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LED知識

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教你看懂最新技術(shù)Micro LED、Mini LED、Micro OLED

液晶顯示技術(shù)不斷進(jìn)步,從最常聽到的LCD、LED、OLED,到現(xiàn)在業(yè)界最熱門的顯示技術(shù)MicroLED、MiniLED、MicroOLED,你是否曾想過要搞懂,卻又看得一頭霧水?對此,這里將從科普的角度簡單介紹這些新一代顯示技術(shù)的特色,以及跟舊有技術(shù)的差別。

1  LCD、LED、OLED差在哪?

LCD是「液晶顯示屏幕」(liquid-crystaldisplay),目前市場大都使用「薄膜電晶體液晶顯示器」(TFT-LCD)技術(shù),由兩片玻璃基板中間夾著一層液晶,上層玻璃基板是彩色濾光片、下層玻璃則鑲嵌著電晶體,當(dāng)電流通過電晶體所產(chǎn)生的電場變化,使得液晶分子原本的旋轉(zhuǎn)排列發(fā)生扭轉(zhuǎn),進(jìn)而改變光線通過的旋轉(zhuǎn)幅度,并以不同比例照射在彩色濾光片上,進(jìn)而產(chǎn)生不同的顏色。


1.pngLCD面板最常使用TFT-LCD技術(shù)(Source:科技新報制圖)

目前LCD技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟,用于一般電腦和電視熒幕,且成本低廉,成為消費產(chǎn)品的基礎(chǔ)技術(shù)。

2.png一般液晶顯示器的顯像原理(Source:科技新報制圖)

了解LCD后,接著來介紹LED和OLED。

LED叫做「發(fā)光二極管」(light-emittingdiode),利用電能轉(zhuǎn)為光能,在半導(dǎo)體內(nèi)正負(fù)極2個端子施加電壓,當(dāng)電流通過后,電子與空穴相結(jié)合,剩余能量便以可見光的形式釋放,依照使用材料的不同,光子能量會產(chǎn)生不同波長的光。直顯式的LED常用于戶外電視墻或者紅綠燈,LED晶片則是目前電視、屏幕背光源與照明的主流產(chǎn)品。

3.pngLED技術(shù)是利用電能轉(zhuǎn)為光能。(Source:科技新報制圖)

LED跟OLED的驅(qū)動概念相當(dāng)相近,不過使用的材料完全不同。OLED叫做「有機發(fā)光二極管」(OrganicLight-EmittingDiode),基本結(jié)構(gòu)是在銦錫氧化物(ITO)玻璃上制作一層有機材料發(fā)光層,并在發(fā)光層上再覆蓋一層低功函數(shù)的金屬電極。透過外界電壓的驅(qū)動下,正極電洞與陰極電子便會在發(fā)光層中結(jié)合,產(chǎn)生能量并發(fā)出光,因材料特性不同而產(chǎn)生R、G和B三原色,來構(gòu)成基本色彩。

4.pngOLED技術(shù)(Source:科技新報制圖)

OLED與LCD最大的差異在于是否能自體發(fā)光,LCD需要LED背板和濾光片,而OLED能夠自體發(fā)光。

OLED雖然呈現(xiàn)的畫面鮮艷、功耗低、可以彎曲,但有機材料會氧化所以壽命相對較短,也會出現(xiàn)色烙問題,加上成本高、技術(shù)含量高,目前大都適用于小熒幕,好比手機屏幕。

2  MiniLED、MicroLED傻傻分不清楚

懂了LCD、LED和OLED的基本差異后,再來看高階顯示技術(shù)MiniLED、MicroLED和MicroOLED。

MiniLED和MicroLED最直觀的差異就是LED晶體的顆粒大小,但從概念來看卻又有一點差異。MiniLED正式名稱為「次毫米發(fā)光二極管」,MicroLED是指「微發(fā)光二極管」,兩者晶體尺寸基本上以100 μm為界,約0.1 mm。

5.pngMicroLED技術(shù)結(jié)構(gòu)(Source:科技新報制圖)

MiniLED被視為是MicroLED的過渡期,是傳統(tǒng)LED背光基礎(chǔ)上的改良版本,作為LCD面板的背光源使用;MicroLED則是新一代的顯示技術(shù),將LED背光源微縮化、矩陣化,致力于單獨驅(qū)動無機自發(fā)光(自發(fā)光)、讓產(chǎn)品壽命更長,甚至性能更勝OLED,被業(yè)界視為下世代的顯示技術(shù)。

目前,MiniLED技術(shù)主要用于「多區(qū)背光顯示器」以及「大型RGB小間距顯示器」。MiniLED技術(shù)中的「多區(qū)背光調(diào)控」功能可達(dá)成分區(qū)調(diào)光,好比強化畫面的高對比度和高解析度,達(dá)到HDR效果,效果與OLED顯示器相近;另一個技術(shù)是使用MiniLED晶粒,打造出顯示畫素間距低于Pitch1.0 mm的大尺寸熒幕,除了提升LED顯示屏幕的解析度,還能創(chuàng)造新的顯示屏幕主流規(guī)格。

至于MicroLED則會帶來技術(shù)新突破,用途不僅限于背光源,因為MicroLED的晶粒到了肉眼難以分辨的等級,可以直接將R、G、B三原色的晶粒拼成一個像素點,變成「一個像素」的概念,不再需要濾光片和液晶層,也正因為這樣的技術(shù)特點與過往LCD顯示屏幕的發(fā)光結(jié)構(gòu)完全不同,將為LCD產(chǎn)業(yè)帶來全新革命。

6.png巨量轉(zhuǎn)移要將晶粒完整放到電路矩陣上,實際做起來非常困難。(Source:科技新報制圖)

除了可望為LCD產(chǎn)業(yè)開創(chuàng)全新局面,未來MicroLED的應(yīng)用范疇廣闊,包括AR/VR設(shè)備、車用屏幕、高解析度穿戴產(chǎn)品等。不過,MicroLED技術(shù)卻存在許多困難需要解決,從前期的磊晶技術(shù)瓶頸、巨量轉(zhuǎn)移(MassTransfer)良率、封裝測試問題,到后續(xù)的檢測、維修都是很大的挑戰(zhàn),影響MicroLED能否量產(chǎn)。

3  OLED下一代技術(shù),MicroOLED技術(shù)大革新

MicroOLED又稱硅基OLED(OLED on silicon)稱為半導(dǎo)體技術(shù)與OLED技術(shù)的結(jié)合,實現(xiàn)更輕更薄、能耗也更低的技術(shù),AR/VR應(yīng)用前景可期,但與先前提到的MicroLED又有什么不同呢?


不過在此之前,得先說明清楚OLED為何物,MicroOLED又是否僅是OLED的微縮版。

7.png

MicroOLED技術(shù)

OLED技術(shù)發(fā)展已久,材料大多為有機材料,不需背光模組透過各個像素發(fā)光,每個像素都可以發(fā)出獨立、某種顏色的光,且可以單獨打開和關(guān)閉,因此除了擁有出色且深邃的黑以及優(yōu)良的對比度,耗電量也低于傳統(tǒng)的LED與液晶顯示器(LCD)。

8.png                  滿滿的OLED像素點(Source:shutterstock)

目前OLED技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用在智慧型手機與電視顯示器,MicroOLED雖然只在名稱前加了個「Micro」,又源于OLED,但是生產(chǎn)更復(fù)雜的顯示技術(shù),也有截然不同的市場定位,應(yīng)用直指AR/VR顯示器領(lǐng)域。

MicroOLED主要是在兩層電極之間使用能夠發(fā)光的螢光有機材料,電流通過后會發(fā)出單色光,再透過濾色器生成所需的顏色。MicroOLED光源模組是將OLED蒸鍍到基板上,若是主要的硅基OLED則是蒸鍍到硅基板(半導(dǎo)體晶圓)上,除了帶有OLED自發(fā)光優(yōu)勢,面板厚度和體積也比以前更薄、更小、耗能更低,再加上響應(yīng)時間短、發(fā)光效率高等特性,更容易實現(xiàn)高ppi(像素密度)。

這也正巧滿足AR/VR等頭盔顯示器、顯示鏡等需求。AR/VR技術(shù)雖然已經(jīng)問世多年,但因為技術(shù)本身尚未完善,實際體驗往往會面對暈眩、解析度低,以及體積大又昂貴的問題,若要解決暈眩問題,面板解析度要從現(xiàn)在的500ppi解析度提升到2000ppi才可以。

這便是MicroOLED的市場所在,雖說它沒有那么亮,也有著OLED的不同程度老化問題,難進(jìn)攻大尺寸領(lǐng)域,但是MicroOLED在小尺寸領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢。隨著大家對AR/VR顯示應(yīng)用從游戲、軍事,慢慢推廣到醫(yī)療、教育與零售業(yè),市場擴(kuò)大,連帶對于畫質(zhì)、延遲等顯示要求也攀升,具備高解析度、輝度、對比及反應(yīng)速度的新一代顯示技術(shù)就可以取得發(fā)展機會,目前MicroOLED更已經(jīng)應(yīng)用在軍事、工業(yè)、醫(yī)療和商業(yè)智慧眼鏡。

4  MicroOLED還是MicroLED?別搞混了!

在提到MicroOLED的時候,往往也會提及另一個先進(jìn)顯示技術(shù)、名稱同樣有Micro的「MicroLED」,不過這兩個雖然都是目標(biāo)超高精細(xì)、高解析度、高可靠度及反應(yīng)時間快,但從制程到應(yīng)用皆完全不同,MicroLED與MicroOLED的市場僅有部分重疊。

MicroLED尺寸界定為75μm以下,不帶藍(lán)寶石襯底,制程方面MicroLED也是采用不一樣的磊晶技術(shù),在晶片上整合的高密度微小尺寸的LED陣列,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊,從穿戴式裝置、頭戴式顯示器、AR/VR到光療技術(shù)都有,也因為MicroLED是無機材料,具有更高的亮度并且比使用有機材料的OLED更穩(wěn)定。

目前MicroLED最大難題則是如何將數(shù)百萬顆微小的LED精準(zhǔn)轉(zhuǎn)移到背板上(巨量轉(zhuǎn)移)、以及后續(xù)的檢測與封裝技術(shù),投資成本相當(dāng)高昂。

相較之下,MicroOLED尺寸不一定局限在75 μm,OLED制程就會定義每個像素大小,MicroOLED主要是采用蒸鍍技術(shù),如何將容易受到氧氣和水影響的有機材料,精準(zhǔn)且均勻蒸鍍到基板上,真空鍍膜機、精密的金屬遮罩(Fine Metal Mask,F(xiàn)MM)將是制程重點之一。

目前已有多家廠商正研發(fā)MicroOLED,主要也是因為硅基MicroOLED技術(shù)是結(jié)合積體電路的設(shè)計制程CMOS制程和OLED技術(shù),以單晶硅為有源驅(qū)動背板,例如日經(jīng)亞洲(NikkeiAsia)3月時透露,蘋果(Apple)找上長期晶片供應(yīng)伙伴臺積電,將一同研發(fā)超先進(jìn)顯示器技術(shù)MicroOLED。

除此之外,中國、南韓也一直沒有忽略這塊,中國京東方2018年以來一直與云南合資企業(yè)昆明京東方顯示技術(shù)一同開發(fā)MicroOLED,ELEC研究指出,京東方更計劃在2021下半年推出商用MicroOLED顯示器,應(yīng)用主打AR/VR領(lǐng)域,蒸鍍設(shè)備則與南韓Sunic Systems合作。

韓國顯示及半導(dǎo)體設(shè)備廠商APSHoldings也在5月透露,南韓政府已找上他們負(fù)責(zé)一個MicroOLED顯示專案,APS將與其他開發(fā)商在2024年之前共同開發(fā)出4000ppi的AR眼鏡。

2020年法國Micro-OLED也宣布從兩家泛歐高科技投資者CipioPartners和Ventech處獲得800萬歐元成長型投資,推動開發(fā)整合AR模組。

MicroOLED的市場方向明確,在小尺寸領(lǐng)域有較明顯優(yōu)勢,應(yīng)用范圍也沒有像OLED、MicroLED那么廣泛,也變成近年來的研究熱點之一,已有不少廠商投入并增強制造能力,滿足不同領(lǐng)域的需求,將是未來十年推動AR/VR和其他人機設(shè)備的重要推手,事實上2020年顯示展會也有多款MicroOLED產(chǎn)品現(xiàn)身,ppi更可達(dá)3000以上。

預(yù)計到2024年,全球微顯示器市場將達(dá)5000萬臺,包括AR/VR、智慧眼鏡、頭盔顯示器和抬頭顯示器。

來源:MicroDisplay、科技新報

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日期:2023-05-10   瀏覽:9740
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