、行业价值链产生极大程度的影响。此时我们再看microLED,虽然它作为显示屏的发光器件存在时,也只是尺寸比miniLED更小,但它的存在却一点也不是变小这么简单。

来源:Yole Developpement

它比LCD/OLED好在哪儿?

自索尼2012年率先展示microLED电视面板,相比当时索尼的其他电视产品高出3.5倍的对比度、1.4倍色域、10倍响应速度,是令人眼前一亮的。2014年苹果宣布收购LuxVue,则为microLED的发展注入了一剂强心针。不过当2016年,索尼再行发布microLED芯片尺寸0.003mm²的CLEDIS电视时,当时高达1.2亿日元的报价,还是让人感觉看看就好的。

不过这不影响我们去深入了解microLED展现出的魅力。京东方在一次公开演讲中曾经公布过三种显示屏的各项参数对比,如下图所示。虽然这张表的部分参数是有待商榷的,比如LCD的色域、对比度、功耗等参数,毕竟LCD/OLED技术也在持续进步;不过大方向上,microLED显示屏的优势是毋庸置疑的。这里还有一些参数是没有列出的,包括像素密度(ppi)、可视角度等。

值得一提的是,其中的EQE(外量子效率,可理解为发光效率)、功耗两项,microLED的领先优势部分停留在理论阶段。microLED在实操中,实际的效率和功耗表现暂时都弱于LCD和OLED。尤其是microLED作为体积小了很多的LED,EQE相比传统LED直线下降,且受到侧壁效应(sidewall effect)的影响相当严重——这本来就是microLED在新生阶段遭遇的技术挑战。

来逐项看看microLED的优势是如何形成的,便于我们更好地理解microLED这类显示屏形态。

从亮度的角度来说,microLED相比LCD和OLED就有着数量级上的优势(虽然这项优势可能也暂时受限于实际的实施方案)。OLED不用多说,有机发光材料的寿命和亮度本来就是其短板;而LCD则主要受限于复杂的结构,包括整个光学系统、偏振片、色彩filter等,导致了亮度的大量损失。

此前谷歌收购的一家名为Glo AB的公司就曾演示过亮度达到10000nit的小尺寸microLED显示屏。要知道我们现在用的高端手机屏幕峰值亮度达到1200nit就不错了,PC大屏的亮度普遍在500nit左右。在10000nit这样的亮度下,OLED基本上可以在几秒内烧坏。

对比度方面,LCD因为背光层的存在,对比度很难做高——miniLED部分缓解了这个问题。OLED则因为像素自发光,在显示黑色时可以“熄灭”整个像素,对比度理论上可以做到无限高;microLED也是自发光,所以高对比度不在话下。不过当我们探讨现在流行的ACR——环境对比度的时候,OLED则因为亮度上限低,在环境对比度上将显著弱于microLED。即在户外强光场景下,microLED将具备显著更高的可用性。而且这也决定了microLED要实现HDR内容显示是轻而易举的。

在稳定性和寿命的问题上,microLED芯片本身就是在高温下生长的,理论上可以具备更广的工作温度范围,加上更好的散热效率,使用寿命也将远超OLED和LCD。尤为值得一提的是,寿命对OLED所用的材料而言,可谓是短板中的短板(尤其是蓝光材料)。而且OLED对水氧非常敏感,所以对封装工艺会提出更高的要求,OLED在结构上因此会比microLED更复杂。

响应时间这个参数对游戏玩家而言是有价值的,这一点主要是基于microLED较高的电子迁移率,致其开关速度可以达到纳秒级别,领先OLED/LCD几个身位。这项特性对于AR、VR应用可能具备了更大的价值;该属性对可见光通讯应用也有相当的价值。

另外如前所述,在功耗和效率的问题上,microLED理论上会有优于LCD/OLED表现。“理论上”的这一设定让microLED更适用于使用电池的小型设备,比如可穿戴设备,而且预期中的功耗会有显著优势。理论上microLED的EQE(EQE具体是指发射到外部的光子数,与流过结的载流子数目之比)可以达到80%,但实际却会低很多。这也是microLED技术研发中的重要挑战,令现阶段其实际EQE和功耗表现都弱于LCD和OLED。

这张表格还有一些未列出的参数,比如说ppi(每英寸的像素数量)像素密度,已经有厂商展示过上万ppi的microLED显示屏。可能在乔布斯的宣传下,很多人认为手机屏幕只需要超过300ppi就有了上佳的细腻度表现。但在其他领域,尤其是AR、VR、投影机等应用下,>1000ppi的需求是常态。LCD在实施高像素密度方面有比较大的弱势;而OLED理论上是可以实现高像素密度的,但要在现有的制造流程中实现OLED高像素密度,经济效益并没有那么好。

microLED制造流程中的mass transfer,图片来源:MICROLED-info

microLED在制造工艺上向半导体制造工艺进一步靠拢甚至融合,《电子工程专辑》杂志7月刊封面故事对此将有更详尽的描述。包括microLED在wafer外延生长、LED芯片的mass transfer方面,以及背板(backplate)在小尺寸屏幕应用上开始采用CMOS——而非传统的a-Si或LTPS TFT(当然大屏应用仍然会是LTPS TFT)。在microLED芯片本身小至微米级别之后,microLED不仅能实现高很多的ppi,而且对大屏设备而言,microLED以更稀疏的方式排列,给了显示屏实现更丰富特性的余地。

有这么多的优势,感觉microLED实在是太美好了。但最终极的一个对比属性这里也没有列出,那就是成本。在LCD、OLED走向成熟的时代,microLED现阶段甚至都还无法走向大规模量产,其成本当前自然是不可言说的。microLED现存的各种工艺技术挑战,也令其前途不是很明朗。

时代的应用与市场现状

microLED的特性说到底就是小,小到带动了整体显示结构的显著变化,甚至波及显示行业价值链构成的程度。miniLED与microLED的区别,可以认为是LED技术量变和质变的区别。

不仅限于显示,microLED在照明、光通讯等领域也是有相当的应用前景的,包括在生物医疗健康领域——比如说在光遗传技术、神经刺激方面去替代传统的电刺激,十多年前就已经有应用先例了。

如果只说显示领域的话,microLED作为未来有机会替代LCD、OLED的技术,实际上有着更大的应用外延。比如说前文提到,其高ppi、高亮度、高对比、快速响应时间的特性,就决定了它对于未来的AR、VR类应用,具备将体验提高几档台阶的能力。这类型的应用对亮度、对比度和像素密度等的贪婪需求,是远超手机屏幕之类的显示设备的。LCD和OLED应付AR、VR实际上是很吃力的。

而且像AR、VR、头显、可穿戴设备小屏、投影机之类的应用更有潜力成为microLED第一批大规模应用的场景。因为microLED的制造难点主要在mass transfer,以及低EQE、受制于严重的侧壁缺陷效应;而小屏microLED制造,是一定程度规避了其中难点的。

比如说mass transfer——也就是将microLED从wafer转移到屏幕背板上的过程。对大屏设备而言,这个过程将变得非常复杂和困难,而小屏则可以采用一次整片转移的方法,虽然也存在技术挑战,但总体复杂度会低不少。此外,小屏应用的电流密度会比较高,侧壁效应的影响会显著更低,并促成EQE达到相对更高的值。

錼创科技展示的microLED透明屏

这里比较值得一说的是,microLED在透明和柔性屏制造上的天然优势。此前谈透明屏折叠的文章提过屏幕实现透明和弯曲/折叠的原理,小型化的microLED对于实现屏幕的透明和柔性化都是有意义的。前两年錼创科技就演示过透明+曲面的microLED屏幕,而且microLED本身的高亮度特性也能够显著提升透明屏的实用性。

而这两个属性,也让microLED在可穿戴设备,比如AR眼镜、智能腕表等领域具备了更具前瞻性和未来感的应用场景。至于更多大屏方向替代LCD和OLED,那可能还是个长期而艰巨的任务。LED制造商也都提过,microLED会率先应用到可穿戴、AR、VR以及车载小屏产品上,更大众的放量至少也要等到2024年——这可能还是个比较乐观的估计。

所以苹果若更早产出microLED成果,则未来率先应用microLED显示屏的设备,应该是智能眼镜或智能手表。

索尼价值可达上亿日元的CLEDIS电视

若要谈microLED的发展现状,那么这类屏幕现在主要是展会的常客,离进入寻常百姓家和大规模的工业应用还是有距离的。去年的SID Display Week上,展示microLED能力的如友达光电——展示的是microLED车用面板,包括应用于仪表板、中控台等驾驶舱应用;天马微电子以及供应链上的其他参与者(如材料供应商)也有microLED技术展示。

国内面板制造商、LED芯片制造商等市场参与者,对于microLED普遍有比较高的预期。京东方就多次强调过microLED是未来技术发展的重要方向,今年CES上有对应产品技术展示,其玻璃基AM microLED还拿到了CES“年度创新显示应用产品奖”。

韩国、中国台湾的诸多面板制造商都在向microLED面板发力,大陆地区的供应链相关企业表现得更加积极,包括京东方、TCL/华星光电、天马微电子这些面板厂商都在miniLED/microLED的R&D方面加大投入。LED供应链上,三安光电、华灿光电、国星光电、聚飞光电等这两年都在开展工作。

LED芯片制造商三安光电就将mini/microLED作为开发策略的重点,2019年三安光电宣布投资12亿元人民币在湖北鄂州的葛店经济技术开发区针对研发生产做布局;去年,三安光电与华星光电宣布合作成立联合实验室,投入3亿元人民币共同开发microLED材料、制造工艺和设备。利亚德与晶元光电、利晶去年底共同成立了microLED研究院。

去年底三星电子宣布在韩国市场开售一款110寸的microLED电视,售价是1.7亿韩元——也就是超过了100万元人民币。LG等厂商也有类似的发布动作,大抵上都属于看个寂寞的操作。2018年三星曾经发布过一款名为The Wall的microLED显示屏,那款产品的LED尺寸实际已经不大能够被称作microLED了,当时的售价也依然是相当高昂的。

颠簸中的价值链

Hendy Consulting前几年针对microLED生态参与者总结过一张图,如下图所示,或许这张图已经相对过时了,但仍可作为了解该行业的参考。当时主要的市场参与者以各自的能力构成了不同的“群组”,很多厂商还没有加入到完整的网络中来。

事实上,在《电子工程专辑》杂志7月刊封面故事文章里,我们将谈到当前microLED制造技术的分散性。从microLED生长,到这些LED的mass transfer,以及背板的制造,行业内可能都还没有广泛被接受的大方向技术;甚至在不同方案下,microLED芯片结构都可能差异较大。现有的市场参与者更像是各凭本事在摸索。

一个比较有趣的事实是,microLED的生产制造可能更需要从系统和全局的角度,对工艺做出选择——而且每个阶段的技术有时又是环环相扣的。甚至制造商需要以应用为最终导向来选择对应的制造材料和方法(比如AR、VR这种高像素密度、小屏设备,在microLED技术方向,乃至材料上的选择就与大屏电视大相径庭)。

技术的分散性,以及制造工艺需从系统角度出发,这两者的相悖又可能为microLED本身的发展增添了诸多不确定性。

与此同时,microLED制造工艺给现有显示领域的传统市场参与者提出了新的要求,microLED的制造要求多个领域、长链条的专业技能,包括更高要求的外延生长、wafer制造、芯片转移、背板制造灯。比如高ppi的小尺寸microLED屏幕,可能在背板上选择CMOS制造工艺——传统硅集成电路制造工厂具备了更高的适用性。

这些不同以往的技术特点,可能会造成显示行业的价值链整体颠簸,或价值重心的转移。未来占据新制高点的企业可能未必是传统的显示企业,比如价值将向材料与设备供应商、LED供应商与硅晶圆厂,或者更具垂直整合能力的企业等倾斜;而不少显示行业的传统市场参与者的重要性可能会下降。

责编:Luffy Liu

 

本文为EET电子工程专辑原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
阅读全文,请先
您可能感兴趣
SLOD技术显著降低了功耗,相比常规叠层器件降低了30%。同时,SLOD器件的寿命是常规单层器件的四倍以上,这意味着在相同的使用条件下,SLOD器件具有更长的使用寿命。
此次柔宇显示名下资产的拍卖页面自11月28日就已经上线,直至12月15日拍卖结束,在这长达半个多月的时间里,始终没有任何人报名参与竞拍。
在曾错失转型OLED、连年亏损之后,JDI亟待利用eLEAP OLED扳回一局,但量产计划的推迟或让其在与韩国和中国面板厂商的竞争中处于劣势。此外,JDI的业绩持续低迷,导致其在市场上的信誉和影响力进一步受损。
此次发布的iQOO Neo10系列不仅在性能上进行了全面升级,还在用户体验方面引入了多项创新技术,其中再次采用汇顶科技超声波指纹方案,引发了广泛关注。
汇顶科技在芯片领域再下一城,计划通过发行股份及支付现金的方式收购云英谷科技股份有限公司(以下简称“云英谷”)的控制权,并拟发行股份募集配套资金。此举标志着汇顶科技在显示芯片领域的进一步布局,同时也是云英谷在资本市场的重要一步。
“以前大型医疗设备90%以上都是国外进口,现在国产完全自主可控已经非常多,特别感谢(芯原股份)戴伟民董事长把这件事做起来,芯片是所有医疗器械的灵魂,没有芯片很难往前进行。” 蒋田仔教授说道……
目前,智能终端NFC功能的使用频率越来越高,面对新场景新需求,ITMA多家成员单位一起联合推动iTAP(智能无感接近式协议)标准化项目,预计25年上半年发布1.0标准,通过功能测试、兼容性测试,确保新技术产业应用。
中科院微电子所集成电路制造技术重点实验室刘明院士团队提出了一种基于记忆交叉阵列的符号知识表示解决方案,首次实验演示并验证了忆阻神经-模糊硬件系统在无监督、有监督和迁移学习任务中的应用……
C&K Switches EITS系列直角照明轻触开关提供表面贴装 PIP 端子和标准通孔配置,为电信、数据中心和专业音频/视频设备等广泛应用提供创新的多功能解决方案。
投身国产浪潮向上而行,英韧科技再获“中国芯”认可
来源:观察者网12月18日消息,自12月2日美国发布新一轮对华芯片出口禁令以来,不断有知情人士向外媒透露拜登政府在卸任前将采取的下一步动作。美国《纽约时报》12月16日报道称,根据知情人士以及该报查阅
对于华为来说,今年的重磅机型都已经发完了,而明年的机型已经在研发中,Pura 80就是期待很高的一款。有博主爆料称,华为Pura 80将会用上了豪威OV50K传感器,同时电池容量达到5600毫安时。至
“ 洞悉AI,未来触手可及。”整理 | 美股研究社在这个快速变化的时代,人工智能技术正以前所未有的速度发展,带来了广泛的机会。《AI日报》致力于挖掘和分析最新的AI概念股公司和市场趋势,为您提供深度的
12月18 日,据报道,JNTC与印度Welspun BAPL就车载盖板玻璃的开发及量产签订了投资引进业务合作备忘录(MOU)。资料显示,JNTC是韩国的一家盖板玻璃厂商。Welspun的总部位于印度
万物互联的时代浪潮中,以OLED为代表的新型显示技术,已成为人机交互、智能联结的重要端口。维信诺作为中国OLED赛道的先行者和引领者,凭借自主创新,实现了我国OLED技术的自立自强,成为中国新型显示产
阿里资产显示,随着深圳柔宇显示技术有限公司(下称:“柔宇显示”)旗下资产一拍以流拍告终,二拍将于12月24日开拍,起拍价为9.8亿元。拍卖标的包括位于深圳市龙岗区的12套不动产和一批设备类资产,其中不
 “ 担忧似乎为时过早。 ”作者 | RichardSaintvilus编译 | 华尔街大事件由于担心自动驾驶汽车可能取消中介服务,Uber ( NYSE: UBER ) 的股价在短短几周内从 202
又一地,新型储能机会来了?■ 印度:2032储能增长12倍,超60GW据印度国家银行SBI报告,印度准备大幅提升能源存储容量,预计到2032财年将增长12 倍,超60GW左右。这也将超过可再生能源本身
LG Display  12月18日表示,为加强OLED制造竞争力,自主开发并引进了“AI(人工智能)生产体系”。“AI生产体系”是AI实时收集并分析OLED工艺制造数据的系统。LG Display表
上个月,亿万富翁埃隆·马斯克谈到了年轻一代的生育问题。他强调生育的紧迫性,认为无论面临何种困难,生育后代都是必要的,否则人类可能会在无声中走向消亡。他认为人们对于生育的担忧有些过头,担心经济压力等问题