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谁说谈Micro LED,为时尚早?

广东LED · 2019-03-22
虽然,在苹果和三星两大巨头的力捧之下——苹果Apple watch上采用Micro LED面板、三星推Micro LED家用电视,Micro LED成为当红炸子鸡,但由于其技术难度和高昂成本,我们现在谈论Micro LED产业化似乎为时尚早。不过,且看Micro LED最新技术进展,不难发现,Micro LED越来越近了……

虽然,在苹果和三星两大巨头的力捧之下——苹果Apple watch上采用Micro LED面板、三星推Micro LED家用电视,Micro LED成为当红炸子鸡,但由于其技术难度和高昂成本,我们现在谈论Micro LED产业化似乎为时尚早。不过,且看Micro LED最新技术进展,不难发现,Micro LED越来越近了……

Micro LED量产最大难关

Micro LED 是 LED 产业的延伸,在 LED 芯片制造环节与传统技术具备相似性,同样需要外延片、RGB 三色晶粒与组装。Micro LED 虽然前段制程与面板、IC 电路相似,但多了一项巨量转移制程。而目前 Micro LED 量产最大难关就是在此环节上。

数据源:ALLOS

安信证券指出,巨量转移存在两大挑战:一是Micro LED芯片在进行大量、多次转移时的良率必须达到99.9999%,精准度控制在±0.5微米以内;二是RGB全彩显示需要对红、蓝、绿芯片分别转移,要求精准定位灯珠。

若要达到商用化程度,Micro LED 巨量转移良率必须达到 99.9999%。若以一台 4K UHD 面板为列,其含有 3840*2160 像素,转化为彩色 Micro LED 芯片将超过 24,800,000 颗。如果只以 99.99% 良率计算,一台 4K 显示器上的不合格芯片将高达 2488.32 颗,如果是 99.9999% 的良率,只会有 2.49 颗不合格芯片。由此可以看出目前各厂面对这座巨大技术高墙暂时难以突破。

Micro LED先应用于小尺寸

不过,即使 Micro LED 良率问题无法有效改善,但 Yole 还是认为今年 Micro LED 应用将可在小尺寸市场中见到身影,特别是穿戴式消费性电子,随后在 2021 年开始渗透至智能手机与电视领域,而智能手机将是 Micro LED 显示技术运用最大的领域。

数据来源:长江证券

相比之下,尺寸要小得多的智能手机等数码电子产品先应用Micro LED技术更合适,毕竟这类产品的显示屏尺寸要小得多,而且也能承受成本更高的Micro LED面板。

Micro LED技术除了在显示技术方面较OLED更先进之外,采用合适的基板,可以适应各种尺寸和设计形状的电子产品,例如当下正受到高度关注的折叠手机,三星和华为的折叠手机采用OLED面板都在折叠OLED面板时面临着巨大的技术挑战,而Micro LED面板则可以完美解决这一问题,到Micro LED真正成熟商用的时候,曾经的穿戴设备构想或许就会成为现实。

正是由于Micro LED所拥有的诸多先进特性,苹果已将Micro LED面板应用于其Apple watch上,只不过由于成本过高以及产能有限无法满足iPhone的要求,而在iPhone上采用了OLED面板,如果未来该技术能达到苹果的要求预计它或会与LG等面板厂商合作迅速推进Micro LED面板的量产,摆脱当下OLED面板受制于三星的境况。

新进展

一种结构,有利于提升Micro LED效率

美国罗彻斯特理工学院(Rochester Institute of Technology)的研究者新设计出一种垂直集成氮化镓 LED 结构,有助于提高 Micro LED 显示器的效率。

罗彻斯特理工学院的马修(Matthew Hartensveld)和张敬(音译,Jing Zhang)在 IEEE Electron Device Letter 期刊上发表了一项研究,描述了他们将纳米线氮化镓场效电晶体(field-effect transistors,简称“FETs”)和氮化铟镓 LED 集成在一起的方法。在这个有创意的新结构中,电晶体被放置在 LED 下面以实现控制和调光。

图片来源:罗彻斯特理工学院Hartensveld和Zhang

据悉,研究员通过结合电晶体和 LED,创造出一个紧凑的结构,且制造过程简易。在改善Micro LED 显示器发展方面,这个新设计的结构是一个性价比更高的选择。

研究表明,新结构中,一个区域可放置更多的 LED,因此,像素密度和分辨率皆更高。由于像素尺寸变小,像素密度变大,这对于发展 Micro LED 显示器有很大的帮助。

但是,目前垂直设计的局限性在于关闭 LED 需要一个负电压,对此,研究者正在努力改进中。(来源于LEDinside)

无需巨量转移技术,就能实现全彩Micro LED?

台湾交通大学光电工程学系郭浩中教授研究团队与厦门大学电子科学系吴挺竹博士和Flex-Photonics佘庆威博士、SIJ Technology Inc公司合作,在单一磊芯片上采用奈米结构应力调变技术与高精度的量子点喷涂技术,合作开发出单片式集成RGB Micro-LED元件,该研究成果展示了无须巨量转移技术就能实现全彩显示的Micro-LED概念,研究成果也分别被刊登在国际知名期刊《Scientific Reports》与《Photonics Research》。

由于蓝绿光的LED是由铟氮化镓基材料为主,因为晶体结构的关系,是一种压电材料,本身具有很强的内建电场,会影响主动区的发光波长与载子复合效率,这个现象称为量子史侷限塔克效应(quantum confined Stark effect; QCSE),是困扰LED发光效率的主要原因之一,因此该研究团队利用QCSE的特性,在绿光磊芯片上通过环型奈米结构的制作,释放LED主动区的应力来实现波长调变的效果,并将发光波长由绿光调变至蓝光;由于奈米结构会牺牲掉部分发光面积而降低发光强度,且Micro-LED随着尺寸的减小,侧壁缺陷对芯片的影响程度则会变大,进而导致芯片发光效率的降低,因此郭教授研究团队导入了原子层沉积(ALD)薄膜钝化保护技术取代传统的电浆辅助化学气相沉积(PECVD)的方式,藉由ALD钝化保护层具有高致密度、高阶梯覆盖能力及有效的缺陷修复等特性,避免载子在芯片表面被缺陷捕捉,大幅提高了元件的发光强度,进而提升效率。

由于制备的每个RGB子像素的尺寸仅为3 μm * 10 μm,因此在小面积上实现量子点材料的精确喷涂也是该研究的一大亮点所在。该研究团队所采用的高精度量子点喷涂技术,可实现1.65 μm线宽的均匀喷涂(如图所示),喷涂精度可以很好地满足要求。

(图片来源:Photonics Research)

此外,因为奈米结构的设计使得外露的主动区面积增加,多数的量子点与主动区直接接触,如图所示,进阶的实现了非辐射能量转移(NRET)效应,提高了量子点材料的色转换效率。非辐射能量转移(NRET)是一种发生在两个发色团之间能量转移的一种机制,由德国科学家Theodor F?rster提出。可将其描述为激发态上的施体发色团,在距离极靠近的情况下,可以透过偶极耦合的方式将能量传递给受体发色团,属于一种类似近场传输(即反应的作用距离远小于激发波长),而LED的多重量子井与量子点即可视为两个发色团,并存在着施体与受体关系,只要在适当的距离之内,就可以发生非辐射能量转移机制,过去许多研究都利用这个机制来提升量子点的色彩转换效率。

(图片来源:Photonics Research)

综上所述,该联合研究团队开发了可实现全彩微显示的新型Micro-LED,并利用原子层沉积ALD技术改善了Micro-LED的发光效率,同时利用非辐射能量转移机制提升了量子点的色转换效率。该研究开发制备的量子点与奈米环Micro-LED技术,为实现Micro-LED的全彩显示提供了一种新思路与新方向。(来源:LEDinside)

日前,Luci推出了一种新的娱乐虚拟现实眼镜,称为Luci Immerse,由于采用了双微型有机发光显示器(Micro LED),它可以清晰地观看虚拟现实电影和其他内容。

上图:Luci Immers是一款虚拟现实头盔,可以利用智能手机、平板电脑或笔记本电脑的处理能力。图片来源:Luci

总部位于加利福尼亚州的这家公司是总部设在北京控股公司的一个分支,在拥挤的市场中进入较晚。但Luci执行副总裁唐民勤(Minqin“Crystal”Tang)表示,该公司认为,目标市场的一部分还没有被竞争对手很好地覆盖。

双Micro LED显示屏具有非常清晰的光学效果、良好的对比度和50度的视野,可以让您看到相当于高清晰度(每只眼睛1080p分辨率)的1023英寸电视屏幕。唐说:“这类似于在剧院看电影的经历。” 她说:“你可以戴着眼镜看电影,所以没必要去电影院。” 该公司计划今年秋天以1000美元左右的价格推出这款眼镜。(来源于航空工业虚拟现实产业联盟)

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时任广东省副省长宋海题词,广东省科技厅主管,八个地市科技局协管,广东省半导体照明产业联合创新中心、广东省半导体光源产业协会、深圳市LED产业联合会(5A级)联合主办。
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