Mini LED、Micro LED和量子点的黄金时代来了吗?

应用于显示器、AR/VR、汽车和电视等领域的LED家族产品在持续不断的创新中,这一大堆创新产品是否都可以商用了呢?

许多LED技术都取得了重大突破,每个细分市场都有它自身的优势、劣势和成熟度。 MiniLED、micro LED和量子点,都对现有LED技术造成极大冲击,但是,到目前为止,仔细观察每个细分市场都表明,它们大多数都还没有达到有收益的规模商用阶段。

Mini LEDs

作为背光照明光源,mini LED意味着更多数量的LED,但是比目前使用的LED更小,从而能够实现更薄的显示屏并改善局部对比度,这类似于OLED。在汽车应用中,它满足了行业对高对比度和亮度、曲面贴合性和耐用性的要求。Mini LED很容易在现有的晶圆厂中制造,而且已经可以轻松实现量产和芯片键合精度。

但是mini LED仍然面临一些挑战。对于智能手机应用,mini LED面临着OLED这个强大对手,由于它们的性价比将其降级为只能应用于高端细分市场。直下式mini LED可实现局部调光;它们可用于曲面显示器,由此产生电视的成本预计比OLED版本低约20%至30%。然而,随着所使用的LED数量的增加,散热问题也随之出现。此外,更多的局部调光区域需要更多数量的LED,从而增加了IC的数量。因此,为提高性能反而增加了成本,这是mini LED现存的一个主要挑战。

Mini LED BLU/自发光及Micro LED显示对比

Micro LEDs

相比之下,micro LED在性能、技术和基本结构方面都比mini LED更具突破性。Micro LED在响应时间和视角方面与现有OLED技术相当,但在亮度、耐用性和功耗方面更优于OLED。

“从显示器设计师或OEM的角度来看,这项技术还未成型,”Yole Développement的高级技术和市场分析师Eric Virey说。 “即使那些剩余的难题被解决了,也还必须建立起供应链。因此,虽然我们可能会在未来几年看到一些令人印象深刻的micro LED产品,但数量一定是有限的。实现大规模商用至少还需要两到三年的时间。到那时,OLED或电致发光量子点等竞争技术也将会发展起来。性能是一方面,但成本兼容性更加重要。”

随着技术的进步,micro LED有可靠的成本降低途径,可以在各种应用的高端市场竞争,如电视、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)和可穿戴设备。在智能手机领域,OLED的成本推动着micro LED在芯片尺寸方面达到其技术极限。

Plessey Semiconductors是一家取得重大进展的供应商。该公司生产的用于耳机的micro LED显示器, 相较于传统OLED,实现了10倍的分辨率,100倍的对比度,以及高达1,000倍的亮度,而功耗仅为OLED的一半。2019年,Plessey还在CES上展示了其第一款搭载micro LED的AR/VR眼镜。Vuzix已计划在其下一代智能眼镜中放弃采用OLED,转而采用Plessey的micro LED技术。

量子点

在不同的发展阶段存在三种量子点技术:

色彩转换量子点是一种“即插即用”技术,三星在其“QLED”电视产品中应用,Vizio在其“P-Quantum”系列产品中也有应用。这种技术在LCD显示器的背光中添加一层量子点薄膜,量子点能够将来自LED的蓝色光源转换为更加纯净的蓝绿红三色纯色光,从而改善了色域、显示能效和/或亮度。
电致发光量子点或EL-QD则更具突破性,它没有从LED到量子点的色彩转换过程。

QD-OLED结合了OLED和QD色彩转换,使用蓝色OLED像素激发位于OLED顶部的图案化量子点,以转换红色和绿色像素。与采用彩色滤光片的OLED技术相比,它以更低的成本实现了更好的亮度和效率。

三星显示器(Samsung Display)最近证实它正在开发用于电视的大型QD-OLED面板,这是量子点和OLED技术的结合。 它在量子点薄膜层后面使用蓝色OLED背光,可提供更高的亮度,更广的色彩范围,并可能降低生产成本。但,三星最近曾宣布于2019年4月成立投资审查委员会,该委员会将负责就三星生产QD-OLED电视面板的计划作出决定。 如果计划获得批准,预计将于2020年底或2021年初开始量产。问题是,三星计划在2019年开始试生产,那么这个计划是正常运转的计划,还是有点延迟的计划呢?

此外,在micro LED领域,Plessey与Nanoco Technologies合作,应用Nanoco的无镉量子点(CFQD)半导体纳米粒子技术以缩小单片micro LED显示器的像素尺寸。Plessey将Nanoco CFQD量子点集成到蓝色LED晶圆的选定区域,以添加红光和绿光。这将当今最小的像素尺寸又缩小了难以置信的87%。这项工艺能够为AR/VR设备、手表和移动设备提供更小、更高分辨率的micro LED显示器,同时增强了显色性与能效。

各自为政可行吗?

根据LED各种技术的不同,以及实现这些技术需要从现有材料、流程和供应链中进行多大程度的转变,只有合作才是最有效的途径,可以实现更快速的开发和成本的降低。“建立伙伴关系对创新和产品发展至关重要,尤其在克服关键技术瓶颈上,”LEDinside研究协理Roger Chu说。 “如果没有合作伙伴关系,那些小众前沿技术可能无法成功发展。”

Roger还说道:“目前,人们普遍认为,一旦micro LED芯片和巨量转移技术准备好了,制造商就可以成功生产micro LED显示器了。实际上,micro LED技术尚未成熟,在不同的制造工艺中仍然面临许多瓶颈。 因此,相关领域的制造商必须共同努力,在技术开发方面做更多的投入。”

Yole公司的Virey在OLED和EL-QD领域也表达了相同的意见。“OLED或EL-QD的材料分散在墨水中,被印刷到晶体管背板上。我们看到很多独立的量子点材料公司都在开发自己的材料,而许多领先的显示器制造商,如三星、TCL或BOE在努力做好自己的开发以外,也与独立材料公司合作。协作至关重要。每一种材料都需要精确制造,以便与其他所有部件良好的配合。”

Virey进一步指出,micro LED的制造工艺和基本架构是截然不同的,将LED和显示器这两个行业结合在一起,共通点少之又少。流程和工具尚不存在,建立完整的供应链需要LED制造商、工具制造商、显示器制造商和各种micro LED初创者之间的协同工作,这些初创者往往是开发一些关键技术的先行者。

最近一个合作的例子就是EV集团和Plessey最近宣布,将高性能GaN-on-silicon(GaN-on-Si)单片micro LED技术引入AR应用的大众市场。

创新带来惊喜

根据Virey的说法,迄今为止他至少看到过两个业内惊喜。 “在过去的两到三年里,micro LED从一个’永远不会奏效的疯狂想法’变身成为一种可靠的显示器技术候选。想一想:要生产一个8K micro LED电视,需要组装近1亿个细菌大小的微型LED,精度为1μm,不能有一个错误,而且必须在几分钟内完成,才能不辜负其成本。”

Virey补充道:“当业界第一次讨论这个想法时,市场上最好的装配技术可能需要数月或数年才能组装一台电视机。而现在,各种公司已经开发了许多大规模并行传输和组装方法,这使得micro LED越来越接近现实。当然未来还有很多挑战,但这已不再是一个疯狂的想法了。”

他还谈到了三星的QD-OLED技术。“坦率地说,我认为18个月以前还没有人认真对待它,但那时三星就可能已经马上建立其第一个晶圆厂了。这么快的可行性源于三星早已投入了大量的时间和金钱分别用于启用QD-OLED所需的两大技术:OLED和量子点。在三星意识到可以将它们组合成第三种技术时,它已经分别在这两项技术上取得了很大进展。”

挑战仍然很多,但LED市场正在迅速发展。包括Apple、Plessey、三星、友达光电等在内的许多公司都在不断推进中。短期内将会有许多原型和新功能发布出来,但从显示器设计师或OEM的角度来看,仍需要一些耐心。(文:Carolyn Mathas)

 

来源:电子工程专辑

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