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Mini LED、Micro LED和量子 点的黄金时代来了吗?

日期: 2019-05-28
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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。


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