6000+大屏拼接项目成功见证,众多国家项目施工经验,低能耗、超长耐用,让拼接屏更具性价比。
定制咨询热线13332995140
您的位置:主页 > 新闻动态 > 行业新闻 >
联系我们

华融led显示屏

邮 箱:3004416095@qq.com
手 机:13332995140
电 话:13332995140
地 址:广东省深圳市宝安区福海街道新田社区正中工业园十栋四楼

从micro-LED技术了解LED液晶拼接屏发展趋势

来源:未知 作者:LED显示屏实习编辑 发布时间:2020-11-12 14:25:56人气:
产业的发展离不开技术的支撑,LED显示屏也不例外,技术升级会淘汰高能耗低性能产品。
Micro LED技术,即LED微缩化和矩阵化技术,被视为下一代的显示技术,拥有低功耗、高亮度、高对比度、反应时间短、宽色域等特性而广受关注。
三基色

1. Micro-LED 简介

Micro LED 是指将微米量级尺寸的发光二极管(LED),批量转移到基板上,再利用物理沉积完成保护层和电极,最后封装完成,使得LED以矩阵形式高密度集成在一个芯片上,实现显示功能。其中,“微米量级”一般指相邻 LED点间距在 100 微米以下(即 P0.1 以下)。由于采用主动选址驱动,Micro LED显示器件的任何像素都能定址控制并单点驱动发光,即利用垂直交错的正负栅极连接每一个Micro-LED的正负极,依次通电,通过扫描方式点亮Micro-LED进行图形显示。
相较于现流行的OLED显示技术,Micro-LED采用传统的氮化镓(GaN)LED技术,可支持更高亮度、高动态范围以及广色域,以实现快速更新率、广视角与更低功耗。表1. Micro LED 与 LCD、OLED性能比较
显示技术 Micro-LED LCD OLED
技术类型 自发光 背光 自发光
亮度(nits) 5000 500 500
色域(NTSC) 140% 70% 110%
视角 大 较大 大
对比度 1,000,000:1 10,000:1 1,000,000:1
功耗 低 高 中等
响应时间 纳秒 毫秒 微秒
寿命 约为LCD的30-40% 高 约为LCD的60-80%
PPI >2000 800 500
厚度(mm) <0.05 >2.5 <1.5
在小间距LED显示技术中,Micro-LED采用的是1-10微米的LED晶体,实现0.05毫米或更小尺寸像素颗粒的显示屏;MiniLED(次毫米发光二极管)则是采用数十微米级的LED晶体,实现0.5-1.2毫米像素颗粒的显示屏;而小间距LED,采用的是亚毫米级LED晶体,最终实现1.0-2.0毫米像素颗粒显示屏。小间距LED显示屏是指LED点间距在P2.5(2.5毫米)及以下的LED显示屏。
 
点间距
1.一个像素点中心到另一个像素点中心的距离;
2.点间距越小,最短的观看距离就越小,观众距显示屏的距离可以越近;
3.点间距 = 尺寸 / 尺寸对应的分辨率。
 

2. Micro-LED 显示原理

 

(一)像素结构

Micro LED 显示一般采用成熟的多量子阱LED 芯片技术。以典型的InGaN 基LED 芯片为例,Micro LED 像素单元结构从 下往上依次为蓝宝石衬底层、25nm 的GaN 缓冲层、3μm 的N 型GaN 层、包含多周期量子阱(MQW)的有源层、0.25μm 的P 型 GaN 接触层、电流扩展层和P 型电极。像素单元加正向偏电压时,P 型GaN 接触层的空穴和 N 型 GaN 层的电子均向有源层迁移,在有源层电子和空穴发生电荷复合,复合后能量以发光形式释放。
 
与传统 LED 显示屏相比,Micro LED 具有两大特征,一是微缩化,其像素大小和像素间距从毫米级降低至微米级;二是矩阵化和集成化,其器件结构包括CMOS 工艺制备的LED 显示驱动电路和LED 矩阵阵列。
 

(二)阵列驱动

 
InGaN 基 Micro LED 的像素单元一般通过以下四个步骤制备:
第一步通过 ICP 刻蚀工艺,刻蚀沟槽至蓝宝石层,在外延片上隔离出分离的长条形GaN 平台。第二步在 GaN 平台上,通过 ICP 刻蚀,确立每个特定尺寸的像素单元。第三步通过剥离工艺, 在 P 型 GaN 接触层上制作 Ni/Au 电流扩展层。第四步通过热沉 积,在 N 型 GaN 层和 P 型 GaN 接触层上制作 Ti/Au 欧姆接触电极。
 
其中,每一列像素的阴极通过 N 型 GaN 层共阴极连接,每一行像素的阳极则有不同的驱动连接方式,其驱动方式主要包括被动选址驱动(Passive Matrix,简称 PM,又称无源寻址驱动)、主动选址驱动(Active Matrix,简称 AM,又称有源寻址驱动) 和半主动选址驱动三种方式。
 
图丨Micro-LED像素连接结构(来源:赛迪智库集成电路研究所)
 

(三)背板键合

从基板材质看,Micro LED 芯片和背板的键合的基材主要有PCB、玻璃和硅基。根据线宽、线距极限的不同,可以搭配不同的背板基材。
 
CMOS 工艺采用键合金属实现 LED 阵列与硅基 CMOS 驱动 背板的电学与物理连接。制作过程中,首先在 CMOS 驱动背板 中通过喷溅工艺热沉积和剥离工艺等形成功能层,再通过倒装焊 设备即可实现 LED 微显示阵列与驱动背板的对接。
 

3. Micro-LED 生产工艺流程

对于一个Micro-LED显示产品,它的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三部分。从目前Micro-LED主流技术路径来看,Micro-LED制造过程主要包括LED外延片生长、TFT驱动背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量转移四部分组成。
Micro-LED的外延关键技术包括三个:波长均匀性一致性、缺陷和Particle的控制、外延面积的有效利用。
Micro的芯片关键技术包括五个:Sub微米级的工艺线宽控制、芯片侧面漏电保护、衬底剥离技术(批量芯片转移)、阵列键合技术(阵列转移键合)、巨量测试技术。
其中的四个关键步骤尤为重要,包括:微缩制程技术、巨量转移技术、键结技术(Bonding)、彩色化方案,其中又以微缩制程与转移技术最为棘手。
Micro-LEDs VS LCDs and OLEDsLED液晶拼接屏老式灯LED液晶拼接屏发光原理间距

(一)核心工艺——芯片制备

 
与 LED 显示相同,Micro LED 芯片一般采用刻蚀和外延生长(Epitaxy,又称磊晶)的方式制备。
 
芯片制作流程主要包括以下几步。一是衬底制备,用有机溶剂和酸液清洗蓝宝石衬底后,采用干法刻蚀制备出图形化蓝宝石衬底。二是中间层制备,利用MOCVD 进行气相外延,在高温条件下分别进行 GaN 缓冲层、N型 GaN 层、多层量子阱、P 型 GaN 层生长制备。三是台阶刻蚀, 在外延片表面形成图形化光刻胶,之后利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)工艺刻蚀到 N 型 GaN 层。四是导电层制备,在样品表面溅射氧化铟锡(ITO)导电层,光刻形成图形化 ITO 导电层。五是绝缘层制备,利用等离子体增强化学的气相沉积法 (PECVD)沉积形成 SiO2 绝缘层,之后经光刻和湿法刻蚀。最后是电极制备,采用剥离法等方法制备出图形化光刻胶,电子束蒸 发 Au 后利用高压剥离机对光刻胶进行剥离。
 

(二)核心工艺——巨量转移

 
Micro LED 的薄膜转移主要有物理转移和化学转移两种方法:
物理转移方法主要包括以 LuxVue (2014年被苹果收购)为代表的静电吸附转移技术——利用静电作用力,将 Micro LED芯片吸附到基板上;
化学转移方法主要包括以 X-Celeprint 为代表的微转移打印技术[μTP 技术]——使用弹性印模(stamp)结合高精度运动控制打印头,通过控制打印头速度调整弹性印模和被转移Micro LED 芯片间的范德华力,有选择地拾取 Micro LED芯片并将其打印到目标基板上。
 
巨量移转技术为目前各大厂的专利布局重点,集中在静电吸附、范德华力转印、流体组装、激光剥离、电磁力/磁力、黏附层、真空吸附。
 

(三)核心工艺——键接技术

 
Micro-LED与TFT驱动背板的连接方式,主要研究方向有芯片焊接(chip bonding)、外延焊接(wafer bonding)和薄膜连接(thin film bonding)。
 

(四)核心工艺——彩色化方案

 
RGB-LED全彩显示显示原理主要是基于三原色(红、绿、蓝)调色基本原理。众所周知,RGB三原色经过一定的配比可以合成自然界中绝大部分色彩。同理,对红色-、绿色-、蓝色-LED,施以不同的电流即可控制其亮度值,从而实现三原色的组合,达到全彩色显示的效果,这是目前LED大屏幕所普遍采用的方法。
 

4. Micro-LED Challenges

 
Micro-LED 在生产上,面临着很高的设备成本以及竞争压力,需要一段时间的发展以及更好的效果产品呈现,才可以被市场更好的接受。在技术问题上,Micro-LEDs有着很多技术挑战,具体的技术难点可以总结为两个方面:
 
Micro-LED制备需将传统LED阵列化、微缩化后定址巨量转移到电路基板上,形成超小间距LED,以实现高分辨率。整个制程对转移过程要求极高,良率需达99.9999%,精度需控制在正负0.5μm内,难度极高,需要更加精细化的操作技术;
 
一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED,数量级大幅提高,需要新巨量转移技术满足这一要求。以一个4K电视为例,需要转移的晶粒就高达2400万颗(以4000 x 2000 x RGB三色计算),即使一次转移1万颗,也需要重复2400次。
 
 
Micro-LED 在作为显示器件的产品应用方面,从目前技术发展阶段看,Micro LED 在超大尺寸显示器市场成本优势并不明显,由于该技术更容易实现高像素密度,兼具发光效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,与其它显示技术相比在智能手表(手环)、虚拟现实显示等可穿戴设备领域的竞争优势明显。
表2. Micro-LED 各技术环节代表企业
芯片制备 巨量转移 Micro-LED 面板 终端
Glo X-celeprint mLED 京东方 苹果
三案 LuxVue Leti 群创 索尼
晶元 MikroMesa III-N LG 三星
镎创 ALLOS 镎创 友达 群创
 
在CES 2020上,三星、LG、TCL、SONY、康佳等都发布了其最新的MicroLED、QLED 8K和生活方式电视系列新品。据天风国际证券分析师郭明錤研究报告,Apple正在计划4–6款mini LED产品,这也会大大推动micro-LED 相关技术应用的布局发展。
 
目前,Micro-LED的量产仍有待推进,从目前来看,生产可行性和经济成本限制了其应用范围。但从长远来看,随着关键技术的突破,Micro LED 或将全面进入显示领域。Gartner 预测,2018年全球可穿戴市场规模有望达到 83 亿美元,因此也将带动 Micro LED 显示技术进入规模发展期。
 
同时,Micro LED 使用微米级的 LED 芯片,显示器件开口率可以非常小,从而有利于制作增强现实产品(AR)需要的透明显示器,发展透明显示将是未来 Micro LED 发展的重要方向之一。
13332995140