MicroLED、MiniLED技术简介2

Wechat:feiyun0417SunQibing整理MiniLED、MicroLED简介2020-5-6Wechat:feiyun0417SunQibing整理CONTENTS目录00常见显示技术分类01LED简介02MicroLED简介03MicroLED的特点和应用04MicroLED的驱动05Micro全彩色实现方法06MicroLED生产流程07制约MicroLED的技术瓶颈08MicroLED的产业链11MiniLED简介15MiniLED与MicroLED、OLED、LCD的对比12MiniLED的特点和应用14MiniLED的产业链16展望13MiniLED的相关技术09MicroLED与LCD、OLED对比Wechat:feiyun0417SunQibing整理3常见显示技术分类按发光方式分类Wechat:feiyun0417SunQibing整理4常见显示技术分类不同显示技术所处的阶段Wechat:feiyun0417SunQibing整理5MicroLED1、LED简介发光二极管（LightEmittingDiode）是一种半导体固体发光器件，可将电能转化为光能。其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，利用正向偏置PN结中电子与空穴的复合辐射发光。不同的半导体材料，砷化镓发红光，磷化镓发绿光，碳化硅发黄光，氮化镓发蓝光。①LED发光原理LED的发光原理不同材料LED发出不同波长和颜色的光Wechat:feiyun0417SunQibing整理6MicroLED1、LED简介由于具有能耗低、体积小、寿命长、无污染、响应快、驱动电压低、色彩纯度高等特性，LED取得了快速发展，广泛应用于各种指示、显示、背光源、照明和城市景观等领域。②显示领域的LEDWechat:feiyun0417SunQibing整理7MicroLEDMiniLED和MicroLED与传统小间距LED相似，都是基于微小的LED晶体颗粒（die/晶片）作为像素发光点，区别在于相邻灯珠点间距和和晶片尺寸不同。MicroLED灯珠间距小于0.1mm，晶片尺寸一般小于50μm；MiniLED灯珠间距介于0.1mm至1.0mm之间，晶片尺寸介于50-200μm；而小间距LED晶片尺寸则大于200μm。可见，MiniLED和MicroLED在小间距LED的基础上进一步缩小了灯珠间距和晶片尺寸，是小间距LED显示进一步精细化的结构，被认为是未来显示技术的主流趋势和发展方向。②显示领域的LED1、LED简介注：不同厂家理解的每种类型像素尺寸的界限略有差异，MicroLED与当前主流高分辨率手机屏LCD两者的像素大小同数量级。Wechat:feiyun0417SunQibing整理8MicroLED传统LED显示应用以照明和显示器背光模块为主；小间距LED通常应用于大尺寸且对画质要求一般的显示场景；MiniLED既可作为背光源应用于大尺寸显示屏、智能手机、车用面板以及电竞型笔记本等产品，也可以RGB三色LED芯片实现自发光显示；而MicroLED具备极小间距、高对比度和高刷新率，适用于智能手表、AR、VR等近距离观看的智能穿戴领域。②显示领域的LED1、LED简介Wechat:feiyun0417SunQibing整理9MicroLED②显示领域的LED1、LED简介对比指标传统小间距LEDMiniLEDMicroLED晶粒尺寸＞500μm50‐200μm＜50μm有无封装有均可无终端应用商用显示屏商用显示屏、消费电子（背光）商用显示屏、消费电子含（AR/VR）应用尺寸＞100”5”‐100”、大于100”1.5”‐100”，＞100”驱动方式驱动IC驱动IC、TFT基板TFT基板、CMOS关键词Pitch微缩、封装尺寸微缩去封装、local dimming像素化、巨量转移Wechat:feiyun0417SunQibing整理10MicroLEDMicroLED技术，即LED微缩化和矩阵化技术，指在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列，是将LED进行薄膜化、微缩化和矩阵化的结果。MicroLED一般要求晶片尺寸小于50μm，可实现每个图元单独定址和单独驱动发光。从显示效果上看，MicroLED继承了无机LED高效率、高亮度、高可靠度以及反应时间快等优点，又具有自发光无需背光源的特性，具备体积小、轻薄的特点，可轻易实现节能的效果。2、MicroLED简介Wechat:feiyun0417SunQibing整理11MicroLEDMicroLEDdisplay，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。相比目前主流显示技术LCD和OLED，MicroLED显示拥有显示亮度高、可视角度大、使用寿命长、响应时间短和低功耗等诸多优势，因此发展前景被行业普遍认可，甚至被认为是颠覆产业的新一代显示技术。2、MicroLED简介Wechat:feiyun0417SunQibing整理12MicroLED3、MicroLED的特点和应用1）大屏应用：大屏应用中MicroLED主要对手是同样定位高端大屏显示的小间距LED。MicroLED除了小间距LED也拥有的无拼缝、高亮度等优势外，还拥有可视角度大、亮度和对比度更高、画质更好等优势。MicroLED价格显著高于小间距LED。未来伴随microLED的良率提升，产品量产，预计价格仍有大幅下降空间。预计，由于其更出色的显示效果，MicroLED显示大屏将率先应用在包括美术馆、高端车展等高端细分领域。Wechat:feiyun0417SunQibing整理13MicroLED3、MicroLED的特点和应用2）小屏应用：在中小尺寸显示领域，OLED因其在反应时间、视角、显色性、能耗等领域优于LCD而受到各大终端厂商的青睐。而MicroLED在光效、清晰度诸多指标上优于OLED，仅从技术上看完全有机会取代OLED，有望成为继OLED之后推动显示质量提升的次世代显示技术。①高光效，低功耗：②画质好，轻易实现高PPI：③超高亮度，强光下实现良好的显示效果：④高对比度、广色域、高反应速度等优点。（1）高PPI&低功耗，契合智能手机和可穿戴设备应用中小尺寸面板应用在手机、可穿戴设备等，一方面近距离下画质改善能使用户体验改善；另一方面移动设备续航能力越来越受到用户的重视。这两个需求完美契合MicroLED的特点。（2）低延时&视觉模拟，契合VR设备应用所以MicroLED被看好首先应用在智能手机、可穿戴设备等中小屏显示场景。Wechat:feiyun0417SunQibing整理14MicroLED3、MicroLED的特点和应用Wechat:feiyun0417SunQibing整理15MicroLED3、MicroLED的特点和应用Wechat:feiyun0417SunQibing整理16MicroLED4、MicroLED的驱动分为被动（无源）驱动和主动（有源）驱动两大类。通常采用主动式。1）被动驱动：使用内部金属连线将同一行的N级相连，将同一列的P级相连，将行列电极动态扫描2）主动驱动：采用倒装方式倒装到CMOS驱动基板上。参考://有源选址驱动模式的优势更大面积的驱动更好的亮度均匀性和对比度低功耗高效率高独立可控性更高的分辨率Wechat:feiyun0417SunQibing整理17MicroLED5、MicroLED彩色化实现方法包括RGB三色LED法、UV/蓝光LED+发光介质法、光学透镜合成法。（1）RGB三色LED法：每个像素都包含三个RGB三色LED。一般采用键合或者倒装的方式将三色LED的P和N电极与电路基板连接。使用专用LED全彩驱动芯片对每个LED进行脉冲宽度调制(PWM)电流驱动，通过设置电流有效周期和占空比来实现数字调光。（2）UV或蓝光LED+发光介质：若使用UVmicro-LED，则需激发红绿蓝三色发光介质以实现RGB三色配比；若使用蓝光micro-LED，则需要再搭配红色和绿色发光介质即可，以此类推。发光介质一般可分为荧光粉与量子点。（3）透镜光学合成法：指通过光学棱镜（TrichroicPrism）将RGB三色micro-LED合成全彩色显示。具体方法是是将三个红、绿、蓝三色的micro-LED阵列分别封装在三块封装板上，并连接一块控制板与一个三色棱镜。通过驱动面板来传输图片信号，调整三色micro-LED阵列的亮度以实现彩色化，并加上光学投影镜头实现微投影。Wechat:feiyun0417SunQibing整理18MicroLED主要的生产流程：①在氮化硅或氮化镓外延片上将LED晶粒阵列化和微缩化，使其尺寸达到50μm以下；②将微缩化后的LED晶粒批量转移至TFT或CMOS电路基板上（基板可为硬性或软性、透明或不透明），形成超小间距LED；③利用物理沉积法完成保护层与上电极，进行上基板的封装，完成结构简单的MicroLED的制作。6、MicroLED的生产流程而要制成显示器，其晶粒表面必须制成如同LED显示器般的阵列结构，且每一个点像素必须可定址控制、单独驱动点亮。若通过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构，MicroLED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术。黏贴完成后MicroLED能借由整合微透镜阵列，提高亮度及对比度。MicroLED阵列经由垂直交错的阴阳栅状电极连接给每一颗MicroLED的阴阳极，通过电极线的依序通电，通过扫描方式点亮MicroLED以显示影响。Wechat:feiyun0417SunQibing整理19MicroLED6、MicroLED的生产流程有源Micro-LED显示产品的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三部分。这三者有一个共同的特点，即大量继承于已有的液晶和LED产业，但Micro-LED的核心技术是纳米级LED的转移。从目前Micro-LED主流技术路径来看，Micro-LED制造过程主要包括LED外延片生长、TFT驱动背板制作、Micro-LED芯片（晶粒）制作、芯片巨量转移四部分组成。目前，Micro-LED在外延和芯片的关键技术上都需要取得突破。Micro-LED的外延关键技术包括三个：波长均匀性一致性、缺陷和Particle的控制、外延面积的有效利用。而Micro的芯片关键技术包括五个：Sub微米级的工艺线宽控制、芯片侧面漏电保护、衬底剥离技术（批量芯片转移）、阵列键合技术（阵列转移键合）、巨量测试技术。Micro-LED想要从实验室走向工厂，其中的四个关键步骤尤为重要，包括：微缩制程技术、巨量转移技术、键结技术(Bonding)、彩色化方案，其中又以微缩制程与转移技术昀为棘手。Wechat:feiyun0417SunQibing整理20MicroLED6、MicroLED的生产流程有源MicroLED产品的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC等。MicroLED与TFT基板的连接方式，主要有芯片级焊接（chipbonding）、外延级焊接（waferbonding）和薄膜转移（thinfilmtransfer）。Wechat:feiyun0417SunQibing整理21MicroLED目前MicroLED所面临的技术瓶颈，包括磊晶、晶片、巨量转移、全彩化、接合、电源驱动、背板、检测与维修技术等方面。集中在以下几点：巨量转移，即如何将MicroLED晶片/晶粒批量式转移至TFT电路基板上，并按照微米级周期组装构成高密度级二维阵列结构；三基色MicroLED的像素光源问题；MicroLED的封装问题，由于三基色MicroLED的像素组装尺寸微米化受限，难以实现超高密度封装