應(yīng)用于顯示器、AR/VR、汽車和電視等領(lǐng)域的LED家族產(chǎn)品在持續(xù)不斷的創(chuàng)新中，這一大堆創(chuàng)新產(chǎn)品是否都可以商用了呢？
許多LED技術(shù)都取得了重大突破，每個(gè)細(xì)分市場都有它自身的優(yōu)勢、劣勢和成熟度。 Mini LED、micro LED和量子點(diǎn)，都對現(xiàn)有LED技術(shù)造成極大沖擊，但是，到目前為止，仔細(xì)觀察每個(gè)細(xì)分市場都表明，它們大多數(shù)都還沒有達(dá)到有收益的規(guī)模商用階段。
Mini LEDs
作為背光照明光源，mini LED意味著更多數(shù)量的LED，但是比目前使用的LED更小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更薄的顯示屏并改善局部對比度，這類似于OLED。在汽車應(yīng)用中，它滿足了行業(yè)對高對比度和亮度、曲面貼合性和耐用性的要求。Mini LED很容易在現(xiàn)有的晶圓廠中制造，而且已經(jīng)可以輕松實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和芯片鍵合精度。
但是mini LED仍然面臨一些挑戰(zhàn)。對于智能手機(jī)應(yīng)用，mini LED面臨著OLED這個(gè)強(qiáng)大對手，由于它們的性價(jià)比將其降級(jí)為只能應(yīng)用于高端細(xì)分市場。直下式mini LED可實(shí)現(xiàn)局部調(diào)光；它們可用于曲面顯示器，由此產(chǎn)生電視的成本預(yù)計(jì)比OLED版本低約20%至30%。然而，隨著所使用的LED數(shù)量的增加，散熱問題也隨之出現(xiàn)。此外，更多的局部調(diào)光區(qū)域需要更多數(shù)量的LED，從而增加了IC的數(shù)量。因此，為提高性能反而增加了成本，這是mini LED現(xiàn)存的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。
Mini LED BLU/自發(fā)光及Micro LED顯示對比
Micro LEDs
相比之下，micro LED在性能、技術(shù)和基本結(jié)構(gòu)方面都比mini LED更具突破性。Micro LED在響應(yīng)時(shí)間和視角方面與現(xiàn)有OLED技術(shù)相當(dāng)，但在亮度、耐用性和功耗方面更優(yōu)于OLED。
“從顯示器設(shè)計(jì)師或OEM的角度來看，這項(xiàng)技術(shù)還未成型，”Yole Développement的高級(jí)技術(shù)和市場分析師Eric Virey說。 “即使那些剩余的難題被解決了，也還必須建立起供應(yīng)鏈。因此，雖然我們可能會(huì)在未來幾年看到一些令人印象深刻的micro LED產(chǎn)品，但數(shù)量一定是有限的。實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用至少還需要兩到三年的時(shí)間。到那時(shí)，OLED或電致發(fā)光量子點(diǎn)等競爭技術(shù)也將會(huì)發(fā)展起來。性能是一方面，但成本兼容性更加重要。”
隨著技術(shù)的進(jìn)步，micro LED有可靠的成本降低途徑，可以在各種應(yīng)用的高端市場競爭，如電視、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和可穿戴設(shè)備。在智能手機(jī)領(lǐng)域，OLED的成本推動(dòng)著micro LED在芯片尺寸方面達(dá)到其技術(shù)極限。
Plessey Semiconductors是一家取得重大進(jìn)展的供應(yīng)商。該公司生產(chǎn)的用于耳機(jī)的micro LED顯示器, 相較于傳統(tǒng)OLED，實(shí)現(xiàn)了10倍的分辨率，100倍的對比度，以及高達(dá)1,000倍的亮度，而功耗僅為OLED的一半。2019年，Plessey還在CES上展示了其第一款搭載micro LED的AR/VR眼鏡。Vuzix已計(jì)劃在其下一代智能眼鏡中放棄采用OLED，轉(zhuǎn)而采用Plessey的micro LED技術(shù)。
量子點(diǎn)
在不同的發(fā)展階段存在三種量子點(diǎn)技術(shù)：
色彩轉(zhuǎn)換量子點(diǎn)是一種“即插即用”技術(shù)，三星在其“QLED”電視產(chǎn)品中應(yīng)用，Vizio在其“P-Quantum”系列產(chǎn)品中也有應(yīng)用。這種技術(shù)在LCD顯示器的背光中添加一層量子點(diǎn)薄膜，量子點(diǎn)能夠?qū)碜訪ED的藍(lán)色光源轉(zhuǎn)換為更加純凈的藍(lán)綠紅三色純色光，從而改善了色域、顯示能效和/或亮度。
電致發(fā)光量子點(diǎn)或EL-QD則更具突破性，它沒有從LED到量子點(diǎn)的色彩轉(zhuǎn)換過程。
QD-OLED結(jié)合了OLED和QD色彩轉(zhuǎn)換，使用藍(lán)色OLED像素激發(fā)位于OLED頂部的圖案化量子點(diǎn)，以轉(zhuǎn)換紅色和綠色像素。與采用彩色濾光片的OLED技術(shù)相比，它以更低的成本實(shí)現(xiàn)了更好的亮度和效率。
三星顯示器（Samsung Display）最近證實(shí)它正在開發(fā)用于電視的大型QD-OLED面板，這是量子點(diǎn)和OLED技術(shù)的結(jié)合。 它在量子點(diǎn)薄膜層后面使用藍(lán)色OLED背光，可提供更高的亮度，更廣的色彩范圍，并可能降低生產(chǎn)成本。但，三星最近曾宣布于2019年4月成立投資審查委員會(huì)，該委員會(huì)將負(fù)責(zé)就三星生產(chǎn)QD-OLED電視面板的計(jì)劃作出決定。 如果計(jì)劃獲得批準(zhǔn)，預(yù)計(jì)將于2020年底或2021年初開始量產(chǎn)。問題是，三星計(jì)劃在2019年開始試生產(chǎn)，那么這個(gè)計(jì)劃是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)劃，還是有點(diǎn)延遲的計(jì)劃呢？
此外，在micro LED領(lǐng)域，Plessey與Nanoco Technologies合作，應(yīng)用Nanoco的無鎘量子點(diǎn)（CFQD）半導(dǎo)體納米粒子技術(shù)以縮小單片micro LED顯示器的像素尺寸。Plessey將Nanoco CFQD量子點(diǎn)集成到藍(lán)色LED晶圓的選定區(qū)域，以添加紅光和綠光。這將當(dāng)今最小的像素尺寸又縮小了難以置信的87%。這項(xiàng)工藝能夠?yàn)锳R/VR設(shè)備、手表和移動(dòng)設(shè)備提供更小、更高分辨率的micro LED顯示器，同時(shí)增強(qiáng)了顯色性與能效。
各自為政可行嗎？
根據(jù)LED各種技術(shù)的不同，以及實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)需要從現(xiàn)有材料、流程和供應(yīng)鏈中進(jìn)行多大程度的轉(zhuǎn)變，只有合作才是最有效的途徑，可以實(shí)現(xiàn)更快速的開發(fā)和成本的降低。“建立伙伴關(guān)系對創(chuàng)新和產(chǎn)品發(fā)展至關(guān)重要，尤其在克服關(guān)鍵技術(shù)瓶頸上，”LEDinside研究協(xié)理Roger Chu說。 “如果沒有合作伙伴關(guān)系，那些小眾前沿技術(shù)可能無法成功發(fā)展。”
Roger還說道：“目前，人們普遍認(rèn)為，一旦micro LED芯片和巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)準(zhǔn)備好了，制造商就可以成功生產(chǎn)micro LED顯示器了。實(shí)際上，micro LED技術(shù)尚未成熟，在不同的制造工藝中仍然面臨許多瓶頸。因此，相關(guān)領(lǐng)域的制造商必須共同努力，在技術(shù)開發(fā)方面做更多的投入。”
Yole公司的Virey在OLED和EL-QD領(lǐng)域也表達(dá)了相同的意見。“OLED或EL-QD的材料分散在墨水中，被印刷到晶體管背板上。我們看到很多獨(dú)立的量子點(diǎn)材料公司都在開發(fā)自己的材料，而許多領(lǐng)先的顯示器制造商，如三星、TCL或BOE在努力做好自己的開發(fā)以外，也與獨(dú)立材料公司合作。協(xié)作至關(guān)重要。每一種材料都需要精確制造，以便與其他所有部件良好的配合。”
Virey進(jìn)一步指出，micro LED的制造工藝和基本架構(gòu)是截然不同的，將LED和顯示器這兩個(gè)行業(yè)結(jié)合在一起，共通點(diǎn)少之又少。流程和工具尚不存在，建立完整的供應(yīng)鏈需要LED制造商、工具制造商、顯示器制造商和各種micro LED初創(chuàng)者之間的協(xié)同工作，這些初創(chuàng)者往往是開發(fā)一些關(guān)鍵技術(shù)的先行者。
最近一個(gè)合作的例子就是EV集團(tuán)和Plessey最近宣布，將高性能GaN-on-silicon（GaN-on-Si）單片micro LED技術(shù)引入AR應(yīng)用的大眾市場。
創(chuàng)新帶來驚喜
根據(jù)Virey的說法，迄今為止他至少看到過兩個(gè)業(yè)內(nèi)驚喜。 “在過去的兩到三年里，micro LED從一個(gè)’永遠(yuǎn)不會(huì)奏效的瘋狂想法’變身成為一種可靠的顯示器技術(shù)候選。想一想：要生產(chǎn)一個(gè)8K micro LED電視，需要組裝近1億個(gè)細(xì)菌大小的微型LED，精度為1μm，不能有一個(gè)錯(cuò)誤，而且必須在幾分鐘內(nèi)完成，才能不辜負(fù)其成本。”
Virey補(bǔ)充道：“當(dāng)業(yè)界第一次討論這個(gè)想法時(shí)，市場上最好的裝配技術(shù)可能需要數(shù)月或數(shù)年才能組裝一臺(tái)電視機(jī)。而現(xiàn)在，各種公司已經(jīng)開發(fā)了許多大規(guī)模并行傳輸和組裝方法，這使得micro LED越來越接近現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然未來還有很多挑戰(zhàn)，但這已不再是一個(gè)瘋狂的想法了。”
他還談到了三星的QD-OLED技術(shù)。“坦率地說，我認(rèn)為18個(gè)月以前還沒有人認(rèn)真對待它，但那時(shí)三星就可能已經(jīng)馬上建立其第一個(gè)晶圓廠了。這么快的可行性源于三星早已投入了大量的時(shí)間和金錢分別用于啟用QD-OLED所需的兩大技術(shù)：OLED和量子點(diǎn)。在三星意識(shí)到可以將它們組合成第三種技術(shù)時(shí)，它已經(jīng)分別在這兩項(xiàng)技術(shù)上取得了很大進(jìn)展。”
挑戰(zhàn)仍然很多，但LED市場正在迅速發(fā)展。包括Apple、Plessey、三星、友達(dá)光電等在內(nèi)的許多公司都在不斷推進(jìn)中。短期內(nèi)將會(huì)有許多原型和新功能發(fā)布出來，但從顯示器設(shè)計(jì)師或OEM的角度來看，仍需要一些耐心。（文：Carolyn Mathas）
來源：電子工程專輯
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