MicroLED会引发下一次显示器革命？真相原来是这样 (microled现状)

尽管固态照明快速发展，但是显示屏的背光依旧是LED的实质性市场。十多年来，屏幕都是由这些设备进行显示的–最初这些设备被放置在传统的封装中，最近更多地是在芯片级的封装中，而且它们现在是LCD的背光源。　　LED封装的一个最成功案例是作为大型*广告牌中的光源，比如在体育场馆、商场等。根据显示屏的尺寸和辨别率，包含红色、绿色和蓝色芯片的分立封装LED形成单个像素，间距通常为1mm至mm。　　截止今日，LED都没有被用作为小间距显示屏中的直接发光元件-即像素。这种现象是由许多问题造成的，包括成本和制造可行性。但是，运用microLED和亚毫米像素间距生产显示屏的想法可以追溯到LED起步时期。　　在过去五年中，开发基于microLED的显示器兴趣大增，尤其是年苹果公司收购Luxvue之后。去年月，Facebook收购沉浸式虚拟现实技术公司Oculus；而今年5月，夏普收购了另外一家microLED的新创公司eLux，以及最近Google注资瑞典MicroLED制造商Glo。　　鉴于这些收购，证明microLED不只仅是停留在实验室。那么，这些大品牌为什么对这项技术这么感兴趣呢？因为microLED可以将*的红色、绿色和蓝色子像素作为*可控的光源，能够形成具有高对比度、高速和宽视角的显示器。　　事实上，MicroLED显示器比OLED的对手要强很多，因为microLED有更宽的*、带来更高的亮度、更低的功耗、更长的运用寿命、更强的耐用性和更好的环境稳定性。此外，如苹果最近的专利文件所示，microLED可以集成传感器和电路，实现具有嵌入式感测功能的薄型显示器，如指纹识别技术和手势控制。　　虽然microLED依旧还未进入市场，但是它们还不只是停留在纸上的想法。在年1月的“InternationalCES”上，索尼就展出了×像素的英寸microLED显示器，包含万个子像素，每个都是可*控制的microLED芯片，受到媒体的强烈关心。但是，索尼对于商业化还没有给出时间表，到现在为止，没有一台microLED电视机进入市场。microLED本质上是一项很复杂的技术　　今天，microLED还没有一个普遍认可的定义。但是，一般来说，microLED被认为是总表面小于mm2的LED芯片。这相当于是mm×mm的正方形，或直径为mm的圆形芯片。根据这一定义，microLED今天已经出现在市场上了：索尼在年再次亮相，采用小间距大型LED*墙的形式，传统的LED封装由microLED替代。　　制造microLED显示器的技术涉及方方面面：将LED基板加工成准备用于拾取和转移到接收基板的microLED阵列，用于集成到非均匀集成的*中：显示器。显示器又集成LED、像素驱动晶体管、光学器件等。外延片可容纳数亿microLED芯片。　　实现MicroLED显示屏有两个主要选项。一个是将microLED单独或分组地拾取并转移到薄膜晶体管驱动矩阵上，这相似于OLED显示器中运用的；另一个是运用CMOS驱动电路将数十万个MicroLED的完整单片阵列组合起来。　　如果采用这两种方式中的第一种，则组装一个4K显示器需要拾取、放置和单独连接万个microLED芯片（假设没有像素冗余）到晶体管背板。用传统的拾放设备*纵这样的小型设备，每小时的加工速度约为，个单位。这太慢了，组装单个显示器将需要一个月的时间。　　为了搞定这个问题，像苹果、X-Celeprint等数十家公司已经开发出大规模的并联抓取技术。他们可以同时加工数万到数百万的microLED。但是，当microLED尺寸仅为μm时，以足够的精度加工和放置非常具有挑战性。　　还有一些与LED芯片相关的问题要克服。当其尺寸非常小时，其性能会受到与表面和内部*（例如*式粘合、污染和结构*）相关的侧壁效应的影响。这些*导致非辐射载体重组加速。侧壁效应可以延伸到相似于载体扩散长度的距离（通常为1mm至mm）：这在传统的LED中并不重要，因为其具有数百微米的边缘，但在microLED中却是十分致命的。在这些设备中，它可以*芯片整个体积的效率。　　由于这些*，microLED的峰值效率通常低于％，当设备尺寸低于5mm时，它的峰值效率可能小于1％，这远远低于现在最好的传统蓝光发射的‘macro’LED，它现在可以产生超过％的外部量子峰值效率。　　更糟的是，microLED通常必须以非常低的电流密度运行。它们通常在低于1-Acm-2峰值效率区域驱动，因为即使在这种低效率下，LED也是非常明亮的。如果一台带microLED的*以其最高效率运行，其显示屏将提供高达数以万计nits的亮度，比现在市场上更亮的定位器高出一个级别。屏幕会很亮，以至于胆大的用户都不敢看。　　当LED以非常低的电流密度工作时，它们的效率非常低，使得该技术不能实现其削减能量消耗的承诺。因此，搞定这个问题就成为microLED公司的优先事项。提升效率的办法包括引入新的芯片规划和改进制造技术。这两种方式都可以减少侧壁*并使电载体远离芯片的边缘。　　microLEDs的开发人员也面临与色彩转换、光提取和光束成形有关的挑战。　　现代显示屏的另一个要求就是消除坏点或有*的像素。在外延、芯片制造和转移方面实现％的综合收益率是不太可能的，所以microLED显示器制造商必须制定有效的*管理策略，可以包括像素冗余和单个像素修复，这得取决于显示器的特点和成本。现在MicroLED最容易实现的领域　　MicroLED能够部署在从最小到最大的任何显示使用中。在许多情况下，它们将比LCD和OLED显示器的最终组合更好。但是，生产可行性和经济成本*了其运用。然而，详细的分析表明，智能手表和其他可穿戴产品，如AR/MR使用的*显示器，最能显示microLED显示器的性能。　　其中，在智能手表上实现microLED是最有可能的，因为智能手表具有相对较少的像素数和中等范围的像素密度，因此，芯片和组装成本效率高，也最接近microLED当前技术发展的状态。它们具有潜在的不一样化功能，包括能够延长电池寿命、降低功耗以及更高的亮度，从而提供户外环境下良好的可读性。　　如果这些显示器开始大量出现，那么在显示器前端平面内可引入各种传感器，例如可以读取指纹并提供手势识别。　　microLED的另一个主要机会就是增强现实（AR）和混合现实（MR）的头戴式显示器。在虚拟现实中，用户佩戴完全封闭的头戴式显示器将其与外界视觉隔离；而AR和MR使用则将计算机生成的图像覆盖到现实世界中。

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　　▲MicroLED显示器是通过将晶片切割成微小器件，并以并行拾取和放置技术将其转移到晶体管底板。　　这些使用的要求之一是，覆盖的图像要足够亮，可与环境光竞争，特别是在户外使用中。　　为了满足这些条件，显示器必须放在不引人注意的位置，运用光学效率小于％的复合投影或波导光学器件将图像投影到眼睛上。这些要求决定了显示器的亮度范围从，到，Nits，这比市场上最好的*的亮度高出倍到倍。　　今天，microLED是唯一有潜力提供这些亮度水平的候选，同时保持合理的功耗和紧凑性。令人鼓舞的是，同样的推理可以使用于汽车和其他环境中的平视显示器中-这类显示器可以被认为是AR的一种形式。　　microLED想努力产生影响的市场就是智能定位器。现在，OLED显示器已经以非常有竞争力的成本提供了非常出色的性能。如果microLED也参与其中，则子像素的尺寸必须减小到几微米，这样的话，提供可接受的效率会更难。　　在电视上取得成功则可能更容易。在这种情况下，缺点是像素密度相对较低，在4K、英寸电视中的间距约为毫米。低密度阻碍了转移技术的效率，因为每个周期需要移动数千个芯片，而智能定位器或智能手表则是数十万个。想在这个市场上蓬勃发展，就需要开发替代的高效率装配技术。