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驱动技术谱新章 Micro LED跃居最佳显示技术

2023-04-23 17:27:41  来源:激光网原创    

  目前,平面显示器市场主要采用液晶显示技术(LCD)或OLED等显示技术,应用范围从大型信息显示器、电视屏幕到平板电脑、以及智能手机和扩增/虚拟现实(AR/VR)等。 LCD大多是利用LED背光穿过液晶矩阵来产生影像,而OLED显示器则是自发光的显示技术,采用响应电流而发光的有机化合物。

  未来,预计元宇宙(Metaverse)的使用不仅限于商业领域,还更会在家庭市场中普及。 因此全球各大业者都积极投入VR或 AR 眼镜的开发。 例如,Google发布的VR眼镜,而Micro LED就成了未来对更小、更轻、更节能的高分辨率显示器的高度潜力技术。

  各种新一代Micro LED电气驱动技术方案陆续被提出

  比起传统的显示器,目前最新的Micro LED显示器具有更多颜色、更高亮度以及更低功耗的技术。 Micro LED是传统LED的微型版本(1 mm或更大),尺寸小于50μm。

  传统的LED是单独封装的,而Micro LED则大量定位红色、绿色和蓝色Micro LED的像素组件,在基板上进而形成显示器。 而这些颜色是由的构成是由无机材料的能隙所决定。 例如,磷化铝铟镓、砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)会产生红光,氮化铟镓(InGaN)则是发出绿光。

  目前包括苹果等业者都竞相开发Micro LED,不过目前最大问题还是在Micro LED的成本,以及稳定的供应。 尤其是红色LED,由于砷化镓(GaAs)和磷化镓(GaP)是易碎材料,折射率高,光取出效率低,因此很难进行微小化,同时在实现高效率方面也存在挑战。

  因此日本Nitride Semiconductors,就以Micro UV-LED来激发红、蓝、绿3种荧光粉,开发Micro LED量产技术。 因此,用户只要通过目前常用的巨量转移技术,就可实现Micro LED显示器的量产。

  不只在量产技术、降低成本等方面各业者都积极的开发出更先进的技术,另一方面,在电气驱动部分,也开始有业者提出各种新的技术方案。

  Micro LED可通过主被动方式来驱动

  Micro LED显示器是通过晶体管阵列背板来控制着主动矩阵型Micro LED的开关,以及驱动显示器的各个像素。 根据背板材料的不同,Micro LED可以分为两种类型(图二):

  第一种是使用在标准CMOS制程中产生的硅(Si)基晶体管,这些晶体管可以做得非常精细,进而减少背板的像素间距,达到高分辨率AR/VR应用和投影的理想选择。 然而硅背板的成本相对昂贵,并且不容易大型化,以及无法透光等缺点。

  第二种类型使用由非晶硅(Amorphous silicon; a-Si)、低温多晶硅(LTPS)或氧化铟镓锌(IGZO)等制成的薄膜晶体管。 TFT可以在比硅大的基板上制造,因此在大规模生产下,有可能降低单位面积的成本。

  这样的技术下,潜力应用是针对大型模组显示器,目标是家庭、电影院、广告或会议厅的大型电视或电视墙。 根据模块的大小和数量,最终的显示尺寸可能超过200吋。 因此对于这样的市场领域,基于TFT技术的Micro LED预计将比基于TFT的OLED表现更好。 这是因为Micro LED的效率更高,在相同的驱动电流下可以获得更高的亮度。 此外,没有「有机层」(Organic Layer)更意味着 Micro LED显示器完全不需要封装,这有利于模组之间的无缝转换。 而对于OLED来说,每个模组都需要单独封装。

  另一方面,与OLED所不同的是,应用于大型显示的Micro LED不能在同一基板上单片式(monolithic)的生产。 因此,需要采用转移后置放的制造方法,而Micro LED也需要使用三种不同的磊芯片(分别产生红光、蓝光和绿光)制造,在切割后,透过高速取放系统转移到TFT背板上。

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