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【科普】Micro-LED技術(shù)

來源:顯示世界        編輯:lsy631994092    2021-08-23 09:11:42     加入收藏

  從2014年蘋果公司收購Luxvue開始,Micro-LED技術(shù)越來越受到世人的關(guān)注,各大電子巨頭公司紛紛布局,許多廠商的目光投入大量的研發(fā)資源以及開始并購具有特殊技術(shù)的新創(chuàng)公司,Micro-LED卡位戰(zhàn)業(yè)已打響。

  可以預(yù)見,未來Micro-LED 以及Mini LED技術(shù)一旦成熟,將對(duì)于顯示產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈帶來巨大的改變。

  1、什么是Micro-LED

  Micro-LED是將LED結(jié)構(gòu)進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化,尺寸縮小到1~10μm左右,通過批量式轉(zhuǎn)移到基板上后再利用物理沉積完成保護(hù)層和電極,之后進(jìn)行封裝完成Micro-LED的顯示。但是制作成顯示器,需要整個(gè)表面覆蓋LED陣列結(jié)構(gòu),必須將每一個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行單獨(dú)可控、單獨(dú)驅(qū)動(dòng),利用垂直交錯(cuò)的正負(fù)柵極連接每一個(gè)Micro-LED的正負(fù)極,依次通電,通過掃描方式點(diǎn)亮Micro-LED進(jìn)行圖形顯示。

  Micro-LED顯示器是由形成每個(gè)像素的微型LED數(shù)組組成。相較于OLED,Micro-LED采用傳統(tǒng)的氮化鎵(GaN)LED技術(shù),可支持更高亮度、高動(dòng)態(tài)范圍以及廣色域,以實(shí)現(xiàn)快速更新率、廣視角與更低功耗。Micro-LED的支持者宣稱其整體亮度較OLED高30倍,同時(shí)提供更高的每瓦流明效率。

  Micro-LED采用的是1-10微米的LED晶體,實(shí)現(xiàn)0.05毫米或更小尺寸像素顆粒的顯示屏;MiniLED(次毫米發(fā)光二極管)則是采用數(shù)十微米級(jí)的LED晶體,實(shí)現(xiàn)0.5-1.2毫米像素顆粒的顯示屏。而小間距LED,采用的是亞毫米級(jí)LED晶體,最終實(shí)現(xiàn)1.0-2.0毫米像素顆粒顯示屏。小間距LED顯示屏是指LED點(diǎn)間距在P2.5(2.5毫米)及以下的LED顯示屏。

  2、Micro-LED的發(fā)展簡(jiǎn)史

  Micro-LED技術(shù)是2000年由德州理工大學(xué)教授Hongxing Jiang和Jingyu Lin率先提出。之后的多年里,全球已有眾多廠商投入相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。

 

  3、Micro-LED技術(shù)特性

  Micro-LED是新一代顯示技術(shù),比現(xiàn)有的OLED技術(shù)亮度更高、發(fā)光效率更好、但功耗更低。比現(xiàn)有的LED、小間距LED更加應(yīng)用廣泛,可實(shí)現(xiàn)更加細(xì)膩的顯示效果。

  4、Micro-LED的應(yīng)用

  如果考慮目前現(xiàn)有技術(shù)能力,Micro-LED有兩大應(yīng)用方向,一是可穿戴市場(chǎng),以蘋果為代表,據(jù)傳蘋果將在未來的蘋果手表和iPhone上使用Micro-LED技術(shù);二是超大尺寸電視市場(chǎng),以Sony為代表,2016年,索尼展出Micro-LED cledis,在分辨率、亮度、對(duì)比度上都具有優(yōu)良的性能。

  從短期來看Micro-LED市場(chǎng)集中在小型顯示器,從中長(zhǎng)期來看,Micro-LED的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,橫跨穿戴式設(shè)備(Smart Watches)、超大室內(nèi)顯示屏幕、電視、顯示器(Monitors)、手機(jī)(Mobile Phones)、頭戴式顯示器(HMD,Head Mount Display)、抬頭顯示器(HUD,Head Up Display)、車尾燈、無線光通訊Li-Fi、AR/VR、投影機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。

  5、生產(chǎn)工藝

  對(duì)于一個(gè)Micro-LED顯示產(chǎn)品,它的基本構(gòu)成是TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動(dòng)IC三部分。這三者有一個(gè)共同的特點(diǎn),即大量繼承于已有的液晶和LED產(chǎn)業(yè),如可直接繼承于LED晶粒(如三安)、半導(dǎo)體顯示(如京東方)、IC設(shè)計(jì)企業(yè)(如聚積、奇景)等。因此,Micro-LED技術(shù)可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上發(fā)展。但Micro-LED的核心技術(shù)卻是納米級(jí)LED的轉(zhuǎn)移,而不是制作LED這個(gè)技術(shù)本身。

  從目前Micro-LED主流技術(shù)路徑來看,Micro-LED制造過程主要包括LED外延片生長(zhǎng)、TFT驅(qū)動(dòng)背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量轉(zhuǎn)移四部分組成。

  目前,Micro-LED在外延和芯片的關(guān)鍵技術(shù)上都需要取得突破。Micro-LED的外延關(guān)鍵技術(shù)包括三個(gè):波長(zhǎng)均勻性一致性、缺陷和Particle的控制、外延面積的有效利用。而Micro的芯片關(guān)鍵技術(shù)包括五個(gè):Sub微米級(jí)的工藝線寬控制、芯片側(cè)面漏電保護(hù)、襯底剝離技術(shù)(批量芯片轉(zhuǎn)移)、陣列鍵合技術(shù)(陣列轉(zhuǎn)移鍵合)、巨量測(cè)試技術(shù)。

  Micro-LED想要從實(shí)驗(yàn)室走向工廠,其中的四個(gè)關(guān)鍵步驟尤為重要,包括:微縮制程技術(shù)、巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、鍵結(jié)技術(shù)(Bonding)、彩色化方案,其中又以微縮制程與轉(zhuǎn)移技術(shù)最為棘手。

  具體的技術(shù)難點(diǎn)可以總結(jié)為兩個(gè)方面:

  Micro-LED制備需將傳統(tǒng)LED陣列化、微縮化后定址巨量轉(zhuǎn)移到電路基板上,形成超小間距LED,以實(shí)現(xiàn)高分辨率。整個(gè)制程對(duì)轉(zhuǎn)移過程要求極高,良率需達(dá)99.9999%,精度需控制在正負(fù)0.5μm內(nèi),難度極高,需要更加精細(xì)化的操作技術(shù);

  一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬乃至幾十萬顆LED,數(shù)量級(jí)大幅提高,需要新技術(shù)滿足這一要求。以一個(gè)4K電視為例,需要轉(zhuǎn)移的晶粒就高達(dá)2400萬顆(以4000 x 2000 x RGB三色計(jì)算),即使一次轉(zhuǎn)移1萬顆,也需要重復(fù)2400次。

  以一個(gè)4K UHD(3840*2160)的顯示器件為例,有8,294,400個(gè)像素單元,包含24,883,200個(gè)RGB子像素。即使生產(chǎn)時(shí)有99.99%的良率,仍會(huì)有2488個(gè)子像素會(huì)出現(xiàn)問題。

  微縮制程技術(shù)

  一片 6英寸的晶圓(Waffer)上可以制作出 1.65 億顆 10X10μm(間距10μm)的 Micro-LED 晶粒,如果是 5X5μm(間距5μm)尺寸就會(huì)有高達(dá) 6.5 億顆。

  生產(chǎn)LED芯片經(jīng)常導(dǎo)致一些微小的“側(cè)壁”損壞,通常是在250x250微米(um)的LED芯片上出現(xiàn)約1-2um的缺陷。但是,制造Micro-LED所需的LED芯片小至5x5um,2um的側(cè)壁缺陷已經(jīng)足以導(dǎo)致破壞性的影響,留下的可用面積極其微小,大約僅占總芯片尺寸的4%。

  微縮制程技術(shù)是指將原有的LED毫米級(jí)的長(zhǎng)度微縮至預(yù)期目標(biāo)10μm以下,即1-10μm,也叫μLED芯片技術(shù)。Micro-LED的μLED芯片與現(xiàn)有量產(chǎn)的LED紅藍(lán)黃芯片相比,在材質(zhì)和外延工藝上通用。差別之處以及相應(yīng)的技術(shù)難點(diǎn)在于:

  (1)Micro-LED需要用到微米級(jí)別的LED制程,現(xiàn)有的LED芯片量產(chǎn)工藝及設(shè)備無法滿足μLED芯片加工要求。

  (2)μLED芯片需要做襯底剝離,現(xiàn)有的激光剝離襯底工藝,成本高、效率低,需要開發(fā)適合于μLED芯片的襯底剝離技術(shù)。μLED芯片尺寸縮小到了10μm,但是現(xiàn)有設(shè)備的加工極限在100μm以上,需要開發(fā)更高精度的工藝和設(shè)備。

 

  巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

  

 

  巨量轉(zhuǎn)移必須突破的瓶頸包括設(shè)備的精密度、轉(zhuǎn)移良率、轉(zhuǎn)移時(shí)間、制程技術(shù)、檢測(cè)方式、可重工性及加工成本。

  巨量轉(zhuǎn)移方面的技術(shù)難點(diǎn)有兩個(gè)部分:

  (1)轉(zhuǎn)移的僅僅是已經(jīng)點(diǎn)亮的LED晶體外延層,并不轉(zhuǎn)移原生基底,搬運(yùn)厚度僅有3%,同時(shí)Micro-LED尺寸極小,需要更加精細(xì)化的操作技術(shù)。

  (2)一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬乃至幾十萬顆LED,數(shù)量巨大,需要新技術(shù)滿足這一要求。

  目前巨量轉(zhuǎn)移技術(shù),主要有幾大技術(shù)流派:

  精準(zhǔn)抓取(Fine Pick/Place)派,包括:靜電吸附(Static Electrostatic),范德華力(Van Der Walls force),電磁力/磁力(Electromagnetic/Magnetic);

  選擇性釋放(Selective Release)派,包括激光剝離(Laser ablation);

  自組裝(Self-Assembly)派,包括流體自組裝(Fluid self assembly);

  及轉(zhuǎn)印(Roll Printing)派。

  還有黏附層(Adhesive layer);真空吸附(Vacuum);超聲釋放式(Ultrasound Release)等。

  目前Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)可謂是百花齊放,并且均有不同技術(shù)特性,因此針對(duì)不同的顯示產(chǎn)品可能會(huì)有相對(duì)適合的解決方案。

  2018年3月,初創(chuàng)企業(yè)X-Celeprint提交了關(guān)于他們的微轉(zhuǎn)印技術(shù)(μTP技術(shù))的論文。

  μTP技術(shù)最初是由美國Illinois University的John A. Rogers等人利用犧牲層濕蝕刻和PDMS轉(zhuǎn)貼的技術(shù),將Micro-LED轉(zhuǎn)貼至可撓式基板或玻璃基板上來制作Micro-LED陣列的技術(shù),該技術(shù)于2006年Spin-out給Semprius公司,而2013年X-Celeprint獲得Semprius技術(shù)授權(quán),并于2014年初開始正式運(yùn)營(yíng)。

  用最簡(jiǎn)單的語言來描述微轉(zhuǎn)印技術(shù),就是使用彈性印模(stamp)結(jié)合高精度運(yùn)動(dòng)控制打印頭,有選擇地拾取(pick-up)微型器件的大陣列,并將其打印(放置)到替換基板上。首先,在“源”晶圓上制作微型器件(芯片),然后通過移除半導(dǎo)體電路下面的犧牲層獲得“釋放”。隨后,一個(gè)微結(jié)構(gòu)彈性印模(與“源”晶圓匹配)被用于拾取微型器件,并將這些微型器件打印(放置)在目標(biāo)基板上。

  通過改變打印頭的速度,可以選擇性地調(diào)整彈性印模和被打印器件之間的黏附力,最終控制裝配工藝。當(dāng)印模移動(dòng)較快時(shí),黏附力變得很大,得以“拾取”被打印元件,讓它們脫離基板;相反,當(dāng)印模遠(yuǎn)離鍵合界面且移動(dòng)較慢時(shí),黏附力變得很小,被打印元件便會(huì)“脫離”,然后“打印”在接收面上。

  印模通過設(shè)計(jì),可以實(shí)現(xiàn)單次拾取和打印操作,轉(zhuǎn)移成千上萬個(gè)分立元器件,因此這項(xiàng)工藝流程可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模并行處理。例如,240平方微米的芯片被放置在間距為250um的晶圓上,需要把芯片“打印”(放置)到間距為2mm的新表面上,印模上的末端(參考下圖轉(zhuǎn)印印模)就會(huì)被制作成2mm的間距,然后從晶圓上拾取1、8、16等芯片,一次打印完成后再回來拾取2、9、17等芯片。

  該技術(shù)已經(jīng)在眾多“可印刷”微型器件中得到驗(yàn)證,包括激光、LED、太陽能電池和各種IC材料(硅、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵和包括金剛石在內(nèi)的介電薄膜)的集成電路。

  還有超聲釋放式Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移方法,包括如下步驟,A、轉(zhuǎn)移準(zhǔn)備,轉(zhuǎn)移基板水平放置,轉(zhuǎn)移基板的下表面富有彈性膜,Micro-LED晶片粘附在彈性膜的表面,在平放轉(zhuǎn)移基板的上表面的位置設(shè)有超聲發(fā)生單元,在該超聲發(fā)生單元表面安裝有超聲換能器;B、選擇對(duì)齊,超聲發(fā)生單元與轉(zhuǎn)移基板上某處Micro-LED晶片對(duì)齊,通過超聲換能器實(shí)現(xiàn)直接接觸;C、形變釋放,超聲作用在某些特定位置時(shí),該處的彈性膜產(chǎn)生變形,在Micro-LED晶片背面拱起,使晶片脫離轉(zhuǎn)移基板,在重力作用下落到目標(biāo)襯底上;D、持續(xù)釋放,釋放轉(zhuǎn)移基板某處Micro-LED晶片后,超聲發(fā)生單元移動(dòng)到下一釋放位置,與該位置上的Micro-LED晶片對(duì)齊,釋放該處Micro-LED晶片。

  巨量移轉(zhuǎn)技術(shù)為目前各大廠的專利布局重點(diǎn),集中在靜電吸附、范德華力轉(zhuǎn)印、流體組裝、激光剝離、電磁力/磁力、黏附層、真空吸附。磊晶與芯片、全彩化、電源驅(qū)動(dòng)、背板及檢測(cè)與修復(fù)技術(shù),仍有許多專利布局空間。

  鍵結(jié)技術(shù)

  Micro-LED與TFT驅(qū)動(dòng)背板的連接方式,主要研究方向有芯片焊接(chip bonding)、外延焊接(wafer bonding)和薄膜連接(thin film bonding)。

  Chip bonding(芯片級(jí)焊接)

  將LED直接進(jìn)行切割成微米等級(jí)的Micro-LED chip(含磊晶薄膜和基板),利用SMT技術(shù)或COB技術(shù),將微米等級(jí)的Micro-LED chip一顆一顆鍵接于顯示基板上。

  Wafer bonding(外延級(jí)焊接)

  在LED的磊晶薄膜層上用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻(ICP),直接形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)之固定間距即為顯示像素所需的間距,再將LED晶圓(含磊晶層和基板)直接鍵接于驅(qū)動(dòng)電路基板上,最后使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離基板,僅剩4~5μm的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)于驅(qū)動(dòng)電路基板上形成顯示像素。

  Thin film transfer(薄膜轉(zhuǎn)移)

  使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板,以一暫時(shí)基板承載LED磊晶薄膜層,再利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻,形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu);或者,先利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻,形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu),再使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板,以一暫時(shí)基板承載LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)。

  最后,根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路基板上所需的顯示像素點(diǎn)間距,利用具有選擇性的轉(zhuǎn)移治具,將Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行批量轉(zhuǎn)移,鍵接于驅(qū)動(dòng)電路基板上形成顯示像素。

  彩色化方案

  Micro-LED的彩色化是一個(gè)重要的研究方向。在當(dāng)今追求彩色化以及其高分辨率高對(duì)比率的嚴(yán)峻趨勢(shì)下,世界上各大公司與研究機(jī)構(gòu)提出多種解決方式并在不斷拓展中。主要的幾種Micro-LED彩色化實(shí)現(xiàn)方法,包括RGB三色LED法、UV/藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)法、光學(xué)透鏡合成法。

  RGB三色LED法

  RGB-LED全彩顯示顯示原理主要是基于三原色(紅、綠、藍(lán))調(diào)色基本原理。眾所周知,RGB三原色經(jīng)過一定的配比可以合成自然界中絕大部分色彩。同理,對(duì)紅色-、綠色-、藍(lán)色-LED,施以不同的電流即可控制其亮度值,從而實(shí)現(xiàn)三原色的組合,達(dá)到全彩色顯示的效果,這是目前LED大屏幕所普遍采用的方法。

  在RGB彩色化顯示方法中,每個(gè)像素都包含三個(gè)RGB三色LED。一般采用鍵合或者倒裝的方式將三色LED的P和N電極與電路基板連接,具體布局與連接方式如下圖所示。

  之后,使用專用LED全彩驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)每個(gè)LED進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制(PWM)電流驅(qū)動(dòng),PWM電流驅(qū)動(dòng)方式可以通過設(shè)置電流有效周期和占空比來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光。例如一個(gè)8位PWM全彩LED驅(qū)動(dòng)芯片,可以實(shí)現(xiàn)單色LED的2^8=256種調(diào)光效果,那么對(duì)于一個(gè)含有三色LED的像素理論上可以實(shí)現(xiàn)256*256*256=16,777,216種調(diào)光效果,即16,777,216種顏色顯示。具體的全彩化顯示的驅(qū)動(dòng)原理如下圖所示。

  但是事實(shí)上由于驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)際輸出電流會(huì)和理論電流有誤差,單個(gè)像素中的每個(gè)LED都有一定的半波寬(半峰寬越窄,LED的顯色性越好)和光衰現(xiàn)象,繼而產(chǎn)生LED像素全彩顯示的偏差問題。

  UV/藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)法

  UV LED(紫外LED)或藍(lán)光LED+發(fā)光介質(zhì)的方法可以用來實(shí)現(xiàn)全彩色化。其中若使用UV Micro-LED, 則需激發(fā)紅綠藍(lán)三色發(fā)光介質(zhì)以實(shí)現(xiàn)RGB三色配比;如使用藍(lán)光Micro-LED則需要再搭配紅色和綠色發(fā)光介質(zhì)即可,以此類推。該項(xiàng)技術(shù)在2009年由香港科技大學(xué)劉紀(jì)美教授與劉召軍教授申請(qǐng)專利并已獲得授權(quán)(專利號(hào):US 13/466,660, US 14/098,103)。

  發(fā)光介質(zhì)一般可分為熒光粉與量子點(diǎn)(QD: Quantum Dots)。納米材料熒光粉可在藍(lán)光或紫外光LED的激發(fā)下發(fā)出特定波長(zhǎng)的光,光色由熒光粉材料決定且簡(jiǎn)單易用,這使得熒光粉涂覆方法廣泛應(yīng)用于LED照明,并可作為一種傳統(tǒng)的Micro-LED彩色化方法。

  熒光粉涂覆一般在Micro-LED與驅(qū)動(dòng)電路集成之后,再通過旋涂或點(diǎn)膠的方法涂覆于樣品表面。下圖則是一種熒光粉涂覆方法的應(yīng)用,其中(a)圖顯示一個(gè)像素單元中包含紅綠藍(lán)4個(gè)子像素,圖(b)則顯示了Micro-LED點(diǎn)亮后的彩色效果。

  該方式直觀易懂卻存在不足之處,其一熒光粉涂層將會(huì)吸收部分能量,降低了轉(zhuǎn)化率;其二則是熒光粉顆粒的尺寸較大,約為1-10微米,隨著Micro-LED 像素尺寸不斷減小,熒光粉涂覆變的愈加不均勻且影響顯示質(zhì)量。而這讓量子點(diǎn)技術(shù)有了大放異彩的機(jī)會(huì)。

  量子點(diǎn),又可稱為納米晶,是一種由II-VI族或III-V族元素組成的納米顆粒。量子點(diǎn)的粒徑一般介于1~10nm之間,可適用于更小尺寸的Micro-display。量子點(diǎn)也具有電致發(fā)光與光致放光的效果,受激后可以發(fā)射熒光,發(fā)光顏色由材料和尺寸決定,因此可通過調(diào)控量子點(diǎn)粒徑大小來改變其不同發(fā)光的波長(zhǎng)。

  當(dāng)量子點(diǎn)粒徑越小,發(fā)光顏色越偏藍(lán)色;當(dāng)量子點(diǎn)越大,發(fā)光顏色越偏紅色。量子點(diǎn)的化學(xué)成分多樣,發(fā)光顏色可以覆蓋從藍(lán)光到紅光的整個(gè)可見區(qū)。而且具有高能力的吸光-發(fā)光效率、很窄的半高寬、寬吸收頻譜等特性,因此擁有很高的色彩純度與飽和度。且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,薄型化,可卷曲,非常適用于micro-display的應(yīng)用。

  目前常采用旋轉(zhuǎn)涂布、霧狀噴涂技術(shù)來開發(fā)量子點(diǎn)技術(shù),即使用噴霧器和氣流控制來噴涂出均勻且尺寸可控的量子點(diǎn),裝置與原理示意圖如圖所示。將其涂覆在UV/藍(lán)光LED上,使其受激發(fā)出RGB三色光,再通過色彩配比實(shí)現(xiàn)全彩色化,如圖所示。

  但是上述技術(shù)存在的主要問題為各顏色均勻性與各顏色之間的相互影響,所以解決紅綠藍(lán)三色分離與各色均勻性成為量子點(diǎn)發(fā)光二極管運(yùn)用于微顯示器的重要難題之一。

  光學(xué)透鏡合成法

  透鏡光學(xué)合成法是指通過光學(xué)棱鏡(Trichroic Prism)將RGB三色Micro-LED合成全彩色顯示。具體方法是是將三個(gè)紅、綠、藍(lán)三色的Micro-LED陣列分別封裝在三塊封裝板上,并連接一塊控制板與一個(gè)三色棱鏡。

  之后可通過驅(qū)動(dòng)面板來傳輸圖片信號(hào),調(diào)整三色Micro-LED陣列的亮度以實(shí)現(xiàn)彩色化,并加上光學(xué)投影鏡頭實(shí)現(xiàn)微投影。整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)物圖與原理圖、顯示效果如圖所示。

  6、各大企業(yè)的布局

  據(jù)賽迪研究院2019年研究報(bào)告,目前全球Micro-LED的開發(fā)機(jī)構(gòu)已經(jīng)超過140余家。Yole Développement 專利研究報(bào)告顯示,華星光電、京東方、中科院長(zhǎng)春光機(jī)所、歌爾股份是中國大陸Micro-LED研發(fā)較為活躍的企業(yè)和機(jī)構(gòu)。此外,三安光電等企業(yè)已布局了Micro-LED產(chǎn)業(yè),三安光電將Micro-LED視作未來重點(diǎn)發(fā)展方向。

  Google在2017年藉由投資瑞典制造商Glo,取得了進(jìn)入Micro-LED的門票。瑞典的一家網(wǎng)站報(bào)導(dǎo)Glo通過直接授權(quán)Google獲得了1,500萬美元,也讓Google取得Glo約13%以上的股權(quán)。Google投資Glo之舉反映業(yè)界對(duì)于這項(xiàng)得以實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)眼鏡、手機(jī)與平板計(jì)算機(jī)的新興顯示器技術(shù)興趣日益增加。

  率先讓Micro-LED浮出臺(tái)面的是Apple于2014年收購Luxvue——這是一家為消費(fèi)電子應(yīng)用開發(fā)低功耗Micro-LED顯示器的新創(chuàng)公司。Apple對(duì)于Luxvue的投資造成市場(chǎng)開始傳聞和猜測(cè)Apple將力推Micro-LED。

  Facebook的Oculus Rift VR業(yè)務(wù)部門也在2016年收購了一家名叫InfiniLED的新創(chuàng)公司,該公司在2011年從愛爾蘭廷德爾國家研究所(Tyndall National Institute)獨(dú)立出來。

  一連串圍繞著Micro-LED新創(chuàng)公司展開大量投資和收購的活動(dòng),反映技術(shù)產(chǎn)業(yè)永無止境地追求新一代顯示技術(shù)。

  在這些參與廠商中,Virey觀察到,Apple (在收購Luxvue之后)目前擁有最廣泛的Micro-LED專利組合。而LG和華為也是強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

  Sony同樣是Micro-LED技術(shù)的早期開發(fā)商。該公司自2008年以來致力于Micro-LED的創(chuàng)新,并曾在2012年CES展示55英寸的全高分辨率(Full HD) Micro-LED電視原型。但Virey說,Sony自那次之后的發(fā)展重心似乎轉(zhuǎn)向了大尺寸屏幕的工業(yè)/商用市場(chǎng)。

  各主要科研企業(yè)Micro-LED技術(shù)發(fā)展情況

  三星插旗Micro-LED市場(chǎng)

  三星在CES 2018上展示一款146英寸屏幕的Micro-LED電視,稱為'The Wall'。雖然三星稱之為Micro-LED,但三星在CES的原型采用的是120μm×200μm的LED晶片。據(jù)Virey的觀察,三星的The Wall更準(zhǔn)確地說應(yīng)該算是'miniLED',因?yàn)橐f它是'micro'又太大了。Yole估計(jì),三星的146英寸The Wall電視的成本大約在20萬到25萬美元之間。

  然而,三星承諾將在2019年推出基于Micro-LED的低成本版"消費(fèi)型4K電視"新設(shè)計(jì)。新版本將包含30μm x 50μm的LED晶片。

  在過去十年中,三星電子在韓國一共申請(qǐng)了24件Micro-LED專利,三星顯示器公司申請(qǐng)了24個(gè)專利。

  雖然較晚進(jìn)軍Micro-LED市場(chǎng),三星仍一直“積極地尋找可收購或授權(quán)技術(shù)的公司”,比如投資了30%的臺(tái)灣公司錼創(chuàng)科技即PlayNitride所有權(quán)。該公司具備以Micro-LED芯片制作技術(shù)為首的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、不良芯片檢出和維修技術(shù)。除了PlayNitride,三星2018年初還與三安光電(San’an Optoelectronics)達(dá)成項(xiàng)協(xié)議,計(jì)劃共同開發(fā)Micro-LED顯示器。

  國星光電

  2018年3月2日,國星光電隆重舉行“國星Micro&Mini LED研究中心”揭牌儀式。早在2015年,國星光電就開始布局Mini LED和Micro-LED技術(shù),目前已取得階段性研究進(jìn)展:Mini LED芯片技術(shù)積累成熟,已具備量產(chǎn)能力;高清Mini LED顯示產(chǎn)品已處于試產(chǎn)階段;P0.5及以下Mini LED顯示技術(shù)正在研發(fā)中;Mini LED背光方面,正和一些國際廠家合作開發(fā)。下一步,國星Micro&Mini LED研究中心將在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,依托和整合LED芯片及LED封裝技術(shù),實(shí)現(xiàn)P0.5以下Mini LED顯示量產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)、Mini LED背光顯示模組的開發(fā)、柔性曲面Mini LED封裝顯示技術(shù)的開發(fā)、Micro-LED芯片及相關(guān)技術(shù)的開發(fā)

  蘋果主要?jiǎng)幼?/strong>

  2014年收購LuxVue 科技公司

  倚重中國臺(tái)灣地區(qū)工程師,鴻海集團(tuán)更是蘋果仰賴的伙伴

  建“秘密工廠”,研發(fā)Micro-LED顯示屏

  至2017年12月,蘋果擁有的Micro-LED專利家族數(shù)量為62項(xiàng)。再就專利組成而言,蘋果在如轉(zhuǎn)移和互連(Transfer & interconnect)、畫數(shù)或顯示架構(gòu)與驅(qū)動(dòng)(pixel or display architecture & driving),以及顯示器中傳感器(sensors in display)等范疇,都擁有相當(dāng)?shù)膶@易鍞?shù)。

  其中,基于LuxVue核心的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)微芯片轉(zhuǎn)移技術(shù),而發(fā)展出來的轉(zhuǎn)移、組裝和互連等專利家族數(shù),就有40多項(xiàng)。此外,蘋果也擁有如提高M(jìn)icro-LED芯片效率、色彩轉(zhuǎn)換∕產(chǎn)生、光管理、畫數(shù)或顯示架構(gòu)、測(cè)試,以及傳感器整合等其它各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)專利。

  近日外媒報(bào)道稱蘋果 Apple Watch將采用Micro-LED 顯示器,最快2020年推出。目前,蘋果已與錼創(chuàng)、錸寶公司合作,組裝Micro-LED 顯示器。由錼創(chuàng)提供晶片,錸寶組裝顯示器。

  LG

  看到老對(duì)手三星在Micro-LED電視上的舉動(dòng)后,LG也不甘示弱,加緊對(duì)Micro-LED電視的布局。在2018年的柏林國際電子消費(fèi)品展覽會(huì)(IFA展)上,LG更是直接搬出了一臺(tái)175英寸“巨無霸”Micro-LED電視,比之前三星發(fā)布的146英寸“THE Wall”還要大不少,并且更輕薄。

  據(jù)悉,LG集團(tuán)目前由LG電子主導(dǎo)Micro-LED技術(shù),2015年已完成Micro-LED全彩化顯示產(chǎn)品,采用RGB Micro-LED和軟性基板于約3英寸屏幕大小達(dá)成3000 ppi的產(chǎn)品。

  “LG主要?jiǎng)幼?/p>

  ·向歐盟申請(qǐng)三項(xiàng)新商標(biāo),皆與Micro-LED面板有關(guān),分別為XμLED、SμLED與XLμLED

  ·在IFA展上,LG推出一臺(tái)175英寸“巨無霸”Micro-LED電視”

  2018年3月LG已向歐盟申請(qǐng)三項(xiàng)新商標(biāo),皆與Micro-LED面板有關(guān),分別為XμLED、SμLED與XLμLED,可見LG也在積極布局。

  而在過去十年中,LG電子公司申請(qǐng)了29個(gè)Micro-LED專利,LG顯示器公司的申請(qǐng)數(shù)量則為35個(gè)。

  Sony

  作為Micro-LED技術(shù)的先驅(qū)者,Sony產(chǎn)品布局是以高階商用型大尺寸顯示屏幕產(chǎn)品為主要目標(biāo),主打高階家庭和電影院投影場(chǎng)景應(yīng)用,以與OLED競(jìng)爭(zhēng)。像是CES 2017展Sony展出的CLEDIS顯示器,正是以144片Micro-LED拼接而成。

  “Sony主要?jiǎng)幼?/p>

  ·CES2012展上,Sony就推出Crystal LED Display技術(shù)

  ·2016年,Sony改變策略重新推出拼接型顯示屏幕,并將該項(xiàng)技術(shù)命名為CLEDIS

  ·CES 2017展,Sony展出的CLEDIS顯示器,以144片Micro-LED拼接而成”

  Sony早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技術(shù),采用622萬顆微型LED顆粒導(dǎo)入55英寸(1920×1080×3)電視,但造價(jià)相當(dāng)昂貴,加上巨量轉(zhuǎn)移相關(guān)技術(shù)尚未成熟,以致生產(chǎn)良率低且耗時(shí)費(fèi)工,無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2016年Sony改變策略重新推出拼接型顯示屏幕,并將該項(xiàng)技術(shù)命名為CLEDIS,確立借由Micro-LED專攻大尺寸顯示器市場(chǎng)的策略。

  鴻海集團(tuán)

  隨著Micro-LED受業(yè)界關(guān)注程度增加,鴻海集團(tuán)自2017年起積極布局,已投資美國Micro-LED企業(yè)eLux,并陸續(xù)找夏普、群創(chuàng)、榮創(chuàng)入股eLux。統(tǒng)計(jì)顯示,群創(chuàng)、榮創(chuàng)分別持有13.64%、9.09%股權(quán),凸顯鴻海董事長(zhǎng)郭臺(tái)銘對(duì)群創(chuàng)與榮創(chuàng)發(fā)展Micro-LED高度仰賴。

  2017年5月鴻海對(duì)外公告,公司通過子公司CyberNet投資約資1,000萬美元取得eLux部分股份,投資后,CyberNet預(yù)計(jì)將持股45.45%、群創(chuàng)將持股13.64%,榮創(chuàng)將持股9.09%,屆時(shí)泛鴻海集團(tuán)將成為eLux最大股東。eLux是一家成立于2016年10月的美國新創(chuàng)公司,登記地址為美國德拉瓦州,而實(shí)際地點(diǎn)位于美國華盛頓州南邊的小鎮(zhèn)Camas。eLux與日本夏普的淵源很深,執(zhí)行長(zhǎng)Jong-Jan Lee與技術(shù)長(zhǎng)Paul Schuele均出自夏普美國實(shí)驗(yàn)室(Sharp Laboratories of America),連地址也與夏普美國實(shí)驗(yàn)室完全一樣。

  (來源:臺(tái)經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào))

  此前,鴻海旗下Micro-LED新創(chuàng)公司就透露,流體裝配與定位技術(shù)已取得專利,可實(shí)現(xiàn)最大裝配速度,是技術(shù)一大突破。

  同樣瞄準(zhǔn)Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移,比利時(shí)微電子研發(fā)機(jī)構(gòu)愛美科(Imec)傳出主動(dòng)找上隸屬泛鴻海集團(tuán)的帆宣,要共同合作開發(fā)“晶粒布植機(jī)”實(shí)驗(yàn)機(jī)臺(tái),讓帆宣被看好成為鴻海集團(tuán)布局Micro-LED的關(guān)鍵要角。

  有業(yè)界預(yù)測(cè),蘋果與鴻海集團(tuán)緊密合作,群創(chuàng)、榮創(chuàng)將扮演先鋒。榮創(chuàng)是鴻海集團(tuán)重要的LED轉(zhuǎn)投資公司,配合集團(tuán)資源整合,與群創(chuàng)、夏普等面板客戶合作,積極開發(fā)Mini LED背光面板。榮創(chuàng)也正積極開發(fā)Micro-LED技術(shù),全力朝量產(chǎn)目標(biāo)前進(jìn)。

  業(yè)界預(yù)期,隨著eLux取得Micro-LED重大技術(shù)突破,群創(chuàng)、榮創(chuàng)等也將扮演要角,全力助攻鴻海搶蘋果新世代面板商機(jī)。

  三安光電

  作為中國LED芯片巨頭,三安光電在Micro-LED領(lǐng)域也不甘人后,目前申請(qǐng)Micro-LED相關(guān)專利約27件。

  除了和三星達(dá)成戰(zhàn)略合作,為三星面板提供獨(dú)家供應(yīng)商外,三安光電還計(jì)劃建立首條Micro-LED外延片和芯片生產(chǎn)線。

  有消息稱,三安已經(jīng)開發(fā)出了直徑為20微米的Micro-LED產(chǎn)品;與此同時(shí),三安還將生產(chǎn)4微米LED和10微米的LED倒裝芯片。三安計(jì)劃在2019年年底前開始生產(chǎn)用于智能可穿戴設(shè)備、100英寸以上大尺寸面板和汽車尾燈等小尺寸面板的Micro-LED產(chǎn)品。

  2019年4月25日,三安光電宣布與湖北省葛店經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)簽訂項(xiàng)目投資合同,投資總額120億元。根據(jù)合同約定,三安光電將在湖北省葛店經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)轄區(qū)內(nèi)投資興辦III-V族化合物半導(dǎo)體項(xiàng)目,主要生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)Mini/Micro-LED外延與芯片產(chǎn)品及相關(guān)應(yīng)用的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。據(jù)悉,該項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后,形成年產(chǎn)Mini LED芯片210萬片、Micro-LED芯片26萬片的研發(fā)制造能力。

  京東方

  2017年11月,京東方首次公開了已開展對(duì)Micro-LED技術(shù)的研究,并取得一定進(jìn)展。

  2019年初,京東方宣布與美國公司 Rohinni 將成立Micro-LED合資公司,主要開展Mini LED背光解決方案和Micro-LED顯示器的研發(fā)。據(jù)了解,這家合資公司將設(shè)在中國,并將由京東方控股,在初期將專注于大尺寸消費(fèi)電子產(chǎn)品(32英寸以上的顯示器)以及工業(yè),汽車和其他市場(chǎng)。

  華星光電

  2018年,華星光電在第二十屆中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上推出了全球首款基于IGZO-TFT玻璃透明基板的AM-Mini LED RGB全彩顯示屏,為開發(fā)大尺寸Micro-LED背板及顯示做了很好的突破和示范。

  在2019年美國國際顯示周及SID年會(huì)展上,華星光電展示了3.5英寸IGZO TFT主動(dòng)式Micro-LED顯示屏,作為全球首次將 IGZO技術(shù)應(yīng)用于Micro-LED顯示的產(chǎn)品。

  2018年3月29日,歐司朗在其官網(wǎng)披露了一則知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)消息。歐司朗光電半導(dǎo)體最近與X-Celeprint簽署了技術(shù)和專利許可協(xié)議,且此項(xiàng)協(xié)議涉及X-Celeprint公司的Micro-Transfer-Printing (μTP)技術(shù)。

  重慶惠科與Mikro Mesa在2017 年2月共同打造了Micro-LED面板實(shí)驗(yàn)室。

 

  7、市場(chǎng)前景

  根據(jù)LEDinside研究報(bào)告數(shù)據(jù)顯示,Mini LED顯示將應(yīng)用于電視、手機(jī)、車載顯示、數(shù)字顯示(商業(yè)廣告與顯示等),預(yù)估2025年市場(chǎng)規(guī)模為10.7億美元;而Miro LED顯示將應(yīng)用于電視、手機(jī)、AR/VR、車載顯示、可穿戴電子、數(shù)字顯示(商業(yè)廣告與顯示等),預(yù)估2025年市場(chǎng)規(guī)模為28.9億美元。

  而Micro-LED在諸多顯示技術(shù)中的優(yōu)越性不言而喻,國內(nèi)外科技企業(yè)、LED企業(yè)、顯示企業(yè)加大對(duì)Micro-LED布局,Micro-LED市場(chǎng)有望迎來快速發(fā)展。GGII預(yù)計(jì)Micro-LED將在2020年迎來爆發(fā)性增長(zhǎng),2020年全球市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到14.1億元。

  8、鳴謝

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