หลักการและการแนะนำเทคโนโลยี Micro LED

Micro LED เป็นเทคโนโลยีการแสดงผลรุ่นใหม่ที่สว่างและสว่างกว่าเทคโนโลยี OLED ที่มีอยู่ แต่ใช้พลังงานน้อยกว่า ในเดือนพฤษภาคม 2560 Apple ได้เริ่มพัฒนาเทคโนโลยีการแสดงผลรุ่นใหม่ ในเดือนกุมภาพันธ์ 2018 Samsung ได้เปิดตัว Micro LED TV ที่งาน CES 2018

คุณสมบัติไมโคร LED

Micro LEDs สว่างกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าเทคโนโลยี OLED ที่มีอยู่ แต่กินไฟน้อยกว่า คุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมของ MicroLED จะพร้อมใช้งานบนทีวี iPhone และ iPad

ประวัติไมโคร LED

เมื่อพูดถึง Micro LED เราต้องเริ่มต้นด้วยการใช้โมดูลจอแสดงผล TFT-LCD backlight เมื่อ TFT-LCD เริ่มเฟื่องฟูในปี 1990 ผู้ผลิตบางรายใช้ LED เป็นแบ็คไลท์เนื่องจากมีความอิ่มตัวของสีสูง การประหยัดพลังงาน และความบาง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น ค่าใช้จ่ายสูง การกระจายความร้อนต่ำ และประสิทธิภาพของโฟโตอิเล็กทริกต่ำ จึงไม่มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์ TFT-LCD

จนถึงปี 2000 กระบวนการ ประสิทธิภาพ และต้นทุนของเทคโนโลยี LED สีขาวพร้อมชิป LED แสงสีน้ำเงินที่กระตุ้นสารเรืองแสงเริ่มเติบโต เมื่อเข้าสู่ปี 2008 โมดูลไฟแบ็คไลท์ LED สีขาวมีการเติบโตอย่างรวดเร็ว ซึ่งเกือบจะแทนที่ CCFL ในเวลาไม่กี่ปี ฟิลด์แอปพลิเคชันขยายจากโทรศัพท์มือถือ คอมพิวเตอร์แท็บเล็ต จอภาพเดสก์ท็อปไปยังทีวี และอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากหลักการในการแสดงผลแบบไม่มี-ตัวเอง-การส่องสว่างของ TFT-LCD การส่งผ่านเซลล์แบบเปิดจึงอยู่ที่ประมาณ 7 เปอร์เซ็นต์หรือน้อยกว่า ส่งผลให้ประสิทธิภาพโฟโตอิเล็กทริกของ TFT ต่ำ{{4 }}จอแอลซีดี; และความอิ่มตัวของสีจาก LED สีขาวก็ยังไม่ดีเท่ากับ - LED หลักสาม- , ผลิตภัณฑ์ TFT-LCD ส่วนใหญ่มี NTSC เพียง 72 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น นอกจากนี้ ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้ง ความสว่างของ TFT-LCD ไม่สามารถเพิ่มเป็นมากกว่า 1000nits ได้ ส่งผลให้มีการจดจำภาพและสีต่ำ ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่สำคัญของแอปพลิเคชัน ดังนั้นเทคโนโลยีอื่นของจอแสดงผล LED หรือ Micro LED Display ที่ใช้ไฟ LED สีหลักสามดวงโดยตรงเป็นพิกเซลจุดแสดงการส่องสว่างในตัวเอง-ก็อยู่ระหว่างการพัฒนาเช่นกัน

หลักการของเทคโนโลยีไมโคร LED

หลักการแสดงผลของ Micro LED Display คือทำให้การออกแบบโครงสร้าง LED บาง ย่อขนาด และจัดเรียง และมีขนาดเพียงประมาณ 1 ~ 10 μm จากนั้นไมโคร LED จะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวของวงจรเป็นชุด ๆ และพื้นผิวสามารถแข็ง นุ่ม มันเป็นพื้นผิวที่โปร่งใสและทึบแสงที่มีคุณสมบัติที่ดี จากนั้นจึงใช้กระบวนการสะสมทางกายภาพเพื่อทำให้ชั้นป้องกันและอิเล็กโทรดด้านบนสมบูรณ์ จากนั้นจึงบรรจุพื้นผิวด้านบนเพื่อให้จอแสดงผล MicroLED มีโครงสร้างที่เรียบง่าย

ในการสร้างจอแสดงผล พื้นผิวของแผ่นเวเฟอร์ต้องทำเป็นโครงสร้างอาร์เรย์ เช่น จอแสดงผล LED และแต่ละจุดพิกเซลจะต้องระบุตำแหน่งและควบคุมได้ และขับเคลื่อนทีละจุดเพื่อให้สว่างขึ้น หากขับเคลื่อนด้วยวงจรเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม จะเป็นโครงสร้างการขับเคลื่อนการกำหนดแอดเดรสที่ใช้งานอยู่ และเทคโนโลยีการบรรจุหีบห่อสามารถส่งผ่านระหว่างชิป Micro LED array กับ CMOS ได้

หลังจากการวางเสร็จสิ้น Micro LED สามารถปรับปรุงความสว่างและคอนทราสต์ได้โดยการรวมอาร์เรย์ไมโครเลนส์ อาร์เรย์ Micro LED เชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดบวกและลบของ Micro LED แต่ละอันผ่านอิเล็กโทรดกริดบวกและลบที่เซในแนวตั้ง อิเล็กโทรดจะได้รับพลังงานตามลำดับ และไฟ LED ขนาดเล็กจะสว่างโดยการสแกนเพื่อแสดงภาพ

โครงสร้างทั่วไปของ Micro LED คือ - PN junction diode ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างพลังงานโดยตรง เมื่อมีการใส่อคติไปข้างหน้ากับอิเล็กโทรดบนและล่างของ Micro LED ทำให้กระแสไหลผ่าน อิเล็กตรอนและรูจะรวมตัวกันใหม่ในบริเวณที่ทำงานอยู่ ปล่อยแสงสีเดียว FWHM ของความยาวคลื่นที่โดดเด่นของสเปกตรัม Micro LED อยู่ที่ประมาณ 20 นาโนเมตร ซึ่งสามารถให้ความอิ่มตัวของสีที่สูงมาก ซึ่งมักจะถึง 120 เปอร์เซ็นต์ NTSC

และตั้งแต่ปี 2008 ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริก LED ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และมากกว่า 100lm/W ได้กลายเป็นมาตรฐานการผลิตจำนวนมาก ดังนั้น สำหรับการใช้งานจอแสดงผล Micro LED เนื่องจาก-ลักษณะการแสดงผลที่ส่องสว่างในตัวของมันเอง ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่ายซึ่งแทบไม่มีแสงเลย-ส่วนประกอบที่กินไฟ การออกแบบจอแสดงผลที่ใช้พลังงานต่ำหรือความสว่างสูงสามารถ รับรู้ได้ง่าย

นี้สามารถแก้ปัญหาหลักสองประการของแอปพลิเคชันการแสดงผลปัจจุบัน หนึ่งคือมากกว่า 80 เปอร์เซ็นต์ของการใช้พลังงานของอุปกรณ์สวมใส่ โทรศัพท์มือถือ แท็บเล็ต และอุปกรณ์อื่นๆ บนจอแสดงผล และเทคโนโลยีการแสดงผลที่ต่ำ-สามารถให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น ประการที่สองคือแสงโดยรอบ ปัญหาคือภาพบนจอแสดงผลเป็นสีขาวและการจดจำได้ไม่ดี และเทคโนโลยีการแสดงผลที่มีความสว่าง-สูงทำให้ช่วงการใช้งานกว้างขึ้น

ข้อดีของไมโคร LED

ความสว่างสูง ใช้พลังงานต่ำ ความละเอียดสูงพิเศษ-และความอิ่มตัวของสี ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ Micro LED มาจากคุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุด นั่นคือระยะพิทช์ระดับไมครอน- แต่ละพิกเซลสามารถระบุและควบคุม และขับเคลื่อนเพื่อเปล่งแสงที่จุดเดียว เมื่อเทียบกับหลอด LED อื่นๆ ในแง่ของประสิทธิภาพการส่องสว่าง Micro LED เป็นค่าสูงสุดในปัจจุบัน และยังคงมีพื้นที่สำหรับการปรับปรุงที่สำคัญ ในแง่ของความหนาแน่นของพลังงานส่องสว่าง Micro LED ก็สูงที่สุดเช่นกันและยังคงมีพื้นที่สำหรับการปรับปรุง อดีตเอื้อต่อการประหยัดพลังงานของอุปกรณ์แสดงผล และการใช้พลังงานประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของ LCD และ 50 เปอร์เซ็นต์ของ OLED; อย่างหลังสามารถประหยัดพื้นที่พื้นผิวที่จำกัดของอุปกรณ์แสดงผลและปรับใช้เซ็นเซอร์ได้มากขึ้น ผลทางทฤษฎีในปัจจุบันคือ LED ขนาดเล็กเมื่อเทียบกับ OLED เพื่อให้ได้ความสว่างหน้าจอเท่ากัน ต้องใช้พื้นที่เคลือบเพียง 10 เปอร์เซ็นต์ของส่วนหลังเท่านั้น เมื่อเทียบกับ OLED ซึ่งเป็นจอแสดงผลส่องสว่างในตัว-เช่นกัน ความสว่างจะสูงขึ้น 30 เท่า และความละเอียดสามารถเข้าถึง 1500PPI (ความหนาแน่นของพิกเซล) ซึ่งเทียบเท่ากับ 300PPI ที่ Apple Watch ใช้ 5 เท่า

อายุยืน. เนื่องจาก LED ขนาดเล็กใช้วัสดุอนินทรีย์ และมีโครงสร้างที่เรียบง่าย จึงแทบไม่สิ้นเปลืองแสงเลย และอายุการใช้งานยาวนานมาก จุดนี้เทียบไม่ได้กับ OLED ในฐานะที่เป็นวัสดุอินทรีย์และสารอินทรีย์ OLED มีข้อบกพร่องโดยธรรมชาติ กล่าวคือ อายุการใช้งานและความเสถียร และเป็นการยากที่จะเปรียบเทียบกับ QLED และ MICROLED ของวัสดุอนินทรีย์

มีพื้นที่มากมายสำหรับการลดต้นทุน ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการฉายภาพแบบไมโคร-ใช้เทคโนโลยีสามอย่างเป็นหลัก: การประมวลผลแสงดิจิทัล (DLP) จอภาพคริสตัลเหลวสะท้อนแสงบนพื้นผิวซิลิกอน (LiquidCrystalonSilicon, LCoS) และการสแกน MEMS (การสแกน MEMS) แต่ทั้งสามสิ่งนี้ เทคโนโลยีต้องใช้ภายนอก แหล่งกำเนิดแสงทำให้ยากต่อการลดปริมาณของโมดูลเพิ่มเติมและค่าใช้จ่ายก็สูงเช่นกัน ในทางตรงกันข้าม ไมโครดิสเพลย์ไมโคร LED ที่ให้แสงสว่างเอง-ไม่จำเป็นต้องมีแหล่งกำเนิดแสงภายนอก และระบบออปติคัลนั้นง่ายกว่า ดังนั้นจึงมีข้อดีในการย่อขนาดโมดูลและลดต้นทุน

แอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย Micro LED แก้ปัญหาสำคัญหลายประการ หนึ่งคือ 80 เปอร์เซ็นต์ของการใช้พลังงานของแท็บเล็ตสำหรับผู้บริโภค รวมถึงสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์สวมใส่ได้แสดงอยู่บนจอแสดงผล จอแสดงผล Micro LED ที่สิ้นเปลืองพลังงานน้อยจะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ได้อย่างมาก สำหรับการใช้งานจอแสดงผล Micro LED เนื่องจาก-ลักษณะการแสดงผลที่ส่องสว่างในตัวของมันเอง รวมกับโครงสร้างที่เรียบง่ายซึ่งแทบไม่มีแสง-ส่วนประกอบที่กินไฟ จึงสามารถรับรู้พลังงานต่ำ-กำลังสูงหรือสูงได้อย่างง่ายดาย -การออกแบบจอแสดงผลความสว่าง ประการที่สอง แสงรอบข้างที่รุนแรงทำให้ภาพบนจอแสดงผลเป็นสีขาวและระดับการจดจำลดลง เทคโนโลยีการแสดงผลความสว่างสูง-ของ Micro LED สามารถแก้ปัญหานี้ได้อย่างง่ายดายและทำให้ช่วงการใช้งานกว้างขึ้น

ห่วงโซ่อุตสาหกรรม Micro LED เป็นอย่างไร

สำหรับผลิตภัณฑ์จอแสดงผล Micro LED ส่วนประกอบพื้นฐานของผลิตภัณฑ์ได้แก่ พื้นผิว TFT, แม่พิมพ์ไมโคร LED แบบพิเศษ- และ IC ไดรเวอร์ ทั้งสามมีคุณสมบัติทั่วไป นั่นคือ มรดกจำนวนมากจากอุตสาหกรรม LCD และ LED ที่มีอยู่ ดังนั้นสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมของไต้หวันจึงเชื่อว่าพวกเขามีข้อได้เปรียบจากห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมด

อย่างไรก็ตาม ภูมิภาคที่มีฐานอุตสาหกรรมเดียวกันยังรวมถึงเกาหลีใต้ จีนแผ่นดินใหญ่ และญี่ปุ่นด้วย ในหมู่พวกเขา ความเป็นผู้นำและความสมบูรณ์แบบของญี่ปุ่นในด้านวัสดุและอุปกรณ์ต้นน้ำนั้นเหนือกว่าไต้หวันในประเทศจีนอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ความสนใจของเพื่อนร่วมงานชาวญี่ปุ่นใน Micro LED นั้นไม่สูงเท่ากับอุตสาหกรรมไต้หวัน

เหตุใดภูมิภาคอื่นๆ ที่มีฐานอุตสาหกรรมเทียบเท่าหรือดีกว่าจึงกระตือรือร้นเกี่ยวกับ Micro LED น้อยกว่าไต้หวัน คำตอบแบ่งออกเป็นสองระดับ: อันดับแรกคือบริษัทจอแสดงผลในจีนแผ่นดินใหญ่ เกาหลีใต้ และญี่ปุ่นมีงานมากที่สุดในตอนนี้คือ OLED ประการที่สอง Micro LED มีกระบวนการที่ยากซึ่งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ไม่ค่อยใช้การถ่ายโอนมวล - micro- (หรือที่เรียกว่าการถ่ายโอนมวล) หนึ่งในการเคลื่อนไหวที่ใหญ่ที่สุดในอุตสาหกรรม Micro LED ของไต้หวันคือการจัดตั้งพันธมิตรอุตสาหกรรม "ไมโคร-ถ่ายโอน" ขนาดใหญ่ในเดือนธันวาคม 2016 โดยมีสถาบันวิจัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรมแห่งไต้หวันเป็นหน่วยงานหลัก

"การถ่ายเทมวล" เป็นเทคโนโลยีประเภทใด? เพียงแค่ใส่บนพื้นผิววงจร TFT ขนาดของเล็บ ตามข้อกำหนดที่จำเป็นของออปติกและไฟฟ้า ชิป LED micro-สามสีสามถึงห้าร้อยหรือมากกว่านั้นถูกเชื่อมอย่างสม่ำเสมอ และอัตราความล้มเหลวของกระบวนการที่อนุญาตมีเพียงไม่กี่แสนเท่านั้น ส่วนหนึ่ง

สำหรับกระบวนการของ Micro LED หลายคนเชื่อว่าสามารถเรียนรู้ประสบการณ์จากหน้าจอ LED แบบเดิมได้ อย่างไรก็ตาม Micro LED นั้นแตกต่างจากผลิตภัณฑ์จอแสดงผล LED ทั่วไปมาก เมื่อเทียบกับจอแสดงผล LED แบบเดิม ความแตกต่างหลักของ Micro LED คือ: 1. ระดับความแม่นยำดีขึ้นหลายสิบครั้ง; 2. กระบวนการผสานรวมเปลี่ยนจากการใส่โดยตรง การยึดบนพื้นผิว บรรจุภัณฑ์ซัง ฯลฯ เป็น "การถ่ายโอนมวลไมโคร-" 3. ข้อบกพร่องในการซ่อมแซมเกือบเป็นศูนย์ 4. แบ็คเพลนเปลี่ยนจากแผงวงจรพิมพ์ไปเป็นพื้นผิวแบบ TFT ที่ใช้ในจอแสดงผลคริสตัลเหลวและ OLED หรือวัสดุพิมพ์ซิลิกอนผลึกเดี่ยวที่ใช้ใน CPU และหน่วยความจำ

กล่าวคือ เมื่อเทียบกับจอแสดงผล LED ทั่วไป ไฟ LED ขนาดเล็กจะมีความแตกต่างกันในทุกๆ ด้าน เช่น แม่พิมพ์ บรรจุภัณฑ์ กระบวนการผสานรวม แบ็คเพลน และไดรเวอร์ ดังนั้นจึงเห็นได้ว่าความนิยมของผลิตภัณฑ์ Micro LED ยังไม่ได้รับจอ LED ขนาดใหญ่แบบเดิมๆ คำชี้แจงของผู้ผลิต

ในความเป็นจริง นอกเหนือจาก "ส่วนประกอบองค์ประกอบ" เช่น ดาย แบ็คเพลน TFT และ IC ที่สืบทอดมาจากแม่พิมพ์ LED (เช่น สนั่น) จอแสดงผลเซมิคอนดักเตอร์ (เช่น BOE) และบริษัทออกแบบ IC (เช่น การสะสม Qijing) เป็นต้น แก่นแท้ของ Micro LED คือ "วิธีการรวมส่วนประกอบเหล่านี้เข้าด้วยกัน" นั่นคือเทคโนโลยี "การถ่ายเทมวล" หลังเป็นสัดส่วนหลักของอุตสาหกรรมทั้งหมด ถ้ามีบริษัทที่ต้องการเป็นผู้นำผลิตภัณฑ์ Micro LED สิ่งสำคัญที่สุดคือเริ่มจากที่นี่

ในเรื่องนี้ ข่าวที่แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือในเดือนกุมภาพันธ์ปีนี้ Mikro Mesa และ Chongqing Huike ได้ร่วมกันสร้างห้องปฏิบัติการไมโคร LED แห่งแรกบนทั้งสองด้านของช่องแคบไต้หวัน ห้องปฏิบัติการมีกำหนดจะแล้วเสร็จภายในสิ้นปีนี้ โดยมี-ตัวอย่าง Micro LED สีเต็มรูปแบบที่ผลิตในปี 2018 ปัจจุบัน Mikro Mesa มีเทคโนโลยี R&D ชั้นนำใน LED micro-die และมีข่าวลือว่า ที่สามารถบรรลุ 3UM Huike ได้สร้างสายการผลิต A-SILCD และมีทรัพยากรทางเทคนิค เช่น แบ็คเพลน TFT จุดประสงค์ของความร่วมมือระหว่างทั้งสองคือการใช้ทรัพยากรที่มีอยู่อย่างพร้อมที่สุดเพื่อทำลายเทคโนโลยี "การถ่ายเทมวล"

อย่างไรก็ตาม แม้สำหรับ-โครงการเชิงลึกดังกล่าว ความคาดหวังสำหรับตารางเวลาอุตสาหกรรม Micro LED นั้นไม่ได้มองในแง่ดี: การบรรลุ-ตัวอย่างสีทั้งหมดในปี 2018 ก็ยังยากที่จะบอกได้ว่าไกลแค่ไหน ห่างจากแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์จริง ตัวอย่างเช่น OLED ต้องใช้เวลามากกว่า 20 ปีเพื่อให้ได้สีที่สมบูรณ์และการรับรู้มาตราส่วนขนาดใหญ่-ในอุตสาหกรรมโทรศัพท์มือถือในปัจจุบัน นอกจากนี้ Huike และ Mikro Mesa ยังเป็นผู้มาใหม่ในกลุ่มดิสเพลย์ ความสนใจของพวกเขาที่มีต่อ Micro LED นั้นค่อนข้างเป็นการพยายามแซงเข้าโค้ง

สรุป จากมุมมองของส่วนประกอบ Micro LED นั้นไม่ยากใน TFT, IC และ LED die; อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของเทคโนโลยีและกระบวนการทางอุตสาหกรรม การถ่ายโอนจำนวนมากอยู่ระหว่างวิสัยทัศน์และความเป็นจริงของ Micro LED และเป็นการยากที่จะถ่ายโอนอย่างสมบูรณ์ในระยะสั้น ช่วง

Micro LED มีแนวโน้มการใช้งานที่กว้าง

ในปัจจุบัน หากพิจารณาถึงความสามารถทางเทคนิคที่มีอยู่แล้ว Micro LED มีทิศทางการใช้งานหลักสองประการ หนึ่งคือตลาดที่สวมใส่ได้ซึ่งเป็นตัวแทนของ Apple มีข่าวลือว่า Apple จะใช้เทคโนโลยี Micro LED ใน Apple Watch และ iPhone รุ่นใหม่ และคาดว่าจะใช้เทคโนโลยี Micro LED ในปี 2561 ได้เปิดตัวอุปกรณ์สวมใส่แบบ Micro LED ประการที่สองคือตลาดทีวีขนาดใหญ่-ที่ Sony เป็นตัวแทน Micro LED cledis ที่แสดงโดย Sony ที่ CES ในปีนี้มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในแง่ของความละเอียด ความสว่าง และคอนทราสต์

ในระยะสั้น ตลาด Micro LED จะกระจุกตัวอยู่ในจอแสดงผลขนาดเล็กพิเศษ- ในระยะกลางและระยะยาว Micro LED มีการใช้งานที่หลากหลาย ครอบคลุมอุปกรณ์สวมใส่ หน้าจอแสดงผลในอาคารขนาดใหญ่ จอภาพแบบสวมศีรษะ-จอแสดงผลแบบสวมศีรษะ (HUD) จอภาพแบบสวมศีรษะ-ขึ้น (HUD) ) ไฟท้าย, การสื่อสารด้วยแสงแบบไร้สาย Li-Fi, AR/VR, โปรเจคเตอร์ ฯลฯ