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microLED的兴起将如何影响显示器行业

2018-06-21 21:39

在量子点系列的最后一部分,我们将与纳米技术专家Peter Palomaki博士一起探讨量子点和microLED如何共同协作改变显示技术。

显示器行业为何对microLED感到如此兴奋?

纯粹使用microLED制作显示器的主要驱动力之一是,它们可能比传统LCD显示器或LED显示器更有效率。与OLED类似,这是一种发光技术,在您直接从子像素发出纯色时,无需额外的滤波和选择。

因此,您可获得显示领域中每个人都想得到的高视角、高效率、高色彩和高亮度。

如果它们更有效率,是否也能降低运行成本?

是的,就能源消耗而言,虽然总是在效率和亮度之间进行权衡,但它们的运行成本会更低。因此,在当代电视中,如果使其效率更高,则可减少所用LED的数量并获得相同亮度,或增加LED数量,或更强烈地驱动LED,并获得更亮的显示,但所使用的能量并未增加。

亮度是消费者现在想要的,所以制造商正选择增加LED或增加更多的LED。随着屏幕变得越来越高效,其允许制造商做到这一点,但在效率方面您没有获得任何改进;只是获得亮度。

对于移动应用程序,microLED带来的效率提高将延长电池寿命。目前,手机显示屏占电池使用量的很大一部分,因此提高效率的措施会使电池更小/充电间隔时间更长。

您能否多介绍一下microLED技术本身?

顾名思义,MicroLED的意思就是指非常小的LED。在显示器中使用它们的背后概念是,每个单独的LED对于像素来说都是亚像素。所以每个像素都有三个LED:一个发红光,一个发绿光,另一个发蓝光。

这需要使这些LED尺寸变得极小,且需找到一种方法来产生这三种不同颜色。显示器产品中的所有LED几乎都是蓝色的,因此业界非常清楚如何制造蓝色LED,但制造红色或绿色LED的情况却很少见。

您是如何制造红色和绿色LED呢?

有了这项技术,您有两种选择。可制作自然发红光和自然发绿光的半导体。或者,可使用三个蓝色LED与下变频磷光体或量子点将该蓝色波长转换为红光和绿光。这正是在现在的电视机上所做的,即仅使用普通大小的LED。他们使用磷光体或量子点来接收蓝光并产生红光和绿光。

在microLED方面,实现这种下变频过程的挑战是,microLED比磷光体小!如果从微观上看,会看到较大的磷光体颗粒,以及极小的LED。所以这不是用于这些microLED的下变频的可行技术。

另一方面,量子点比microLED的尺寸小得多,它们本身的尺寸预计会降至10微米以下。如果能够实现这一点,那么量子点就是非常有吸引力的候选,种种原因皆可实现蓝色到红色和绿色的下变频过程。

是什么原因使量子点技术如此有吸引力?

其物理尺寸使得它们可与microLED兼容,效率高且带宽窄,这对于显示器应用而言始终有用。所以它们非常适合这种即将到来的技术。

这听起来令人印象深刻,但开发microLED技术面临的挑战是什么?

有很多与其相关的挑战。首先,需要使用非常复杂的电子设备来独立控制每个单独的子像素,但是您需要使用所有的像素进行通信,这更加复杂,但可实现。我们有这个知识基础。

但是,使用这种尺寸的LED和具有三个LED的每个单独像素,实际上可在一台65英寸电视上使用数百万个LED。所以,需要有绝对数量的组件且都必须完美地放置。

这些是非常小的长度尺度。它们必须三个一组,并且位于那些位置的高产率区域,同时必须正常运转。因为如果有一个或两个像素,其中一种颜色有缺陷,则会看到显示器上出现坏点。如果您曾经观看过一些较旧的像素损坏的电视机,则马上会注意到这一点。

这种敏感性使得产量方面的挑战最难克服。

您必须想出一种方法来获取这些数以百万的LED,将它们以控制良好的方式放置在面板上,并确保它们都能正常工作,没有任何缺陷。人们正在使用的技术之一就是“拾取和放置”,一台机器从其创建的晶圆中拾取一个或数百个这样的microLED,然后将其转移到大面积区域显示器上。

当然,这只有当具有更大的显示器时才需要,对于非常小的显示器,也许是一平方英寸或更小,这可能不是必需的。您需再次从该技术获得近乎完美的性能,才能实现其可行性。这是该行业正在致力并努力改进的事情。现在,其还不够成熟且不够便宜。花费时间过长或设备过于昂贵,或当前产量太低而无法立刻生产。

最后一个挑战是颜色。如果您想制作一个只有蓝色LED的晶圆,那很容易。但是如果您想让一个单独的晶圆同时具有蓝色和红色以及绿色LED,那么这很难做到。可在三种不同晶圆工艺上同时制作三种不同颜色的LED,但是这时您又回到了将它们放置在正确位置并且实现高产量的问题。

幸运的是有几种方法可解决这个问题。可制造所有蓝色LED,并使用光刻技术或非常精细的印刷技术,在三分之二的蓝色LED的顶端放置一个下变频转换器,如量子点,以便获得蓝色、红色和绿色,并且实际上可以从中取出彩色图像。

所以量子点对于microLED显示器的颜色转换可能是必不可少的。

microLED屏幕对消费者有什么好处?

microLED可以在您自己的设备上制作出非常明亮且色彩鲜艳的屏幕。颜色将会比现在的量子点电视更好。可视角度以及这些朝各个方向发光的LED皆可使用户获得更好的体验。

然后这些物质可能总是会被置于透明基材上,所以它可能看起来像是墙上的一块玻璃或塑料。当它关闭时,或者它是半透明的,直到您打开它才能看到。这将是有可能发生的,因为这些LED将会非常小,并且它们之间有空间,如果放在玻璃、ITO或塑料基板上,它可能会显得透明。

这也意味着如果您把它放在塑料上它会变得柔性。所以这可能是其中一种开始实现某种形式的柔性显示器的技术之一。说实话,我们甚至无法预测可能发生的事情,因为它超出了我们的习惯范围。

这如何改变数字标牌?

首先,即使在明亮的阳光下,您也可以在任何环境中清晰地看到标牌。但是最令人兴奋的是,这种制作新型标牌潜力很大——您甚至可将便携式数字标牌卷起来并运送到不同地点。

您认为哪个行业会成为第一批采用microLED的行业?

对于真正的小面积尺寸,首先要实现这一点会更容易一些——您可能听说过对Apple Watch使用这项技术的各种议论。      

另一种是AR/VR空间,用于头戴式显示器和这些近距离观看系统,无论是用于游戏还是军事应用,您都可以开始拥有非常接近您眼睛的图像,并获得极高分辨率的图像。

您认为这可能会带来什么样的价位?

这是一个疯狂的猜测,但制造商肯定对消费者能买得起的东西很敏感。因此,发布一块价值5000美元的手表毫无意义,因为销量太少,除非是公关噱头,否则可能不值得。

如果您想看到真正的市场渗透并产生兴奋,我认为对于一款手表而言,您谈论的是1000美元或更低的价格,而目前还不存在这种技术。

另一个问题是:您能否以高质量批量生产这些产品?即使生产成本低廉,它也必须具有足够的质量,让消费者相信它可耐用数年。

microLED技术在不久的将来会如何发展?

这不会是一夜之间从现有尺寸的LED转变为其一小部分的LED;这将是一种进步:变得越来越小的LED。我们已在这个行业看到这一点。

就时间框架而言,我认为消费者还需要几年的时间才能拥有microLED产品。

我们要感谢Peter在本系列中与我们分享其关于量子点的知识。您可在此处阅读前两部分:量子点:挑战和机遇量子点技术的演变

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