導讀:Micro LED,即微發光二極管顯示器,機構是微型化LED陣列,也就是將LED結構設計進行播磨花、微小化與陣列化,體積約為目前主流LED大小的1%,每一個畫素都能定址、單獨發光,將畫素的點距降數量級低到微米。
Micro LED被視為繼LCD和OLED之后最為可能顛覆顯示行業的新一代技術,似乎要取代市場對OLED的看法。
Micro LED,即微發光二極管顯示器,機構是微型化LED陣列,也就是將LED結構設計進行播磨花、微小化與陣列化,體積約為目前主流LED大小的1%,每一個畫素都能定址、單獨發光,將畫素的點距降數量級低到微米。
Micro LED
Micro LED來源于LED,卻與OLED相同,也具有自發光優勢,但卻性能卻比OLED更加優化,功耗低、亮度高、具有超高的解析度與色彩飽和度、響應速度更快,使用壽命更長、效率較高等等。其中功耗約為LCD的10%,OLED的50%,尤其是Micro LED的亮度比OLED高30倍,解析度更是可以達到1500PPI像素密度。
Micro LED沖擊下OLED或將無法普及
目前蘋果和Sony都在積極布局MicroLED生產線,并在一眾開發Micro LED的廠商中處于領先地位。不同的是,作為最早做Micro LED的商家Sony主要致力于大屏Micro LED的生產,而蘋果發展方向則是小尺寸的Micro LED。與此同時,三星、LG、夏普等國際大廠以及中國臺灣的一些廠商,如:友達光電、群創科技、晶電等也開始投資Micro LED。
Micro LED的應用
因為Micro LED的像素大、亮度高和功耗低等優點,所以它主要目前的應用方向就是智能可穿戴設備、VR和AR設備、商用拼接顯示屏和公共顯示屏等領域。隨著技術的成熟和門檻的降低,未來應該還會有更好地發展,并且蘋果公司尤其鐘愛Micro LED,甚至有分析師認為蘋果只把OLED視為過渡,而Micro LED才是其真愛。
Micro LED的應用
此前,OLED一直被各大顯示業巨頭紛紛看好,在經過多年的發展之后,終于撥開云霧見月明,在今年得到快速發展,有望取代LCD在市場的地位。卻沒想到,半路殺出了Micro LED這匹黑馬。OLED目前還在發展中,而Micro LED的出現必然會沖擊到OLED的普及,若Micro LED的發展能夠追趕上OLED,那最終誰才是能顛覆顯示產業的技術,仍待考究。
LED技術已經發展了近三十年,最初只是作為一種新型固態照明光源,之后雖應用于顯示領域,卻依然只是幕后英雄——背光模組。如今,LED逐漸從幕后走向臺前,迎來最蓬勃發展的時期。如今它已多次出現在各種重要場合,在顯示領域扮演著越來越重要的角色。
LED之所以能夠成為當前的關注焦點,主要歸功于它許多得天獨厚的優點。它不僅能夠自發光,尺寸小,重量輕,亮度高,更有著壽命更長,功耗更低,響應時間更快,及可控性更強的優點。這使得LED有著更廣闊的應用范圍,并由此誕生出更高科技的產品。
如今,LED大尺寸顯示屏已經投入應用于一些廣告或者裝飾墻等。然而其像素尺寸都很大,這直接影響了顯示圖像的細膩程度,當觀看距離稍近時其顯示效果差強人意。此時,micro-LEDdisplay應運而生,它不僅有著LED的所有優勢,還有著明顯的高分辨率及便攜性等特點。
當前micro-LEDdisplay的發展主要有兩種趨勢。一個是索尼公司的主攻方向——小間距大尺寸高分辨率的室內/外顯示屏。另一種則是蘋果公司正在推出的可穿戴設備(如AppleWatch),該類設備的顯示部分要求分辨率高、便攜性強、功耗低亮度高,而這些正是micro-LED的優勢所在。
Micro-LEDdisplay已經發展了十數年,期間世界上多個項目組發布成果并促進著相關技術進一步發展。例如,2001年日本SatoshiTakano團隊公布了他們的研究的一組micro-LED陣列。
該陣列采用無源驅動方式,且使用打線連接像素與驅動電路,并將紅綠藍三個LED芯片放置在同一個硅反射器上,通過RGB的方式實現彩色化。該陣列雖初見成效,但也有著不容忽視的缺點,其分辨率與可靠性都還很低,不同LED的正向導通電壓差別比較大。
同年,H.X.Jiang團隊也同樣做出了一個無源矩驅動的10×10micro-LEDarray。這個陣列創新性的使用四個公共n電極和100個獨立p電極。并采用復雜的版圖設計以盡量最優化連線布局。雖然顯示效果有一定的進步,但沒有解決集成能力低的問題。
另一個比較突出的成果是在2006年由香港科技大學團隊公布的。同樣采用無源驅動,使用倒裝焊技術集成Micro-LED陣列[3]。但是同一行像素的正向導通電壓也差別比較大,而且當該列亮起的像素數目不同時,像素的亮度也會受到影響,亮度的均勻性還不夠好。
2008年,Z.Y.Fan團隊公布另一個無源驅動的120×120的微陣列,其芯片尺寸為3.2mm×3.2mm,像素尺寸為20×12μm,像素間隔為22μm。尺寸方面已經明顯得到優化,但是,依然需要大量的打線,版圖布局仍然十分復雜。
而同年Z.Gong團隊公布的微陣列,依然采用無源矩陣驅動,并使用倒裝焊技術集成。該團隊做出了藍光(470nm)micro-LED陣列和UVmicro-LED(370nm)陣列,并成功通過UVLED陣列激發了綠光和紅光量子點證明了量子點彩色化方式的可行性。
此外,在該年,B.R.Rae團隊成功集成了Si-CMOS電路,該電路可為UVLED提供合適的電脈沖信號,并集成了SPAS(singlephotoavalanchediode)探測器,主要應用于在便攜式熒光壽命讀寫器。然而其驅動能力比較弱,且工作電壓很高。
2009年,香港科技大學Z.J.Liu所在團隊利用UVmicro-LED陣列激發紅綠藍三色熒光粉,得到了全彩色的微LED顯示芯片。2010年該團隊分別利用紅綠藍三種LED外延片制備出360PPI的微LED顯示芯片[8],并把三個芯片集成在一起實現了世界上首個去背光源化的全彩色微LED投影機。
之后,Z.J.Liu所在的香港科技大學團隊與中山大學團隊合力將微LED顯示的分辨率提高到1700PPI,像素點距縮小到12微米,采用無源選址方式+倒裝焊封裝技術[10]。與此同時他們還成功制備出分辨率為846PPI的WQVGA有源選址微LED顯示芯片,并在該芯片中集成了光通訊功能。