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    丁渊:MicroLED在中小尺寸显示的应用和挑战

      [  中关村在线 原创  ]   作者:杜钢   |  责编:杜钢

    12月12日,由中国光学光电子行业协会液晶分会、中国半导体照明/LED产业与应用联盟、中国电子材料行业协会、南京平板显示行业协会、台湾显示器产业联合总会五家行业协会联合主办,南京经济技术开发区管理委员会、中国半导体行业协会、中国光学光电子行业协会发光二极管显示应用分会、南京华东电子信息科技股份有限公司、国家平板显示工程技术研究中心共同协办,华夏幸福基业股份有限公司战略合作,上海舜联文化传播有限公司承办的“2019第三届中国(国际)Micro-LED显示高峰论坛”在中国南京隆重召开。

    丁渊:MicroLED在中小尺寸显示的应用和挑战
    天马微电子股份有限公司先进技术研究院总监丁渊

    各位业界专家同仁们,大家下午好。今天我报告的题目是Micro-LEDDisplay在中小尺寸显示的一个应用和挑战。报告分三个部分,

    我们先看第1部分,性能以及它的应用。相信大家对Micro-LED的性能已经达成了一个共识。目前来讲就是Micro的性能,从理论上来讲,无论是亮度、功耗、寿命以及它的响应速度等等,无疑都是最优的。但目前就两个问题,而且这两个问题也是非常限制其应用的两个问题,第1个就是成本,像康佳最近发布的118寸的超大显示,售价是168万,236寸更是高达888万。第2个,它的技术成熟度目前来说还是比较低的。当然技术成熟度也推高了成本。这里我要说明一下,我今天讲的Micro技术主要是针对TFT驱动的Micro,包括他的尺寸是在100微米以下的部分,除了显示器就光电性能之外,其实Micro-LED还有一些结构上的优势。大家可以看一下,首先就是超高的透明度。那么和透明的OLED相比,其实有三点,第1个就是它的发光区域可以做小。其实OLED他从技术角度来讲,你也可以把它做小,但是带来的问题就是它的OLED的器件的电流密度会非常高,那也就是会造成什么问题?寿命要么急剧降低,或者亮度大幅度下降。Micro没有这个问题的。第2个Micro的整个显示其实是非常简单,所以对于反射率透过率的优化非常容易。第3个就是我们知道OLED的器件,一般来说它是需要整面的阴极,封装层,那么它的透过率会比较低,反射率会比较高。如果要解决这个问题,我们一般采用的就是像阴极的图形化,还有再加上彩膜等等,所以它的结构会非常复杂。Micro同样也没有这个问题。总的来讲就是在高端的这种需要超高的透明度,包括高寿命、高亮度,Micro是非常合适的。第2个它的结构上优势就是无边框,像LCD,那么我们知道LCD要seal胶,否则液晶要露出来。那么对于OLED来讲,它需要Frit封装,柔性的就需要TFE封装。所以LCD和OLED的,它其实没有办法做到真正的无边框产品。

    Micro他本身是无机的,所以不需要特殊的封装,他是可以做到真正的无边框。像索尼、三星、康佳这些超大尺寸,其实利用的就是这个特点。刚才讲了Micro里有这么多的性能上的优势,包括结构上的优势,是不是意味着Micro-LED就可以取代LCD和OLED成为一个主流技术?并且在现阶段我们应该朝市场上的所有的主流应用去开发。下面我解举个简单例子,一台就是常规的70寸以下的家庭用的电视。高端的OLED的售价大概在2万左右。Micro-LED的手机一台基本上就要几十万甚至上百万。这一块你们会怎么选择呢?我看中的是Micro-LED低功耗,但是电视是插电源的高亮度,还是他的寿命,包括它的分辨率,OLED其实也在往8k、4k方向发展。所以这一系列的产品,这些性能其实都没有问题,都没有办法体现Micro的真正的优势。所以这不是我们最好的选择。未来到底什么样的应用,才是我们觉得合适Micro-LED未来的突破方向?在市场上首先得到应用和推广,下面我们看一下成本结构。LCD和OLED的,大家知道它的成本基本上就跟我的显示面积是成正比的。但是Micro-LED是不一样的,它是跟我的分辨率成正比。也就是说随着分辨率的不断上升,也就意味着我的成本是在几何倍数的上涨。转移良率其实也是同样的。大家可以想一想,OLED和LCD,基本上良率不会发生太大的变化,一般最多也是几个点的下降,但是对于Micro-LED来讲,基本上就是它的不良从几倍十几倍也是几何倍的上升。对于我们的制成难度可想而知,会大大增加我们的资金支撑难度。所以对于我们市场上的一些主流的像手机、PAD、macbook,这样的一些主流应用,基本上趋势都是在分辨率在不断的往上升的。像电视应用现在也在往8k、4k方向发展,那就意味着我基本上是要转移近1亿颗Micro-LED,而且消费品的市场,他对成本特别的敏感。所以不论从成本还是良率,还是整个技术难易度而言,主流消费品市场,其实并不是一个最好的选择。

    那么究竟什么才是适合Micro-LED的突破方向?这一块我们认为需要满足两点,第1个应用必须是追求超高性能的,也就是LCD和OLED的,它是无法达成的。第2个,这个市场本身对价格来说相对是不那么敏感的,像超大显示、电视墙这样的应用,其实就是符合这两点的。第1个无缝拼接LCD和OLED的做不了。第2个,它是商显,所以对这个价格就接受范围是比较广的。那么下面我介绍几个符合这两点的中小尺寸的一个显示应用。

    下面看一下首先推荐的就是车载应用,车载用里面推荐的有三个技术,一个就是柔性显示,柔性显示我们看中的是什么?第1个,高寿命、高亮度。对OLED的来讲,目前来说其实是有困难的。超高的显示的画质,这个对LCD来讲,目前来说还是难以实现的。第2个是透明显示,刚才已经介绍过了,未来透明和柔性结合起来的柔性透明也是一个非常好的应用。然后第3个就是中控的拼接显示,现在其实市场上已经有一些像液晶屏几块液晶屏拼起来的一些应用,未来我们可以利用Micro-LED的无缝拼接这个特点,实现更好的效果,甚至未来我们也可以实现标准化的模块,实现定制化的效果。下面看一下第2个应用,其实也是借鉴了超大显示屏概念,我们为什么不能往中小拼接去发展?现在其他的商业领域,我们看一下其他商业领域,其实少量定制化已经成为一个那趋势,像定制服装、家居定制等等。但是对于显示而言,显示的小量定制意味着什么?意味着昂贵的模具费用,特别是OLED的,而OLED的真空蒸镀的mask和模具尤其高昂。所以这一块基本上抑制了在显示界的它的小量定制化应用,未来我也可以利用Micro-LED来定义一些标准化的模块,实现像定制化的效果,就像我们小时候搭积木,玩乐高一样,这样就不需要昂贵的模具费用了。像左边这张图其实是一个实际的产品应用,是由一个很小的按钮的屏,然后拼接成的一个稍微大一点的。其实客户还在追求,现在用的不是Micro-LED的技术,未来客户还在追求像高亮度、高寿命、无缝拼接的一些技术方案。无疑Micro-LED是合适的。另外右边其实可以看一下,其实就是两块,也就是两个标准化的模块,然后拼成了一个logo显示,这个对于未来来说,其实想象空间还是非常大的。第3个其实也是一个非常有意思的应用,这个应用可以称它为组合型的应用。那么适合对于局部显示而言,它是需要超高性能的这种应用场合。大家知道我们现在近几年全面凭发展是不是特别快?从18:9到留海屏,到现在的挖孔平,未来如果要实现真正的全面屏显示,就像我们现在就在开发屏下camera(相机)的技术,这个很好理解,如果要实现屏下camera,那就意味着在camera的正上方,我需要显示屏这一块是要有超高的透明度,Micro是非常合适的。另外一个这一个区域本身也比较小,所以它的分辨率不高。从成本制作各方面来讲,其实是没有多大障碍和挑战的。那么大家可以看一下,从左图,其实我们可以用一个柔性的、无边框的透明的Micro的显示屏,然后覆盖在带knowledge的LCD和OLED得的正上方,然后把它拼接显示而成,就可以实现这个功能。那和我们目前在开发的纯的OLED的评价camera技术相比,有三方面的特点。第1个,高透明度就不用解释。第2个,因为这块屏其实非常小,所以对电阻这方面的要求很低。我们可以采用透明电极来优化衍射效果。第3个本身Micro-LED又是高量的高寿命的,所以完全可以解决OLED的在局部这一块电流密度过高引起的烧瓶问题。所以总的来讲显示性的而言,肯定是比较好的。未来我们应该还能发现更多这类组合型的应用显示。

    总结一下led。总的来讲,Micro显示,目前如果是针对主流的这种追求高分辨率,然后对价格敏感的消费品市场,其实我们认为目前来说是障碍比较大的,主要比较合适的突破点就是一个车载的柔性显示,一个透明显示,还有中控的中小型的拼接定制化组合型的显示应用。另外这里可能还要重点讲一下就是手表,也是消费品类的。那么手表这一块本身它的ppi分辨率其实是比较低的,所以从它的成本也好,它的制成也好,障碍没有那么大,而且像高亮进而阳光下可见,还有低功耗,这又是我们非常关注的产品性能。所以看上去这是一个非常好的应用,但是目前来讲,其实还有一些主要背板上的问题。一个我们目前的驱动,还是不能发挥Micro的真正的优势。另外一个像手表应用,像三星还有苹果,目前已经开发出来,采用ITPO技术可以实现一赫兹的驱动。未来如果Micro要做手表,这一部分是必须能够实现的,也就是你必须开发出来一赫兹的PWM的驱动方式。前面主要介绍了一个Micro-LED的性能和应用,下面就简单谈一下它的挑战。对于TFT型的Micro-LED显示而言,主要有三部分组成。第1个就是Microchip如何小型化,然后提高Micro的发光效率,以及解决目前的亮度色度、均薪问题,这是未来重点需要克服的。第2个就是我们的驱动背板,就开发思路,如何适合迈克尔的这群驱动电路,以及还有实现就中小拼接的无边框的背板技术。因为对于中小而言,它的ppi就要求比较高了,所以这一块其实技术上还是有难度的。第3个就是对高温环境下的一个散热设计,以及全才的结构等等,这都是我们未来需要去往这个方向去开发的。第3个就是将我们的芯片,然后帮顶到我们的TFT基本上的巨量转移技术,这也是Micro地显示的一个核心技术。未来如何一次bargain,更多的Micro芯片,然后更大的面积,而且几乎接近于100%的良率,同时也有相应的一个检测修复的资产,这个也是未来需要重点开发和提升的。转型技术表上就列了目前来说6种比较有代表性的转移技术,大家都有各自优缺点,这里也就不多说了,也许未来还会出现新的转移技术,来解决目前的转移效率、良率等问题。也有可能是这些转移技术相互组合,发挥各自的优点。下面转移良率这一块,就是我们目标良率肯定是要达到6个9。现在现阶段来讲,确实是有困难,所以在中短期内我们还是可以通过冗余设计的方式,即使是现在99.9%的良率,通过一个像素帮两颗Led,实现6个9的良率目标。但是从长远来看,我们还是需要去克服和实现的。

    下面彩色化的结构部分前面讲的也比较多了,总体来讲,就目前来讲还是以RGB,我们的錼创合作,也是RGB分三次转运。转移次数相对也比较多。另外一个刚才院士也讲,红色LED的效率也比较差。所以我们也是认为高端dota像量子点这种波长转换技术,也是未来的一个重要的方向可以解决红色效率差的问题,同时我的转移次数也可以大幅度降低,只要转移单一蓝色的LED,如果靠他们dota的性能稳定的话,也可以解决RGB的色温飘问题。下面就谈一谈驱动。驱动的话就是我们现在拿OLED的驱动来点Micro-led,点亮是没有问题的,但是没有办法发挥Micro-led真正的它的低功耗的特性。原理的话,大家可以看一下这张图,OLED的你看OLED的绿线的部分,我们一般驱动OLED的话,一般都是LAND的量级,随着OLED的电流的不断提升,其实它的光效基本上是不变的。所以我可以通过电流来进行调光,也就是低电流低灰阶,我用低电流高灰阶就用高电流。但是对于Micro-LED不行,目前来说backearly还有subwayeffect,也就是侧壁效应,它的低电流下它的光效是非常糟糕的。如果我用OLED的驱动方式来驱动它,其实它的功耗会比OLED的还要高很多。比较合适的驱动方法,就是PWM,就是脉宽调制的方式,也就是我让Micro-LED一直处在高电流就是特别高的光效下面进行驱动,一般驱动电流在微安级以上,那么通过一帧里面发光的时间的占比来进行亮度的调节,这样即使在低灰阶下,也可以让Micro-LED处在非常高的一个发光效率这个也是我们背板未来需要重点去克服的一个部分.

    接下来介绍一下进展,其实图片应该也看到很多我们和我们的合作伙伴錼创一块开发的一个7.56寸的透明显示屏,那也是参考前面我们的解析,所以我们觉得透明是一个非常好的方向,也在SID上获得了大奖。目前而言,我们Micro-LED的尺寸还是15x30微米的。未来随着Micro-LED的尺寸进一步降低,另外也对我们驱动电路做一些优化。我们现在已经有一些方案,可以把60%的透明度进一步提升,而且可以提升不少谈到Micro-LED的规划,要介绍一下天马。天马的显示业务,天马主要聚焦在中小显示上,主要有两大业务,一个就是以手机为代表的消费品业务,还有一个就是车载显示,那么这几年天马在车载显示上也取得了非常大的一个进展。像今年车载TFT的出货总量是超过了友达群创,还有夏普,从大陆第1成为了国内第一。车载出货全球就是仅次于京东方和LGD。平均来讲,全球每5台车就有一台采用的是天马屏。所以未来在Micro-LED显示方面,天马主要以车载为主轴进行开发,主要聚焦在像柔性Micro-LED的显示,然后透明显示,还有中控的拼接显示等等。相信未来,通过Micro-LED区别于LCD和OLED的性能,在未来的车载显示,在未来的5g还有自动驾驶时代,能够给我们带来更多的科技感,还有更棒的体验。最后就是一个总结部分,因为基本上都已经讲过了,这个就不多说了,那总的来讲,目前Micro-LED经过这几年,就特别是TFT基本的显示技术的开发。经过这几年努力,实现了从概念到产品展示这个阶段,也就是证明这个技术可行了。但是离量产其实还有非常大距离,这也需要Micro-LED厂家和我们面板厂家一起努力克服像Micro的芯片,基片等所有的这些问题。

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