本文目录
- 利亚德的Micro LED显示屏怎样
- Micro-LED是什么
- 利亚德Micro LED显示屏怎样
- 深度解析！关于Micro LED是时候了解下这些了.
- 自发光屏幕的“新皇之争”—OLED与Micro/Mini LED分析-
- 苹果又带头：智能手表上MicroLED屏幕，真比OLED更好吗
- 三星推出1000英吋巨型Micro LED屏幕，最高可达16K分辨率
- 三星正研发Micro-LED头显 比OLED更高的分辨率
- Micro LED真的会取代LCD和OLED吗
利亚德的Micro LED显示屏怎样
利亚德的Micro LED显示屏非常可靠，利亚德从2016年就研发Micro LED显示技术，而且一直在研究新技术，最新发布的“黑钻”系列Micro LED技术及新品统一采用都是最先进的Micro LED全倒装芯片及封装技术。
Micro-LED是什么
Micro-LED是什么?\x0d\x0a Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，如LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮，可看成是户外LED显示屏的微缩版，将像素点距离从毫米级降低至微米级。\x0d\x0a 而Micro LED display，则是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路，然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从而实现了微型显示屏，也就是所说的LED显示屏的缩小版。\x0d\x0a\x0d\x0a 凸显的优势\x0d\x0a Micro LED优点表现的很明显，它继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。\x0d\x0a 除此之外，Micro LED还有一大特性就是解析度超高。因为超微小，表现的解析度特别高;据说，如若苹果iPhone6S采用micro LED，解析度可轻松达1500ppi以上，比原来的Retina显示的400PPi要高出3.75倍\x0d\x0a 而相比OLED，其色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点。故为OLED之后另一具轻薄及省电优势的显示技术，其与OLED共通性在于亦需以TFT背板驱动，所以TFT技术等级为IGZO、LTPS、Oxide。\x0d\x0a\x0d\x0a 存在的劣势\x0d\x0a 1、成本及大面积应用的劣势。依赖于单晶硅衬底做驱动电路，并且从此前苹果公布的专利上来看，有着从蓝宝石衬底转移LED到硅衬底上的步骤，也就意味着制作一块屏幕至少需要两套衬底和互相独立的工艺。这会导致成本的上升，尤其是较大面积应用时，会面临良率和成本会有巨大的挑战。(对于单晶硅衬底，一两寸已经是很大的面积了，参照全幅和更大的中划幅CMOS感应器产品的价格)当然从技术角度来说LuxVue将驱动电路衬底转换为石英或者玻璃来降低大面积应用成本是可行的，但这也需要时间。相比于AMOLED成熟的LTPS+OLED方案，成本没有优势。\x0d\x0a\x0d\x0a 2、发光效率优势被PHOLED威胁甚至反超。磷光OLED(Phosphorescent OLED，PHOLED)效率的提升有目共睹，UDC公司的红绿PHOLED材料也都已经在三星GalaxyS4及后继机型的面板上开始商用，面板功耗已经和高PPI的TFT-LCD打平或略有优势。一旦蓝光PHOLED材料的寿命问题解决并商用，无机LED在效率上也将占不到便宜。\x0d\x0a 3、亮度和寿命被QLED威胁。QLED研究现在很热，从QD Vision公司提供的数据来看无论效率和寿命都非常有前景，而从事这块研究的大公司也很多。当然QLED也是OLED的强力竞争对手。\x0d\x0a 4、难以做成卷曲和柔性显示。OLED和QLED的柔性显示前景很好，也已经有不少的Prototype展示，但对于LuxVue来说做成卷曲和柔性都显得比较困难。如果要制造iWatch之类的产品，屏幕没有一定的曲率是比较不符合审美的。\x0d\x0a 现状\x0d\x0a 说起micro LED的发展现状，正如Nouvoyance现任CEO也是三星OLED面板中P排列像素创始人CandiceBrown-Elliott所说，在苹果收购LuxVue之前只有很少人知道和从事该领域，而现在已经有很多人开始讨论这项技术。\x0d\x0a 而两位Micro-LED技术的专家在去年也曾表示，该技术水平还很难应用生产各种实用的屏幕面板，近期不大可能在iPhone、iPad或者iMac产品中看到这项屏幕技术。但对于较小的显示屏，Micro-LED仍是一个可行的选择，像Apple Watch等小型屏的应用。\x0d\x0a\x0d\x0a 其实自LuxVue被苹果收入之后，有看到VerLASE公司宣布获取突破性的色彩转换技术专利，这种技术能够让全彩MicroLED阵列适用于近眼显示器，之后一直没有相关报道。最近，LEDinside从最近台湾固态照明研讨会得到消息，Leti、德州大学(Texas Tech University)和PlayNitride皆在研讨会上展现自己的microLED研发成果。\x0d\x0a Leti推出了iLED matrix，其蓝光EQE9.5%，亮度可达107Cd/m2;绿光EQE5.9%，亮度可达108Cd/m2，采用量子点实现全彩显示，Pitch只有10um，未来目标做到1um。Leti近程计划从smart lighting切入，中程2-3年进入HUD和HMD市场，抢搭VR/AR热，远程目标是10年内切入大尺寸display应用。\x0d\x0a 而台湾Play Nitride公布的同样以氮化镓为基础的PixeLEDTM display技术，公司目前透过移转技术转移至面板，转移良率可达99%!\x0d\x0a 由此可见，Micro LED技术已经有很多企业在跟进，发展速度也在加快。但就苹果本身来看，该技术属苹果实验室阶段技术，且苹果本身也押宝了许多新兴产业，故未来是否导入量产仍有待观察。\x0d\x0a 发展的瓶颈\x0d\x0a 其实Micro LED的核心技术是纳米级LED的转运，而不是制作LED这个技术本身。由于晶格匹配的原因，LED微器件必须先在蓝宝石类的基板上通过分子束外延的生长出来。而做成显示器，必须要把LED发光微器件转移到玻璃基板上。由于制作LED微器件的蓝宝石基板尺寸基本上就是硅晶元的尺寸，而制作显示器则是尺寸大得多的玻璃基板，因此必然需要进行多次转运。\x0d\x0a 对于微器件的多次转运技术难度都是特别高，而用在追求高精度显示器的产品上难度就更大。通过此前苹果收购Luxvue后公布的获取专利名单也以看出，大多都是采用电学方式完成转运过程，所以说这才是Luxvue的关键核心技术\x0d\x0a 台湾錼创执行长李允立近日也表示：“Micro LED成功关键有二：一是苹果、三星这些品牌厂的意愿;二是晶片搬动技术，一次搬运数百万颗超小LED晶片，有门槛要克服。”\x0d\x0a 其实，Micro LED还面临第三个问题，即全彩化、良率、发光波长一致性问题。单色Micro LED阵列通过倒装结构封装和驱动IC贴合就可以实现，但RGB阵列需要分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒，需要嵌入几十万颗LED晶粒,对于LED晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高，同时分bin的成本支出也是阻碍量产的技术瓶颈。
利亚德Micro LED显示屏怎样
利亚德Micro LED显示屏很好啊，前阵子国际权威调查研究机构Futuresource Consulting发布全球LED显示市场调查报告显示，利亚德连续6年蝉联全球LED显示产品市占率第一，小间距产品市占率第一，户内LED产品市占率第一。实力碾压，此外，利亚德固定安装LED产品市占率也再次夺得全球第一呢。
深度解析！关于Micro LED是时候了解下这些了.
1
General Introduction
Technology in Mini/Micro LED Production
Fig 1.1 General of Mini/Micro LED Technology (23)
Micro LED 特指其尺寸在 3 – 10 μm 的自发光 LED。其现有主要潜在市场是高分辨率的家用消费电子市场。
根据最终运用场景的不同, Micro LED 可以直接在 Si、GaN 或者 Sapphire 等基底上制作高分辨率显示屏供 VR 等产品使用, 也可以在衬底上制作完成后通过巨量转移的方式将 Micro LED 芯片在更大尺寸且带有逻辑电路的基板上进行组装, 从而满足手机和电视等大尺寸显示屏运用场景的需求。
Fig 1.2 Process Flow of Applying Micro LED for Large Size Display Use (11)
Fig 1.3 Example of processing method in micro LED (31)
和 AR/VR 等运用场景中微小的屏幕尺寸相比, 手机、平板和电视上的屏幕尺寸较大。如果希望在这些场景中使用 Micro LED 甚至是 Mini LED, 则 LED 器件需要在基板上进行分离, 并在较大的基底上进行组装:
a图
b图
Fig 1.4 Examples of processing method in micro LED (33)
a图
b图
Fig 1.5 Examples of processing method in micro LED with integrated CMOS (33)
截至到 2019 年初, 在 Micro LED Display实现彩色分色上也主要两种主要的器件结构设计思路:
Fig 1.6 Example of processing method in Micro LED + color conversion (31)
常规的 Display还是以玻璃基板+TFT 为基础设计的。为了进一步提高良率并减少转移中的损耗, Yole 提出直接制作 Micro IC 形式来对 Micro LED 显示期间来进行凭借。其具体思路是 (31) :
根据显示屏幕需要组装所需数量的 Micro IC 芯片。
该方法的优点是其不需要 TFT 背板, 同时可以在 IC 代工厂里完成大部分的元件制作并有效的降低成本。
从屏幕生产的角度上来考虑, 工艺步数的减少可以有效的提高产品的良率。由此, 蓝色 μLED + color conversion on CMOS 的方式存在较大的竞争优势。
Fig 1.6 Example of Micro IC from Celeprint (31)
Fig 1.6 Example of Micro LED with Micro IC from Yole (31)
Production in Details
2.1 Epitaxial Growth
因为 Micro LED 结构中对功能层结晶态和结晶取向要求较高, Micro LED 需要在高度结晶的晶圆上进行生长。与 OLED 蒸镀有一定的相似性, 随着晶圆尺寸的增大, Micro LED 制作的数量和效率也会增大, 但是其成膜均匀性会收到一定的影响。
Micro LED 的主要生产材料是 GaN (红色的 Micro LED 用 GaAs 而其他颜色则可以用 GaN。因为 GaAs 较难制作, 所以红色 Micro LED 价格会比其他颜色更贵), 并采取侧延生长的方式在衬底上进行制作 (1) :
MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposition)(3) : MOCVD 是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和 V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料, 以热分解反应方式在衬底上进行气相外延,生长各种Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常 MOCVD 系统中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通 H2 的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行,衬底温度为 500 - 1200℃, 用直流加热石墨基座(衬底基片在石墨基座上方), H2 通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。与 MBE 相比, 其生长速度快。
Fig 2.1.1 Example of MOCVD (1)
Fig 2.1.2 Example of MBE (1)
在生长 Micro LED 时需要用到单晶的衬底/晶圆。常用于 Micro LED 生长的晶圆有 (1) :
从价格而言, 蓝宝石沉底最便宜, 而 GaN 衬底最贵。而从器件的性能而言, GaN 衬底制作出的器件其性能更加的优异 (1) 。
与 OLED 相比, 其两者驱动电路结构基本相同, 但是区别是 Micro LED 可以承受更高的驱动电流(1000A/cm2 vs 10 A/cm2) (1) 。
2.2 Approaches of Making μLED: Monolithic & Chiplet
Micro LED 显示屏有几种不同的制作形式:
Fig 2.2.1 Monolithic Approach on Micro LED (1)
Fig 2.2.2 Example of Chiplet Approach on Micro LED (1)
通过 Monolithic 方式制作的 Micro LED 显示屏通常在基板上已经通过半导体工艺制作了逻辑电路。和 Chiplet 方式制作的Micro LED 显示屏相比, 其优点是具有更高的分辨率且更适合用于智能手表、Hud 抬头显示器和 AR/VR 等运用场景。但是晶圆的尺寸限制了 Monolithic Micro LED 在大尺寸显示场景下的运用。为了将 Micro LED 运用到显示面积更大的环境, 如手机、电视和幕墙中,一般则采用 Chiplet 的方式来进行 Micro LED 的制作。
Table2.1 Comparison Between Monolithic Approach and Chiplet Approach (1)
2.3 Transfer in Chiplet Method
Fig 2.3.1 Examples of Mass Transfer Method on Micro LED (10)
采用 Chiplet 方案制作 Micro LED Display的难点是如何无损的对芯片进行 De bonding/Release、Transfer、Bonding 和电极 Wire。
根据巨量转移的方式不同, 其又可以进一步细分为不同的方法和方案:
1、静电力 Static Electricity (13) : 采用具有双极结构的转移头, 在转移过程中分别施于正负电压:
但目前现况转移设备(Pick ＆ Place)的精密度是±34μm(Multi－chipper Transfer) (16) 。
2、范德华力 Van der Waals Force (13) : 该工艺使用弹性印模(Elastomer PDMS Transfer Stamp), 结合高精度运动控制的打印头, 利用范德华力进行 LED 芯片的抓取与放置。
Fig 2.3.2 Examples of Static Electricity Method (13)
3、磁力 Magnetic (13) : 在 Micro LED 制作中计入含有磁性(Morganatic)的 bonding 层, 从而通过电磁的吸附和释放来实现 LED 芯片的抓取和放置。
Fig 2.3.4 Example of Magnetic Micro LED (1)
Fig 2.3.5 Example of Fluid Assembly (1)
Roll Printing: R2R 技术。和其他技术相比, 其理论成本更低, 但是工艺难度和挑战更大。
Fig 2.3.6 Example of Roll Printing Method by Rohinni (13)
在一些 Micro LED 转移/转印技术中, 需要用激光方式将 Micro LED 进行 Lase Induced Forward Transfer(LIFT)。Coherent 指出通过 LIFT 技术, 其每个激光 Shot 可以转移大概 10, 000 个芯片, 从而大幅度提高 Micro LED 转移效率 (25) 。Coherent 其在 2018 年的思路是先将 Micro LED 通过 LLO 的方式转移到中间载体 Template 上, 其后再用 LIFT 将 Micro LED 转移到最终的面板上。
Fig 2.3.7 Example of LLO & LIFT by Coherent 2018 (25)
Fig 2.3.7 Example of LIFT by Coherent 2018 (25)
于此同时, QMAT 在 2018 年 iMiD 会议上也展出类似技术并将其称为 Soft LLO (27) 。与 Coherent 思路不同的是 QMAT 直接在制作 Micro LED 时在中间加入 Transfer Release Layer, 然后采用脉冲LLO 将生长有 Micro LED 的 Wafer 直接当作 Template 来用 (27) 。
Fig 2.3.8 Example of Soft LLO by QMAT 2018 (27)
无论是哪种用法方式, 都需要一定的方式来将 Micro LED 从基板上脱离, 其后使其 Bonding 在目标衬底上。根据脱离方式的不同, 可以将以上几种巨量转移方式进行以下归类 (34) :
为了保证在最后衬底上 Bonding 后器件的良率, 一般可以考虑采取 Know Good Die(KGD)的方式(34) 在 Bonding 前进行预先检测。KGD 是一种预先检测的方式, 在制作完 Micro LED 后直接对其器件进行预点亮并进行观测, 由此可以发现有缺陷的器件。在转移过程中利用 KGD 检查的结果可以跳过缺陷器件, 从而理论上提高了最终成品的良率。
Fig 2.4.1 Example of LED Bonding (14)
Table 2.2 Example of LED Bonding (14)
LED Bonding 的封装技术随着运用场景和器件尺寸等的区别也各不相同。
Fig 2.4.2 Example of Lamp Bonding (14)
Fig 2.4.3 Example of SMD Bonding (14)
Fig 2.4.3 Example of LED COB Bonding (14)
Fig 2.4.4 Process Flow Comparison of SMT and COB Bonding on mini LED (22)
如果希望将 Micro LED 技术运用在手机、平板或电视的运用场景的话, 那么其 Bonding 的形式则与上述方法存在一定的差异。
Table 2.3 Wafer/Chip/Media 等 Bonding 形式对比 (15)
(a): 理论上在采取 COB 等形式 Bonding 时 , 其间距有一定限制。 估现阶段认为其暂时较合适用于 Display Wall 的制作
Fig 2.4.5 Bonding in Short (1)(7)
转印后, 再根据 Micro LED 芯片和目标基板 Bonding 中使用的材料不同, 其技术可以又可以具体分为:
Fig 2.4.6 Example of Cu/Sn/Cu bonding layer in vertical LED chip
Fig 2.4.7 共晶示例
Fig 2.4.8 Example of Micro LED bonding with Micro Tubes (30)
Structure of Micro LED
3.1Bandgap, Color & PN Junctio
Micro LED 中发光颜色和半波宽等系数和发光区域能带间隙有关。波长和能带间隙的关系可以下列公式得出: :
其中 h 为普朗克常量; c 为光速。
对于常见颜色来说, 其波长和能量如下表所示 (19) 。
Table 3.1.1 Example of Wavelength & Energy & Color of RGB (19)
对于无机材料而言, 能带间隙取决于材料组成和晶体结构, 对于常见的 LED 材料而言, 其半导体能带、材料和能带的关系如下图所示 (20) 。
Table 3.1.2 Example of Wavelength & Bandgap & Color in Common LED Device (20)
在采取侧延生长方式制作 Micro LED 期间时, 为了避免原子形成晶苞之间 Grain Dislocation 等缺陷的存在, 其参杂的材料和生长基板间需要:
而无机材料的能带间隙又和材料的成分组成和晶体结构相联系。所以在 Micro LED 生长时, 需要通过对材料成分的调整来达到合适晶体结构和能带间隙 (1) 。
Fig 3.1.1 Example of Bandgap & Material Composition & Lattice Parameter (21)
可见对于红绿蓝的 LED, 其生长衬底可以分别选择为 GaAs、GaP 和 SiC 衬底来进行制作, 而白光的 LED 可以用 GaN 晶圆来进行制作。GaAs、GaP 和 SiC (3C SiC 为 Zinc Blende, 而 4H 和 6HSiC 为 Hexagonal 结构) 为 Zincblende 晶体结构, 而 GaN 为 Wurtzite 晶体结构(一般为 GaN on Si 晶圆)。无论是在哪种衬底上进行生长, 为了保证器件的有序和完整, 其生长方向都需要尽可能地沿着材料的紧密排列方向进行(Close Packing Direction)。
Table 3.1.3 Common Wafers in Semiconductor Industry (24)
除去半导体的能带间隙数值意外, 在制作半导体器件时还需要注意的是其半导体能带间隙类型。
那么理论上对于常见的几个 LED 衬底而言, 可见 GaP、AlGaP 和 SiC 等材料的为 Indirect Band Gap 材料。而 GaN 和 GaAs 为 Direct Band Gap 材料。Band Gap 的结构也会随着参杂的程度的改变而产生变化。例如 GaAs 向 AlAs 过度中其晶体能带间隙就逐渐从 Direct Band Gap 向 Indirect Band Gap 进行变化。
p-n 结是 LED 发光的核心结构。与 OLED 等其他自放光器件类似, 在 LED 中电子(e)和空穴(h)在 p-n 结中结合后发出光子发光。因为电子(e)和空穴(h)的浓度和传输速度存在一定的差异, 为了保证在 Micro LED 在工作时空穴或电子不会跃过 p-n 结而在非发光区域进行结合, 在实际器件中会加入 Hetero-Junction 结构对载流子的流动进行限制, 从而使得其载流子只能在固定能级的 Hetero-Junction 内进行结合并发出特定波长的光 (1) 。
Fig 3.1.2 Heterojunction in Micro LED (1)
Fig 3.1.3 Examples of Typical Structure of Micro LED on Sapphire Wafer (1)
3.1.1 Case Study: More on GaN substrate
如前文所示, GaN 可以作为生产 Micro LED 的基板。一般的 GaN 基板需要在别的衬底上生长而来, 并根据生长衬底的不同可以进一步分为 GaN on Si 和 GaN on Sapphire。
GaN on Si 价格较为昂贵且衬底结构较为复杂。其主要原因是因为 (29) :
以上的影响因素再加上制作工艺的影响导致了 GaN on Si 的制作工艺复杂和良率较低等问题, 并堆高了售价。
在工业上对该方案的解决思路是通过加入不同的 buffer 层来减少 GaN 和 Si 之间的晶格差异以及 CTE 差异 (29) 。
Fig 3.1.4 Examples of GaN on Si (29)
3.2 Chip Structure: Vertical, Flip Chip & Nanowire
根据 Micro LED 结构的不同, Micro LED 可以再进一步细分为:
Vertical 和 Flip Chip 制作工艺相对而言较为简单, 但是随着 Micro LED 尺寸的下降(《 3 μm) 其会发生 light Decay和 edge leakage (7) 。于此同时, Nanowire 3D 结构虽然制作工艺较为复杂, 但是其
在尺寸缩小的情况下发光面积依然较大, 所以其光效会更优 (7) 。
除去以上结构外, 还有 Face up chip 结构。该结构和 Flip Chip 结构相比, 其需要 Wire Bonding。因为 Bonding 需要区域较大, 其芯片尺寸一般大于 200 μm(属于 Mini LED 范畴) (9) 。
Fig 3.2.1 Face Up Flip Chip, Vertical and Nanowire Structure Mini/Micro LED (2)(9)
Fig 3.2.2 Comparison between Face Up Chip & Flip Chip (9)
自发光屏幕的“新皇之争”—OLED与Micro/Mini LED分析-
在上期《硬件编年史—显示器常见背光种类盘点，蓝光最强的它竟然应用最广？》中，我们浅析了LCD（非自发光特性）屏幕的一些常见种类以及各个变种产品的优劣之处。而如今在个人消费市场中，随着高端智能手机的普及，OLED屏幕正在广泛地出现在人们的视野里，这种以高亮度、高对比度以及浓郁色彩显示效果著称的屏幕越发成为人们心中“好屏幕”的代名词。那么什么是OLED？这种屏幕的优缺点是什么？它是我们屏幕的最终材料形态吗？下面就来一起看看吧。
来自LGDisplay官网对OLED的介绍
OLED对比传统LCD屏幕的优劣
来自LGDisplay官网
做“薄”，做“弯”。由于OLED不需要大面积的背光层以及液晶层，故其在厚度上就较LCD有着天然优势，可以做到极薄的形态，这也是符合当下智能手机、智能穿戴设备、超级电视、显示器的需求。此外，由于OLED不一定需要“玻璃基板”作为底层、上层材料，故其可以变得弯折，近年来的折叠手机就是用的这项技术，用软性PI塑料作为基板来实现大角度地弯折。
“黑”得纯粹，相比于LCD使用的背光技术，在显示黑色时只能尽力遮盖相比，OLED如果显示黑色，即直接切断电压传输即可，让光子不再产生也就没有了一丝丝的光亮，让黑色更加纯粹。同时由于黑得纯粹，也让其对比度与LCD屏幕有了质的差距，OLED桌面显示器的对比度动辄10万比1，而LCD屏幕的桌面显示器往往平均也就只有1000比1。
来自LGDisplay官网
“色得妖艳”，OLED的有机材料在发光时往往可以发出很纯正的三原色光线来组合成不同的颜色，而LCD屏幕受制于背光技术和被动色彩显示，在色域方面是不如OLED来得那么丰富的。
来自LGDisplay官网
“亮得均匀”，由于LCD的显示时需要背光作为支撑的，而背光多数又是采用“侧入式”，因此在照射均匀性上比较一般。OLED在这方面要表现好得多，由于每个像素都能自己发光，在亮度均匀性上就很容易做到统一可控，让屏幕看起来更加的完整统一。
来自LGDisplay官网
“动作快”，区别与LCD屏幕的显示必备的液晶分子偏转需要时间，故在灰阶时间（响应时间）上，OLED这种用电压来控制像素点的方式要快上很多倍，理论上OLED屏幕是可以做到0.1ms级别的响应延迟，而LCD屏幕最快的电竞快速IPS屏幕的响应时间都要在5ms左右。
来自LGDisplay官网
那么难道说OLED就是无敌的吗？OLED一点缺点也没有吗？当然不是。
“烧屏”由于OLED的发色原理来自于有机物，就不得不考虑有机物损耗、寿命短的问题，同时因为同样面积大小的红绿蓝三色子像素的使用寿命并不相同，这就导致了一旦其中一种颜色（蓝色寿命最短）发生加速损耗，就会使得正常的显示内容发生严重色偏，甚至由损耗区域组成某种图形，这就是烧屏，这样也是为什么一些OLED手机、电视在长时间使用后会出现发黄现象的原因。
“同样分辨率下精细度低”，为了解决上述的烧屏问题，OLED厂家一般都会采用通过调整红绿蓝三个子像素的大小和位置以及数量来控制其寿命差不多相等。早期阶段OLED市场上会使用Pentile排列，而Pentile排列与标准RGB排列相比减少了三分之一的像素点，精细程度是同样分辨率LCD屏幕的2/3。虽然随着时代的发展，让OLED的子像素排列有了新的变化，比如说三星的钻石排列，华星光电的珍珠排列，这样排列都让OLED像素的密度和有所上升，但最高也不过83%左右，与标准的RGB垂直排列还是有一定差距的。
“高频闪”这几年PMW调光因为一些手机圈的新闻被大家所熟知，尤其是去年发布的新iPhone，因为其搭载了高频次的PMW调光技术而被许多用户吐槽说看久了眼睛受不了。那么PMW调光是什么呢？PMW调光是一种脉冲调光技术，原理比较繁琐，简单拿开灯来比喻，正常的调节台灯亮度为转动旋钮来调整电压、电阻的大小来实现（DC调光）；而PMW调光则是通过在极短的时间内开关灯，利用人眼对于光的暂留现象来控制亮度。这一点是由于OLED屏幕在低亮度下屏幕显示不均匀所迫不得已采用的。
OLED发光原理
OLED（英文名：OrganicLight-EmittingDiode、中文直译：有机发光二极管）是一种有机材料发光技术，最早于1950年代由法国人研制，其后由美国柯达及英国剑桥大学加以演进，日本SONY及韩国三星和LG等公司于21世纪开始量产。
来自LGDisplay官网
OLED最典型的结构就是“类三明治”型，由一薄而透明具半导体特性之铟锡氧化物（ITO），与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极组成，来构建成电洞传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）三个结构。当给到一定电压的时候，阳极与阴极的电子就会在发光层中相遇、结合，产生光子。发光层中带有特殊的有机材料（OLED中的O），来与光子一起变成红绿蓝三原色。
OLED基本结构：1.阴极( )；2.发光层（EmissiveLayer,EL）；3.阳极空穴与阴极电子在发光层中结合，产生光子；4.导电层（ConductiveLayer）；5.阳极(+) ， 来自维基百科。
用一个通俗易懂的比喻来说，OLED的原理就好像给有机材料做“电刑”，阴极阳极一通电，有机材料就被“电得发光”。由于每个像素中的红绿蓝三原色点都可以被单独的电压所控制来发光，不需要大面积的背光作为屏幕的“亮源”，故这种技术也被称为自发光技术。
从OLED的发光原理上，我们就能看出，其相对于LCD技术来说，在原理层面就要简单很多。同时，OLED相比于传统的LCD屏幕来说还有着许多的优势。虽然有着些许缺点，但依然瑕不掩瑜。一块好屏幕的最重要的定义应该就是能够尽可能地还原出世界真实的色彩，而这一点上OLED肯定是能做得好的。但OLED就是最终的答案吗？各位可以看看以下两种技术。
来自LGDisplay官网
MiniLED和MicroLED
其中MiniLED技术我们在上一期就已经讲过，其原理就是将原本LED背光板改为由成数千个单独的LED灯珠组成，其中多个LED灯珠组成LED背光矩阵，每个背光矩阵都可以化成单独的控光区域。以一个市面上顶级的MiniLED电竞屏幕为例，其拥有4096个LED灯珠，每两个就可以组成一个控光区域，即拥有2048个单独的控光区域。
这样做的好处就是让MiniLED也拥有像OLED一样的超高对比度以及更精细化、可调的局部亮度，由于在显示黑色区域的时候，该区域内的灯珠是处于熄灭状态，所以理论上其对比度与OLED显示器是相等的，同时又没有OLED显示器长时间显示会烧屏的风险。MiniLED还有一个较大的优势就在于，其独立的区域灯珠可以在短时间内激发出较大的亮度，在一些优秀的MiniLED可实现局域2000尼特的最高亮度，常见的MiniLED也基本都能通过HDR1000的认证，这就让MiniLED对HDR内容非常友好，在HDR内容显示上优质的MiniLED可以与OLED所媲美。
但目前MiniLED还只是一个刚刚完善的屏幕种类，也摆脱不了LCD屏幕天生的可视角度差和色域窄的问题，如果想要解决色域窄的问题，就要在MiniLED显示器中再增加一层量子点膜（QLED技术），来拉高色域，但这样做又会让显示器的成本大大增加，得不偿失。目前高阶的MiniLED的显示器已经可以做到高阶OLED的水准，同时在成本控制上还有15%左右的优势。
得益于国内的屏厂对于MiniLED市场的进攻态度，在未来五年内，MiniLED背光技术将会逐渐成为中高端显示器的主流背光技术，而且其技术也将不断改进，灯珠数量得到提升，分区控制的技术也不断完善。
苹果去年发布的全新MacbookPro系列搭载MiniLED屏幕
而目前，虽然OLED已经占据了自发光屏幕的绝大部分市场，MiniLED蠢蠢欲动，但还有一个“新皇”已经被孕育出来，其带有的“王霸”之气已经让前两者感到威胁，它就是MicroLED。
MicroLED（英语：MicroLightEmittingDiodeDisplay，中文直译为发光二极管显示器）其显示原理，是将红绿蓝三原色的LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，让其尺寸仅在1~10微米等级左右；后将微米级别的LED批量式转移至电路基板上，再在每一个微米LED下安装电路和晶体管，就可以完成一个简单的MicroLED显示器。
MicroLED的每一个像素都含有可以自发光、独立控制的RGB三个LED子像素。以索尼在2012年推出的第一款MicroLED产品CrystalLED为例，该显示器拥有55英寸的面积，1920*1080的分辨率，它的微米LED的数量就为1920*1080*3=6220800颗。相比于高阶的MiniLED显示器区2万颗左右的灯珠，MicroLED的技术难度提升得不止一点半点。
来自三星Display官网对于MicroLED的介绍
由于MicroLED采用的是自发光的单独的微米级LED，所以其在色彩表现能力上是出类拔萃的，微米LED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm，可提供极高的色饱和度，通常可大于120%NTSC。这与当下顶级的OLED显示器所能提供的色域几乎是一致的。同时由于LED无机物的稳定性，让色彩无论在使用多少时间后都可以保持一致性与稳定性，这一点是OLED所无法比拟的。同时MicroLED也兼顾显示纯黑色的特性，而且是像素级别的纯黑色，这一点要比MiniLED的分区背光控制要来得更加直接和纯粹。
来自三星Display官网对于MicroLED的介绍
而MicroLED能实现的另外一点就是省电和超高的亮度，在传统LCD电视中，显示效率约为3%，LCD中的TFT的损耗很小，因为它是电压驱动的。但是由于彩色滤光片、偏光片和LC材料中的能量损失，所以就导致LCD的效率很低。而MicroLED由于结构简单，能耗较小，拥有更高的光电转换效率，功率消耗量可低至LCD的10%、OLED的50%，在大幅度减少单位用电的同时还允许更高的能量用于直接发光，让最高亮度可以去到近2000尼特。
来自三星Display官网对于MicroLED的介绍
MicroLED几乎集合了OLED和LCD的所有优点，兼顾了高亮度、高色域、高对比度，又能做到长寿命、省电、柔性屏。可以说是未来屏幕的集大成者，那为什么MicroLED拥有这么多优点还没有普及呢？
可以说成也萧何败也萧何，MicroLED的优势就是来自于它多达百万级的微米LED，而难度也出现在这上面。目前，MicroLED主要有三个技术难点和问题，量子效率Droop效应（有效发光面有限、红光LED效率低）、驱动能力匹配问题（需要高电流、低功耗的驱动材料）、巨量转移问题（工艺要求高、精度要求高、成本高）。而最重要的问题就出现在巨量转移问题上。
巨量转移示意图
巨量移植技术是目前MicroLED的主流、理想制造技术，由于MicroLED是以微米级为单位的二极管，需要在硅晶圆上来制造，而非直接在屏幕基板上制造。所以这就需要让在硅晶圆上生产出来的微米LED移植到屏幕的基板上。这其中的转移技术就叫做巨量移植。由于待转移的微米LED晶片，大约为头发丝的1/10，需要精度很高的精细化操作；一次转移需要移动几万乃至几十万颗以上的LED，数量十分巨大，要求有极高的转移速率，这就让该技术的实现难度有了较高的挑战。
巨量转移示意图，来自eeNews
同时，制造海量的微米LED的成本也比较昂贵，以一块2K分辨率的MicroLED屏幕举例，其就需要1105万颗微米LED才能实现，在当前的制造难度下，其就决定了MicroLED的成本与售价肯定是不菲的。目前在民用领域中，MicroLED还没有正式的量产产品，上一个离我们比较近的产品是三星的TheWall商用屏幕，三星的TheWall电视采用了806.4 453.6mm的MicroLED面板模组构成，每个模组具有960 540分辨率，无边框设计，可完美拼接。每个模组都有250-2000nits亮度，约10,000:1的对比度，16bit颜色深度，高达100/120Hz刷新率。可以通过模组的拼接来自由组合屏幕大小，最高可以选装292英寸的产品。售价也超过了惊人的10万美金。
虽然，MicroLED在技术和成本、制造上仍然有着不小的难点，但也不阻止各大屏厂以及大品牌对它的渴望。世界最成功的 科技 品牌之一的苹果就在2020年开始布局MicroLED，苹果与台湾省LED生产商晶元光电和台湾省液晶面板制造商友达光电合作建造新工厂，该工厂将位于新竹科学园区龙潭分厂，苹果的总投资估计为新台币100亿美元（3.34亿美元）。苹果在一份公开报告中表示：“与OLED一样，Micro-LED也是自发光的。然而，与OLED相比，Micro-LED可以支持更高的亮度、更高的动态范围和更广的色域，同时实现更快的更新速率、更广的视角和更低的功耗，这些都是苹果青睐的品质。”
在MicroLED普及后，相信其一定会成为未来屏幕材质的首要选择，而且其模块化的组装方式，可以让屏幕根据用户的心意来进行定制，让屏幕也可以进入“DIY时代”。
来自三星Display官网对于MicroLED的介绍
总结：本期的《硬件编年史》，我们分析总结了目前自发光屏幕阵营（OLED、MiniLED、MIcroLED）三大产品线的实现技术与优缺点。目前的自发光屏幕做得比较成熟、市场接受度高的产品为OLED，但OLED并不会制霸自发光屏幕阵营榜首很久，因为MiniLED会在这几年实现弯道超车，待分区背光技术与控制芯片成熟后，其寿命长、无衰减、不烧屏的优势就会凸显出来。而Micro-LED则是未来20年屏幕发展的大趋势，模块化、微型化的产品形态，高亮、广色域、高对比、省电、反应快的特点都让它可以笑到最后。
苹果又带头：智能手表上MicroLED屏幕，真比OLED更好吗
在OLED席卷手机市场之后，苹果又要带头 屏幕升级 了。
OLED是 有机发光二极管 ，字母“O”代表有机材料，它指的是在能够产生光的像素堆中使用有机材料。可以用于车用显示器、手机、 游戏 机、PDA等设备上。相比LCD屏，OLED更薄、抗震性能更好、可视角度更大、响应时间更短、发光效率更高。
Micro LED是 微发光二极管。 简单来说，就是把LED屏幕面板微缩到100微米以下，再转移到驱动电路和玻璃基板上，从而造出各种尺寸的屏幕，这个尺寸可比头发丝还细。
苹果的谋划由来已久，早在2014年， 苹果就收购了LuxVue Technology ——专注于开发Micro LED技术的公司。五年之后，看来技术已经成熟。
首先，性能好。 microLED的与优势基于它的原理的特性——微米级的像素间距，每一个像素点都能单独控制和驱动，让它的分辨率、亮度、对比度、功耗等性能参数都相当优秀，与OLED相比完全毫不逊色。
第二，功耗低。 在同样低功率条件下，micro-LED能够达到更大的亮度。相比之下，功耗要比LCD低了足足90%，而比OLED也要低50%。
第三，寿命长。 无机材料制成的Micro LED比有机分子制成的OLED屏幕寿命长得多，更不容易发生烧屏、老化等问题。
Micro LED这么多优点，为什么迟迟都没人用？别急，下面就说说它面临的问题。
1.技术难度
要商用microLED，技术是个老大难，主要是两个方面。
2.柔性面板
microLED暂时还难以实现柔性面板的特性，要知道现在折叠屏可是炙手可热，大家都投入进去拔不出来呢，谁有空研究成本这么高的新技术。
3.成本高昂
LED屏的“原罪”是颜色不均，想要切出一整块能用在手机上的microLED面板，良品率低得实在可怕，真要用这块屏，价格高昂。 在穿戴设备这种小屏上先用起来，也是比较合理的。
对大部分厂商来说，研发Micro LED技术压根不是最要紧的，但是苹果这个头一带，其他厂商难保不会迅速跟进，整个进程势必提速。
另外，苹果的OLED从iPhone X 到现在不过两年，小屏幕上就打算上新技术屏幕，那它用在大型屏幕的那一天，其实不远了。
三星推出1000英吋巨型Micro LED屏幕，最高可达16K分辨率
作为全球显示行业的领先者，三星一直致力于高端显示技术的开发。7月20日，三星发布了2021版大型模块化Micro LED显示屏幕The Wall，尺寸超过了1000英吋。从宣传图和尺寸都能看出，这不是一款面对家庭销售的产品，三星也宣布该显示器将会在“特定市场”销售。 新款The Wall比起去年的版本，将LED缩小了40%，带来了更高的对比度、色彩纯度和更均匀的色彩。其内置的AI处理器也可以进一步提高图片质量和对比度并消除噪点。 The Wall支持8K分辨率和120Hz刷新率，由于采用了模块化设计，因此可以被组合成L形、凹形、凸形等特殊形状，最高还能实现15360*2160的超宽屏16K分辨率。 三星并没有公布这款产品的售价，但大家可以用同行的产品做一个参考：康佳推出的236吋8K Micro LED屏幕的售价为888万人民币。 The Wall是一款针对企业市场的产品，不过三星也开始尝试将Micro LED引入民用市场。今年的CES上，三星就公开了一款110英吋的Micro LED电视，7月，又传出了三星将会扩产Micro LED电视的消息，据悉他们还将推出76吋至99吋的Micro LED机型。
三星正研发Micro-LED头显 比OLED更高的分辨率
OLED显示器由于其响应迅速和纯黑显示等优点已在VR头显中使用多年。 然而，据The Elec报道，三星显示总经理Kim Min-woo表示，该公司正在开发一种基于Micro-LED的AR显示技术。该技术被称为硅基Micro-LED（简称“LEDoS”）。 据了解，AR（增强现实）和VR（虚拟现实）之间的区别在于，AR需要更亮的显示器，因为它将与环境光竞争，把虚拟影像投射到现实世界中，需要匹配用户周围光线的亮度。 而VR显示器将用户与世界隔绝开来，仅使用较低的亮度可以完成投影工作。 因此Micro-LED比OLED具有优势，因为它们具有高亮度，更高的分辨率，更长的使用寿命，甚至做出更好的外形尺寸。 三星的目标是开发出每英寸6600像素（PPI）的LEDoS显示器。Kim表示，AR显示器的最小值为5000ppi，像素之间的距离最多为5微米。红色、绿色和蓝色子像素至多为3微米。这表明，技术需要突飞猛进才能获得逼真的显示效果。
Micro LED真的会取代LCD和OLED吗
业内根据LED芯片尺寸的大小，来定义不同的LED技术。比如，当LED芯片尺寸小于150μm时，被称为mini LED；而当LED芯片尺寸在50μm以下时，被称作micro LED。伴随背光LED芯片尺寸越来越小，显示面板的结构也随之发生变化。 当LED芯片的尺寸小到像素级别时，每一个像素对应一个micro LED芯片。由于micro LED可自发光，能控制明灭、亮度和色彩，较之于传统的LCD屏幕，micro LED可省去液晶层、滤光片结构。 micro LED的屏幕结构与OLED较接近，都具备像素自发光、结构简单、发光效率高的特点。不过，micro LED的材料寿命远高于OLED有机发光二极管，其稳定性也更强。 从技术成熟度来看，micro LED离真正的规模化量产还有一定的距离，其量产成本仍居高不下。实际上，OLED早年也经历过这一时期，虽然现在OLED的大屏成本仍远高于LCD，但是已经达到能被普通家庭用户接受的范围。 以过去的经验来看，随着micro LED技术的成熟，OLED和LCD（mini LED属于LCD范畴）是否会被替代？或许这个答案并不简单。首先，需要明确的是，micro LED在发展前期，很难应用在大面板上。就如OLED一样，micro LED大面板制造工艺极大程度受制于良率和成本。 LED芯片变小，其带来的价值比大家预想的更大。如果观察micro LED的制造流程，发现它从wafer上生长出来，最终需要被转移到屏幕背板（back plane）上。如果一块屏幕的分辨率是1920x1080，屏幕的像素数量超过200万个，每个像素由红绿蓝三个子像素构成。如果这是一块micro LED屏幕，意味着这块屏幕上有600万个micro LED芯片。 凭借当代半导体制造工艺，在wafer上生长出600万个micro LED芯片并不困难，难的是要将这600万颗micro LED芯片转移到背板上。业内将这个转移过程称为巨量转移（mass transfer）。即使是市场上高端的mini LED屏，如2021款iPad Pro 12.9"，其背光层也仅有10000颗mini LED而已。因此，巨量转移是micro LED制造中的一大难点。 针对巨量转移问题，市场上存在着不同的解决方案。其中，比较主流的两大类分别是：整片全体转移和分批拾取放置（pick-and-place）。整片转移适用于小尺寸屏幕，因为屏幕面板足够小，所以才可以整片转移；分批拾取放置的技术难度更大，大屏只能采用这种方案来实现巨量转移。 巨量转移不是micro LED面板制造的唯一技术难点，但它是制约大小屏micro LED制造的分水岭——当然，大屏能做到多大主要取决于成本，三星和索尼首次展示的micro LED大屏电视的成本都超过了百万美元。 在最近几年的显示技术展会上，厂商展示的micro LED产品已经趋向务实。在今年的SID Diplay Week上，天马微电子、友达光电、錼创 科技 等厂商展示的micro LED产品，都是面向 汽车 仪表板、电子纸等小屏应用。当然，即便展示的是大屏应用，目前其参数优势也并未碾压OLED/LCD。结构上的显著优势决定了micro LED高像素密度、高亮度、高对比度、快速响应的特点。高像素密度、高亮度和高对比度可以从结构显著感知，此前的原型产品展示中，就已经有厂商展示过上万ppi（每英寸的像素数量）像素密度的显示屏。 由于micro LED芯片小到像素级别，它可以用单像素不发光来显示真正的黑色。同时，micro LED显示器中的超小型LED，在将电转化为光子方面更为高效，micro LED比OLED、LCD更亮；基于较高的电子迁移率，micro LED的开关速度可达纳秒级别。 由于制造工艺的限制，micro LED前期仅适用于小屏，比如格外适用于AR/VR（现实增强/虚拟现实）类应用，包括 娱乐 的护目镜产品。 AR/VR对显示亮度、对比度、像素密度和响应的要求远高于手机类消费电子产品，LCD、OLED在技术上很难满足这类应用的需求。很多消费者反馈，现在的AR/VR应用容易致人眩晕，缺乏沉浸感，其实这很大程度是受制于LCD、OLED的技术本身。而micro LED在AR/VR领域的应用显著克服了这个问题，或许AR/VR未来发展的关键，取决于micro LED技术的突破。 另外，micro LED芯片的小型化有利于面板的柔性、透明化，錼创 科技 就曾展示过柔性+透明的屏幕。“柔性”“透明”“可折叠”正是屏显技术这两年来的热点，在某种程度上是实现行业突破的关键。 《国际电子商情》分析师从面板供应链上游的LED芯片制造商处获悉，micro LED前期应用会专注于可穿戴设备、AR、VR以及车载小屏产品上，从技术上看是顺理成章的事。 值得一提的是，虽然micro LED比LCD/OLED存在着不少技术优势，但是其中的一部分优势仍停留在理论阶段。比较具有代表性的是EQE（外量子效率）——它可以理解为发光效率。micro LED显示屏的屏幕结构，相比LCD去掉了液晶、色彩滤镜、偏振片，相比OLED无需复杂的封装技术，理论上micro LED显示屏的发光效率远高于后两者。 不过，micro LED极小的尺寸，致使芯片受侧壁效应的影响非常大——这是制造过程中出现的工程问题，因此micro LED的实际EQE极为低下，甚至可能还不及LCD、OLED。侧壁效应的存在也令micro LED更难量产出理想的大屏应用。所以，市面上现有的micro LED方案都远未体现micro LED本身的技术优势。micro LED的各种技术挑战，是诸多市场参与者竞相尝试解决的难题。micro LED的技术特性还决定了未来显示产业链结构的变化，micro LED的小型化让面板制造进一步向半导体技术倾斜。 举个简单的例子，由于micro LED的小型化，使得显示屏的背板部分由非晶硅或低温多晶硅TFT（薄膜晶体管）开始向CMOS技术过渡。具体来看，背板是用来控制每个像素点亮、熄灭、灰度级的电路层。较之于非晶硅和低温多晶硅，单晶硅具备更高的结晶质量和电性质，CMOS开始成为一种选择。所以一般的IC制造工艺就能做背板的制造了，这是显示行业与半导体行业进一步融合的显著表现之一。 CMOS仅限于小尺寸屏幕。在生产大尺寸屏幕时，CMOS也面临成本问题。因此，非晶硅和低温多晶硅TFT仍然是大屏micro LED制造的必要技术。 Hendy Consulting对micro LED的早期观察认为，micro LED供应链可能会出现价值转移。这由其技术特性决定，因micro LED向IC制造逐渐靠拢，给传统面板厂商的地位发起了挑战。 预计未来的产业链会存在4种可能性：第一种是传统显示行业玩家（如三星、LG、京东方）仍然处于中心地位，只是价值会被稀释；第二种是具备垂直整合能力的厂商，如苹果收购的LuxVue、谷歌投资的Glo AB，将在micro LED世界中占据统治地位；第三种是新的行业格局构成，行业价值可能向LED芯片制造商、半导体制造商和持有关键IP的企业（或多方合作）转移；第四种则是micro LED可能不会成为市场主流。 从中国大陆、中国台湾以及韩国这两年的市场动向来看，micro LED的相关投资正大规模增加，产业链的上下游企业也在积极合作。而在2018年之前，micro LED的市场玩家各自为政，不同的企业有不同的技术方向，而且这些技术方向差别甚大。 考虑到micro LED制造技术可能需要以应用为导向，来定制系统性的制造流程——这与LCD/OLED大不一样。各自为政的局面不利于micro LED的市场发展，而且某一大类技术存在不同的技术方向、没有共同的标准，只是行业处在发展初期的表现。2020年开始，业内出现了大量合作，这正是micro LED正走向成熟的标志。 其中的市场变数非常大，《国际电子商情》分析师认为，Hendy Consulting分析的行业发展方向可能过于简单。在我们看来，不仅是近1-2年市场投资与合作风向的变化，还在于micro LED未来或许会有个长期发展的可能性。 就像当年OLED出现并未完全取代LCD那样，micro LED前期作为一种在小屏、AR/VR上具备发展潜力的技术，它极有可能会与OLED、LCD长期并存。只是三者负责的应用方向各不一样，如micro LED专注于小屏和AR/VR市场，并且在高端市场上吃掉OLED、LCD的部分价值。虽然OLED与LCD的市场规模会缩小，但从技术和市场来看三者将形成微妙的互补关系，而不是micro LED取代OLED或LCD。 本文为《国际电子商情》2021年9月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里
