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Micro-LED:显示技术后起之秀 解决痛点需全产业链协同

发布时间:2020-11-22 17:02:00   来源:   

11月21日,2020世界显示产业大会“Micro-LED发展趋势论坛”在合肥举行。该论坛由国际信息显示学会(SID)北京分会承办。论坛上,来自Micro-LED产业链上下游企业及国内外高校、科研机构的代表,围绕Micro-LED的关键技术、共性问题、产业化痛点、应用前景等热点问题开展探讨,并与现场观众互动交流。

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虽然2000年左右才被提出,Micro-LED凭借高亮度、广色域、快速响应等一系列特性,成为新型显示技术的后起之秀。苹果、索尼等消费电子巨头对Micro-LED的重视和推进,也促使各大面板厂商持续加强对Micro-LED技术的研发和布局。

如今的显示产业被LCD和OLED两大主流技术占据。对比LCD和OLED,Micro-LED在可靠性、寿命、显示速度、色彩、亮度、对比度等方面均占据优势。同时,Micro-LED还有两大“杀手锏”。一是透明度,Micro-LED可以实现60%的透明度,较以往的显示技术是一个巨大的突破,这也让Micro-LED有望成为未来汽车HUD的主流技术。二是极窄边框,Micro-LED的无机材料特性,可以将边缘电路全部做到显示区,实现零边框。

但是,Micro-LED的显著优势构建在复杂的工艺流程和严苛的技术门槛上。Micro-LED显示主要包括外延生长、驱动背板制作、芯片制作、批量转移等工艺流程。其中,芯片制造、巨量转移、驱动是Micro-LED产业化的主要痛点,巨量转移更是“难上加难”。目前,业界推出了Stamp转移、激光转移、自组装转移以及bonding、Interpose等转移技术,但总体来看,转移技术的成熟度和良率水平还有待提升,需要全产业链的持续探索和优化。

与会专家表示,任何技术要打入终端市场,需要考虑成本和性能的平衡关系。Micro-LED要实现大面积量产,必须降低成本和功耗,这需要材料、设备、面板、终端厂商,以及专攻技术难点的解决方案提供商的共同努力,也需要高校院所的支持和协作,才能真正提升Micro-LED的市场竞争力。

专家观点

斯特拉斯克莱德大学特聘教授、光电研究所研究主任马丁·道森(Martin Dawson):

CMOS驱动Micro-LED实现高集成显示

Micro-LED被称为高集成半导体信息显示技术。它具有独特的CMOS兼容性、快速调制能力,以及高帧率时空模式的运行投影,并且与广泛的固态摄像技术和光子计数技术兼容。具有CMOS控制的Micro-LED是高度集成的新型半导体信息显示技术的基础,该技术提供的不仅仅是直视显示器,也能够以时空控制进行多模式操作,并在光通信、传感成像、照明显示器、通信和传感功能之间的技术融合等方面实现应用。

VueReal公司首席执行官雷扎·查基(Reza Chaji):

Micro-Solid技术解决巨量转移痛点

制造Micro-LED显示器的传统方法是基于取放,选择要转移的LED,将它们抓取起来,放到显示器基板上,然后一遍又一遍地重复此过程。由于这是一个非常复杂的过程,对于小型设备而言,往往会导致良率极低。Vuereal Micro-Solid打印技术是一个从良率、吞吐量、成本和性能角度解决Micro-LED制造问题的方案。运用传统方法转移16次才能填充的显示器基板,通过使用墨盒将MicroLEDs印刷到基板上,可以轻松覆盖相同的面积。

AZZURRO半导体公司首席营销官亚历山大·洛辛(Alexander Loesing):

用硅基氮化镓高效实现Micro-LED量产

传统的LED堆栈结构是蓝宝石或者硅做衬底,随后是缓冲层以及发光层。AZZURRO要做的是将发光层放在硅基缓冲层上,再添加到硅上,合成一个新的LED堆栈。可以将蓝、绿、红色的氮化物层集成在一起,放在缓冲层上,提供更大的灵活性。用于增强现实和应用程序的整体式集成显示器时,需要通过CMOS晶圆匹配直径。如果选择蓝宝石做基底,需要处理掉基底,因为它对Micro-LED不起作用。选择硅基基底时,去除就变得容易得多。

中微半导体设备(上海)股份有限公司副总裁兼MOCVD产品事业部总经理郭世平:

MOCVD设备的四个重点

半导体设备相当于地基,把地基做好,下游的市场才会越来越大。Micro-LED要做小,对于芯片尺寸就有新的要求,目前的要求便是将芯片尺寸做到50μm以下。Micro-LED需要把波长的均一性做好,现有设备大概可以做4英寸晶圆,4英寸做得比较好的能把Micro-LED晶粒间距做到1μm左右。但是根据Micro-LED一些新的应用,特别是做6英寸、8英寸以及12英寸晶圆,基本上晶粒间距在0.5-0.6μm的水平。

京东方科技集团股份有限公司显示与传感器件事业群CTO组织技术企划部副总监邱云:

Micro-LED产业化需全产业链深度参与

不同领域对Micro-LED的技术、规格、尺寸要求是不一样的。如果做TV或者大面积的产品,需要考虑氧化物的迁移率,把它从10%提升到30%以上,这样在功耗方面会有很好的提升。在面板设计方面,如果做大尺寸拼接,需要考虑GIA的设计,包括PAM、PWM。目前,很多研究都是集成在刚性的产品上来做,而后续为了发挥它的优势,也会在柔性产品上做相关的工作。

TCL工业研究院新型显示技术部总监谢相伟:

降低功耗需提升Micro-LED发光效率

Micro-LED显示屏的功耗主要由以下几部分组成:Micro-LED转换为光和热输出、驱动TFT的损耗、连接VDD/VSS的线路电阻的热损耗和其它(控制单元、电容充放等)。2020年“TCL技术合作开发大会”发布了合作项目,该项目交付了开发长边小于20μm的倒装结构的R/G/B Micro-LED芯片,红、绿、蓝发光效率分别达到18%、40%和45%以上。

天马微电子股份有限公司先进技术研究院资深专家邢亮:

Micro-LED有两个独特优势

Micro-LED有两个最独特的地方。一是透明度,早期的CRT显示器是不透明的。到LCD时代,三星做出了透明的LCD屏,但透过率很低,需要很亮的背光才能看到显示画面。OLED的透明度做到30%左右就已经是很极限了,但Micro-LED不需要做太大的努力,就可以实现60%的透明度,相对于以往的显示,它是一个巨大的突破。第二个特性是极窄边框,Micro-LED是无机材料,边框可以做得很小。

成都辰显光电有限公司产品设计总监钱先锐:

Micro-LED的三个产业化难点

Micro-LED要实现产业化,芯片尺寸要小于35μm,否则无法大面积量产。目前Micro-LED有三个产业化难点,一是芯片效率下降、制造良率降低、波长分布均一性等问题。二是转移良率、巨量检测/修复、转移精度和转移效率的问题。三是由于LED芯片效率下降,需要重新开发数字驱动,其主要难点是如何实现高分辨率,以及更改高驱动能力的背板。

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