微发光二极管显示器

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同义词Micro LED(显示技术)一般指微发光二极管显示器
微发光二极管显示器,(英语:Micro Light Emitting Diode Display,缩写Micro LED) ,即 Micro LED Display 。已有厂商应用在电视机上。
Micro LED Display的显示原理,是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其尺寸仅在1~10μm等级左右;后将μLED批量式转移至电路基板上(含下电极与晶体管),其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极,即可进行上基板的封装,完成一结构简单的Micro LED Display。
μLED典型结构是一PN接面二极管,由直接能隙半导体材料构成。当上下电极施加一顺向偏压于μLED,致使电流通过时,电子、电洞对于主动区(Active region) 复合,而发射出单一色光。μLED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm,可提供极高的色饱和度,通常可大于120%NTSC。
中文名
微发光二极管显示器
外文名
Micro Light Emitting Diode Display
领    域
光学

简介

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微发光二极管显示器,(英语:Micro Light Emitting Diode Display,缩写Micro LED) ,即 Micro LED Display 。已有厂商应用在电视机上。 [1]

历史与现况

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发光二极管LED(Light Emitti举精兰霉ng Diode)于显示器元件中的使用,起自于TFT-LCD背光模组的应用。TFT-LCD为一非自发光的平面显示器,其元件功能类似光控制开关,需有一提估誉市供光源的背光模组。自1990年代TFT希欢讲-LCD开始蓬勃发展时,即有厂商利用LED做为液晶显示器之背光源,其具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点翻旬旋。然当时因成本过高、散热不佳、光电效率低等因素,并未大量应用于TFT-LCD产品中。
至2000年代,将蓝光LED chip封装于含萤光粉的树脂中而制成的白光LED,其制程、效能、成本已逐渐成熟;至2008年左右,白光LED背光模组(LED backlight module)呈现爆发性的成长,几年间即全面取代传统整境姜的冷阴极管背光模洒匪淋组(CCFL backlight module),其应用领域由手机、平板电脑、笔记型电脑、桌上型显示器,乃至电视和公用看板。
然而,因TFT-LCD非自发光的显示原理所致,其open cell穿透率约在拒漏7%以下,造成TFT-LCD的光电效率低落;且白光LED所能提供的色饱和度仍不如三原色LED(红光LED、绿光LED、蓝光LED),大部分TFT-LCD产品约仅72%NTSC;再则,于室外环境下,TFT-LCD亮度无法提升至1000nits以上,致使影像和色彩辨识度低,为其一大应用缺陷。
故另一种直接利用三原色LED做为自发光显示画素的LED Display或Micro LED Display的技术也正在发展中。随着LED的成熟与演进,LED Display或Micro LED Display自2010年代起开始有着不一样的面貌呈现。SONY 2012年展示55吋FHD“Crystal LED Display”原型机,系利用表面黏着技术(SMT, surface-mount technology)或COB技术(Chip on board),将LED chip黏着于电路基板上,高达6.2百万(1920x1080x3)颗LED chip做为高解析的显示画素,对比可达百万比一,色饱和度可达140% NTSC,无反应时间和使用寿命问题。然而在商业化上,仍有不少的成本与技术瓶颈存在,迄今未能量产。
一般的LED chip包含基板和磊晶层(Epitaxy)其厚度约在100~500μm,且尺寸介于100~1灶充000μm。而更进一步正在进行的Micro LED Display研究在于,将LED表面厚约4~5μm磊晶层用物理或化学机制剥离(Lift-off),再移植至电路基板上。其Micro LED Display综合TFT-LCD和LED两大技术特点,在材料、制程、设备的发展较为成熟,产品规格远高于TFT-LCD或OLED,应用领域更为广泛包含软性、透明显示器,为一可行性高的次世代平面显示器技术。
自2010年后各厂商积极于Micro LED Display的技术整合与开发,然因Micro LED Display尚未有标准的μLED结构、量产制程与驱动电路设计,各厂商其专利布局更是兵家必争之地。迄2016年止,Luxvue(2014, 5已被Apple并购)、Mikro Mesa、SONY等公司皆已具数量规模的专利申请案,更有为数众多的公司与研究机构投入相关的技术开发。
2023年2月,在MWC 2023上小米发布了其最新的概念产品——小米无线AR眼镜探索版。这款AR眼镜具有一对MicroLED屏幕和三个前置摄像头,它们的重量为126克。 [3]

显示原理

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Micro LED Display的显示原理,是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其尺寸仅在1~10μm等级左右;后将μLED批量式转移至电路基板上(含下电极与晶体管),其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极,即可进行上基板的封装,完成一结构简单的Micro LED Display。
μLED典型结构是一PN接面二极管,由直接能隙半导体材料构成。当上下电极施加一顺向偏压于μLED,致使电流通过时,电子、电洞对于主动区(Active region) 复合,而发射出单一色光。μLED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm,可提供极高的色饱和度,通常可大于120%NTSC。
且自2008年后LED光电转换效率大幅提高,100 lm/W以上的LED已成量产之标准。而在Micro LED Display的应用上,为自发光的显示特性,辅以几乎无光耗元件的简易结构,故可轻易达到低能耗(10%~20% TFT-LCD能耗) 或高亮度(1000nits以上) 的显示器设计。即可解决显示器应用的两大问题,一是穿戴型装置、手机、平板等设备,有8成以上的能耗在于显示器上,低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力;一是环境光较强(例:户外、半户外)致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。 [2]

技术发展

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制程种类
Chip bonding
Wafer bonding
Thin film transfer
显示画素种类
μLED 芯片
μLED 薄膜
μLED 薄膜
显示基板尺寸
无尺寸限制
小尺寸
无尺寸限制
转移间距可调
不可
批量转移能力
不可
EPI 一次利用率
EPI 多次利用率
成本
厂商
SONY

参见

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