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2020/09/04

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【2020广州国际照明展览会】μLED兴起,资深专家李熹霖老师解读行业新机遇

2020广州国际照明展览会于2020年9月30-10月3日在中国进出口商品交易会展馆举行,邀您关注广州国际照明展览会今日资讯:

  正当行业热衷于Mini/Micro LED产品之际,一种名为μLED的新兴介质正在迅速崛起,因其具有高色彩、高亮度、低能耗的效果而受到人们广泛关注,预计未来两到三年时间内,将会出现全新的显示产业格局,针对于此,李熹霖老师作为LED显示应用行业资深技术专家,长期致力于LED显示应用行业的技术发展与进步,虽已至耄耋之年,仍孜孜关注LED显示行业事业发展,其行可佩,其情可感!以下是李熹霖老师就μLED新兴介质的起源、技术突破以及发展前景的一些见解,特投稿本刊,希望以此启发行业同仁思考!

  µLED改变了显示产业的格局

  自从GaN基蓝光LED问世以后,LED就成为显示产品中的佼佼者,和LCD和PDP一起很快取代了CRT,使显示器进入平板显示的时代。而LCD、LED、PDP三足鼎立的时间也并不长,很快LCD一举胜出,在平板显示中雄踞龙头位置二十余年。一度被看好的、国家也投了巨资的PDP首先被淘汰出局,LED则由于它在大屏幕高亮度方面的独特优势,守住了自己的一方领地,主要被用于公众信息的发布以及商业广告媒体。LCD的胜出不是偶然的,是它自身固有的一些特点和众多科学家和企业始终不懈的研究开发、不断改善的结果。其中解决一个又一个问题,克服一个又一个技术难关,从第一代到8.5代,就是人类探索精神和艰苦努力的成果。如今LCD电视机占据了90%以上的家庭,台式和便携式电脑,手机的绝大部分,各种各样设备的人机界面几乎全部是LCD的天下。

  但是现在这个局面正在发生变化。5G+时代,µLED,OLED等新兴介质正在迅速崛起,吸引了业界人士和企业家的重视。未来的两三年内,将会出现新时代显示的全新格局。对于Micro LED显示的研究从本世纪初就开始了。LED的自发光、高亮度、快速响应、全固态以及长工作寿命的优势,令所有追求更好的显示器/屏的人们为之倾倒。  

2020广州国际照明展览会

  对于作为人机界面的显示器/屏,核心的需求是能把客观的场景和主观构思设想的场景真实的呈现出来,使受众有临场感沉浸感舒适感和多媒体的感受。用技术指标和标准了表达就是包括如下的这些;

  *分辨率4k(3840*2160),8K(7860*4320)在AR中也有提出16K的

  *色域;符合ITU-R BT.709和SMPIE RP177

  *刷新率120Hz以上

  *灰度12位以上

  *对比度足够高,例如Sony黑彩晶可达100000:1

  *亮度的表现和范围大幅度扩大,更接近于现实的亮度表现。

  *支持HDR。现有的标准包括HLG,HDR10和DolbyVision(杜比视界)

  *此外,对应于不同的用途还要具有特殊的性能,例如对于AR/VR和HUD要求像素间距小到微米量级。各种便携式和可穿戴设备会要求柔性显示,还有支持裸眼3D显示,等等

  *降低功耗成为至关重要的要求。各类移动设备的续航时间具有决定性的意义。在这个方面µLED具有无可争议的优势。

  综上所述,智能手机出现以后局面发生飞跃性变化,随著5G的发展更展现出无穷的应用空间。新一代显示革命潮流已经到来。LED显示从传统大屏幕显示扩展到小间距和甚小间距和微间距,改变为µLED显示涵盖传统大屏幕。如今µLED应用的竞争的主战场是微小型显示,可拼接的LED显示屏的市场容量和技术含量方面都远不如微小型µLED显示器。形象一点说就是,µLED把三十年历史的LED显示“颠倒”过来,统一起来了。

  二、µLED主要关键技术的开发和研究已经取得重大突破,技术已经臻于成熟

  (1)巨量转移和装配技术

  巨量转移从本世纪初提出。由于传统的真空吸附法只能达到60µm无法满足µLED的要求。因此受到各方面的关注。从2010年起开始陆续推出研发成果。经过10年的发展,现在已经臻于完善,形成五大技术路线。

  1)精准抓取技术Stamp pick & place,根据其利用来抓取和转移的力,可分为三种

  电力——采用具有双极结构的转移头,抓取和转移过程中分别加正负电压美国LuxVue公司研发,该公司于2014年被苹果公司并购。并引起巨大的影响。

  范德瓦尔力——采用高精度打印头进行以PDMS为弹性印模的高速抓取和转移。印模让µLED粘附在转移头上,然后打印到目标衬底的预定位置上。该技术是美国X-Celeprint公司开发成功,从X-Celeprint公司拆分出来的X-Display(XDC)公司拥有X-Celeprint的全部知识产权,今年二月该公司获得达科公司的巨额投资。XDC还采用了在线测试和冗余设计,据该公司总经理鲍尔先生在第一届世界显示产业大会上介绍,在用户平台上良率达到99.99%,在生产线上可望更高。

  磁力——利用磁力原理,在LED器件中混入铁钴镍等材料,在抓取的时候,利用电磁力控制,达到转移的目的。ITRI和PlayNitride在这方面做了大量工作。

  2)选择性释放技术Selective release——图案化激光剥离。英国Unigarta公司采用LEAP(LaserEnabledAdvancedPlacement)技术,通过激光束对源基底的快速扫描让其直接脱离源基板集成到目标基板上。QMAT公司则利用BAR(Beam AddrecessRelease),使用准分子激光照射在生长界面上的GaN薄片下,分离出模具大小的区域,将µLED从原始基板快速大规模转移到目标基板。几天前日本东丽工程株式会社宣布研发成功运用激光实现µLED巨量转移达到每小时3600万颗µLED,同时保证精度和良率。

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  3)自组装技术Self-assembly——利用流体的力量,让LED落入做好的特殊结构中,达到自组装的效果。eLux和SelfArray拥有这种方法的专利。

  4)辊印转移技术Roll to Roll,——将两个需要键合的阵列转移到目标基板上。成为有源阵列LED显示器。该技术是韩国机械与材料研究所(KIMM)研发成功的。

  5)微型机电系统。MEMS——与前面四类都属于薄膜(thin film)转移和焊接键合不同,SONY公司的黑彩晶转移的是LED芯片chip bonding,并且把这些芯片与驱动电路IC焊接成显示模组。这些模组可以无缝拼接成显示屏,Sony黑彩晶可以拼接成为最大832吋8K的超级大屏幕。类似的还有三星公司的The Wall,我国深圳雷曼光电也是这种技术的佼佼者。

  此外,还有Cooledge、Vuereal、Innovasonic、ROHINNI、Optivate、SelfArray等公司。都发布有关巨量转移的研发成果。

  (2)µLED全色化实现,也是备受关注的问题。

  在尺寸小于10微米的子像素实现真全彩色,也是一个尖端的难题。经过各方的努力,这个问题也已经解决。全彩色化的基本方法有三种:

  1)用蓝光µLED激发红色和绿色的荧光粉,发出红光R和绿光G或用紫外光激发RGB三色光。这种方法的缺点是荧光粉要吸收部分能量,降低了效率而且在很小的尺寸上涂布荧光粉很难均匀

  2)利用量子点QD,即由蓝光µLED激发红色和绿色QDLED,这种方法的RGB光的色纯度和饱和度,都优于荧光粉

  3)使用真三色µLED即三个子像素使用三色µLED组成。由于蓝绿管与红色管结构的不同,即蓝绿色LED的引出线在发光层的一侧,而红色LED的引出线在其两侧,不可避免的会造成一定程度的遮挡和反射,影响了出光效率。Si衬底µLED有望解决这一难题。

  (3)对于µLED衬底的研究。

  自从日亚化学中村修二在蓝宝石衬底上实现了GaN基以后以蓝宝石为衬底的蓝绿色µLED已经成了经典方法,中村为解决蓝宝石不导电和晶格系数失配,采取了很多办法,中村因此获得2012年诺贝尔物理奖(与别人分享)。日亚随后又在其基础上不断改进,其光电效率有了大幅度提高。现在用于显示的LED,绝大多数是蓝宝石衬底的。美国Cree公司在日亚之后,推出以SiC衬底的蓝绿色LED目前保持最高的电光转换率的记录。在半导体照明中有很大的优势。Cree的专利技术产品,尚未见到有别的厂商有SiC衬底的产品。第三种是以Si为衬底,我国南昌大学江风益院士团队在这方面的研究居于世界领先地位,被誉为中国路线,随着微小型µLED显示器的出现,Si衬底µLED可以和驱动IC集成在一起的特点具有其他衬底不可比拟的优势。瑞典隆德大学萨谬尔森院士和Glo公司合作推出的纳米线µLED,同属这一类型。在纳米线中通过调整掺入的In的不同,可以得到从紫外到红外的全光谱颜色的µLED。Glo公司已获得欧司朗公司的大量投资。

  三、时间紧迫,我们准备好了吗?

  µLED对于新一代显示的巨大影响已经成为全世界科学家和有眼光的企业家的共识。其制造中的难点即巨量转移和安装,像素全彩色,以及与驱动电路的焊接键合问题都已经突破,可以说µLED应用的大门已经打开,尽管还有一些公司宣布推出更优越的巨量转移方法,如台湾Mikro Mesa Technology(MMT)宣布能转移尺寸小到3um的µLED,但是笔者认为,作为一个新技术革命的阶段,技术供应商的阶段已经结束,现在开始产品(设备)供应商的阶段了。也就是到了要花力气去研究开发利用µLED做出产品提供给用户的阶段了。而这个阶段留给我们的时间很少了。 

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  笔者非常赞同一些专家提出的,2022年将是以µLED为特色的产品市场的爆发期,大量的以µLED为核心的产品百花齐放,异军突起。令人目不暇接。这将是一片广阔的蓝海。

  在人类科学发展的历史上,这样的事情屡见不鲜。我们经历的也不少。比如互联网,最初,只是美国军方的计算机互联共享,没有人想像不久后成了普通人生活中必不可少的一部分。而互联网应用的具体产品,就看应用供应商的远见卓识和创造性思维了。

  总之一句话,从关键技术突破到推出一个让人眼睛一亮的产品,还有一段相当长的路要走。需要有战略眼光,创新思维,还要有脚踏实地埋头苦干的精神,砥砺前行,厚积薄发。特别是企业的董事长总经理,要定方向,筹资金,建队伍,把握全局,力争站在竞争的前列。立于不败之地。

  放眼看各国知名显示器/屏厂商和有志于此的公司,都在积极进行布局。让我们不免有一种紧迫感。

  最先采取行动的是苹果公司,它在2014年就出巨资收购了当时还不知名的LuxVue公司,向世界宣告将会在手机和平板电脑上使用µLED,取代现在的LCD和OLED,摆脱对日韩的依赖,从而引起轰动,不久前苹果推出µLED微型手表iWatch,是首个µLED产品,标志着µLED开始在可穿戴设备上的应用。类似的情况发生在今年二月,达科公司向XDC公司大量投资,这个我们在市场上的最强劲的对手的动向不能不引起我们的关注。日本的Sony已经完成µLED拼接大屏幕的市场化,最大可实现820"8K超高清视频,Sony凭借其过硬的产品质量和视像领域的龙头老大地位,产品价格比同行高出一截。韩国三星的The Wall也已推出有特殊创意的µLED拼接大屏,其尺寸自由,宽高比自由,分辨率自由,从72”2K到292”8K。用户可以用它作为家庭影院,也可以是一幅画,或者是最适合心境的色彩的一面墙。三星还着力在效果上下功夫,新近在首尔街头展示巨浪翻滚的场面,据说非常逼真震撼。LG则推出µLED透明屏和双面屏。韩国公司的特点是和大学有密切的合作。此外,我国台湾地区的厂商在工研院的指导帮助下也非常活跃。新兴的MikroMesa Technology(MMT)公司和中电熊猫已经联手,目标是两年后推出3um产品。美国Rohinni公司与京东方合作,成立Micro LED合资公司。可以肯定,他们特有的技术专利都会用作合作的重要投入……

  熟悉显示/屏的人都知道,要进行µLED显示器/屏规模生产,需要做许多工作,要将三种主要的不同技术和供应链结合在一起:即µLED制造、背板制造、MicroLED芯片转移和组装。还有最后的总装和检测等等。与典型的显示/屏相比,供应链复杂且冗长。每个流程都至关重要,有效管理每个方面都是一项挑战。一句话,从关键技术突破到形成规模生产,还有很长的路要走。

  然而时不我待。机会是留给有准备的人,迟疑和犹豫不决会坐失良机。在激烈的竞争前面,唯有砥砺前行,厚积薄发,勇攀高峰。这也是中国LED显示产业人的传统作风。

  笔者非常欣慰看到国内业界许多有眼光有雄心的企业家和企业,已经在这方面采取行动并且取得重大进展。

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  在小间距显示屏上做出开创性贡献的北京利亚德公司,与台湾晶电联手在无锡合作建立µLED厂,宣告利亚德将从µLED的芯片源头开发产品。

  深圳雷曼光电在COB取得成功之后,高歌猛进,在µLED/Mini LED显示屏应用方面又推出许多优秀的产品,并向会议和互动交流平台方面发展。

  长春希达稳扎稳打,在正装COB和倒装COB方面进行了系列性开发。目前,他们拥有的有关µLED巨量转移和COB的专利在国内同行中名列前茅。

  深圳木林森公司与江风益院士团队江西硅基半导体公司签约建立战略伙伴关系。

  深圳洲明公司参加由中科院半导体所牵头的“高光效长寿命半导体照明关键技术与产业化”科研项目,荣获2019年年度国家科技进步一等奖。

  笔者希望有更多的企业,在µLED新一代显示中取得优异的成就。为中国LED产业再铸辉煌。

  同时笔者也感觉到,在业界还有一些亟待解决的现象。值得我们深思。不揣冒昧,提出了与各位商讨。为此提出个人思考的结果,望与行业同仁商讨。

  这个问题就是对于我国LED显示应用行业协会旗下的企业关于专业化,渠道化和工程商的商榷。

  Micro LED显示器的起步和发展过程,明显地看到,这块广阔的蓝海正酝酿着一场激烈的竞争,领先的都是实力雄厚的知名厂商,和异军突起的创业公司。可以说强者必有神器。笔者认为这是普遍的规律。很可惜的是,我国LED显示应用产业的发展历程中。大多数企业都是缺乏这种敢为人先,独占鳌头的精神,很多企业都想用最小的付出获得最大的利益。都想赚快钱。结果适得其反。为什么我们的产品总是陷入同质化价格竞争的境地。与这种思路有关。任正非不同意完全自主知识产权的提法,是有道理的。知识产权必须拥有,但不可能是完全自主的。也没有必要完全自主,可以购买专利使用权并且在其基础上深入一步,产生有自己特点的技术,同样可以傲视群芳。

  粗略地说,在我国LED显示和应用产业发展中专业化是从灵星雨开始的,灵星雨控制器的出现,使得社会公众对LED显示屏的神秘感消除,认知度大大提高,从而LED显示屏很快的普及和被接受了,这是功不可没的。但是通用控制器(他的技术含量是相当高的)以后,很快发展到厂家专门生产模组和箱体,再进一步发展企业专做OEM和ODM,还有专业施工公司。形成颇有特色的供应链。这种局面的结果,人人会做人人能做,许多对LED显示屏一无所知的人,只要有办法拿到项目,都可以通过买硬件和软件,做出符合用户需要的显示屏来。而且价格很低。手工作坊和皮包公司的价格当然是正规企业无法抗衡的。其结果就是整个行业陷于同质化拼价格,微利的状态中。始终没有产生有特色的企业,尽管我们成为世界LED的生产基地。却没有像Sony,达科那样的企业,更谈不上像华为那样伟大的公司。不能不说是一件遗憾的事。值得行业同仁和掌门人深思。

文章来源:慧聪LED屏网


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