miniLED，microLED和量子點，準備好迎接黃金時代了嗎？

應用于顯示器、AR/VR、汽車和電視等領域的LED家族產品在持續不斷的創新中，這一大堆創新產品是否都可以商用了呢？

許多LED技術都取得了重大突破，每個細分市場都有它自身的優勢、劣勢和成熟度。 MiniLED、microLED和量子點，都對現有LED技術造成極大沖擊，但是，到目前為止，仔細觀察每個細分市場都表明，它們大多數都還沒有達到有收益的規模商用階段。

MiniLEDs

作為背光照明光源，miniLED意味著更多數量的LED，但是比目前使用的LED更小，從而能夠實現更薄的顯示屏并改善局部對比度，這類似于OLED。在汽車應用中，它滿足了行業對高對比度和亮度、曲面貼合性和耐用性的要求。MiniLED很容易在現有的晶圓廠中制造，而且已經可以輕松實現量產和芯片鍵合精度。

但是miniLED仍然面臨一些挑戰。對于智能手機應用，miniLED面臨著OLED這個強大對手，由于它們的性價比將其降級為只能應用于高端細分市場。直下式miniLED可實現局部調光; 它們可用于曲面顯示器，由此產生電視的成本預計比OLED版本低約20%至30%。然而，隨著所使用的LED數量的增加，散熱問題也隨之出現。此外，更多的局部調光區域需要更多數量的LED，從而增加了IC的數量。因此，為提高性能反而增加了成本，這是miniLED現存的一個主要挑戰。

A comparison of miniLEDs and microLEDs. (Image: LEDinside)
miniLED和microLED的比較。 （圖片：LEDinside）

MicroLEDs

相比之下，microLED在性能、技術和基本結構方面都比miniLED更具突破性。MicroLED在響應時間和視角方面與現有OLED技術相當，但在亮度、耐用性和功耗方面更優于OLED。

“從顯示器設計師或OEM的角度來看，這項技術還未成型，”Yole Développement的高級技術和市場分析師Eric Virey說。 “即使那些剩余的難題被解決了，也還必須建立起供應鏈。因此，雖然我們可能會在未來幾年看到一些令人印象深刻的microLED產品，但數量一定是有限的。實現大規模商用至少還需要兩到三年的時間。到那時，OLED或電致發光量子點等競爭技術也將會發展起來。性能是一方面，但成本兼容性更加重要。”

隨著技術的進步，microLED有可靠的成本降低途徑，可以在各種應用的高端市場競爭，如電視、增強現實（AR）、虛擬現實（VR）和可穿戴設備。在智能手機領域，OLED的成本推動著microLED在芯片尺寸方面達到其技術極限。

Plessey Semiconductors是一家取得重大進展的供應商。該公司生產的用于耳機的microLED顯示器, 相較于傳統OLED，實現了10倍的分辨率，100倍的對比度，以及高達1,000倍的亮度，而功耗僅為OLED的一半。2019年，Plessey還在CES上展示了其第一款搭載microLED的AR/VR眼鏡。Vuzix已計劃在其下一代智能眼鏡中放棄采用OLED，轉而采用Plessey的microLED技術。

Plessey聲稱其microLED顯示器相較于OLED技術，可以提供10倍的分辨率，100倍的對比度，和高達1000倍的亮度。 （圖片：Plessey Semiconductors）

量子點

在不同的發展階段存在三種量子點技術：

· 色彩轉換量子點是一種“即插即用”技術，三星在其“QLED”電視產品中應用，Vizio在其“P-Quantum”系列產品中也有應用。這種技術在LCD顯示器的背光中添加一層量子點薄膜，量子點能夠將來自LED的藍色光源轉換為更加純凈的藍綠紅三色純色光，從而改善了色域、顯示能效和/或亮度。

· 電致發光量子點或EL-QD則更具突破性，它沒有從LED到量子點的色彩轉換過程。

· QD-OLED結合了OLED和QD色彩轉換，使用藍色OLED像素激發位于OLED頂部的圖案化量子點，以轉換紅色和綠色像素。與采用彩色濾光片的OLED技術相比，它以更低的成本實現了更好的亮度和效率。

三星顯示器（Samsung Display）最近證實它正在開發用于電視的大型QD-OLED面板，這是量子點和OLED技術的結合。 它在量子點薄膜層后面使用藍色OLED背光，可提供更高的亮度，更廣的色彩范圍，并可能降低生產成本。但，三星最近曾宣布于2019年4月成立投資審查委員會，該委員會將負責就三星生產QD-OLED電視面板的計劃作出決定。 如果計劃獲得批準，預計將于2020年底或2021年初開始量產。問題是，三星計劃在2019年開始試生產，那么這個計劃是正常運轉的計劃，還是有點延遲的計劃呢？

此外，在microLED領域，Plessey與Nanoco Technologies合作，應用Nanoco的無鎘量子點（CFQD）半導體納米粒子技術以縮小單片microLED顯示器的像素尺寸。Plessey將Nanoco CFQD量子點集成到藍色LED晶圓的選定區域，以添加紅光和綠光。這將當今最小的像素尺寸又縮小了難以置信的87%。這項工藝能夠為AR/VR設備、手表和移動設備提供更小、更高分辨率的microLED顯示器，同時增強了顯色性與能效。

各自為政可行嗎？

根據LED各種技術的不同，以及實現這些技術需要從現有材料、流程和供應鏈中進行多大程度的轉變，只有合作才是最有效的途徑，可以實現更快速的開發和成本的降低。“建立伙伴關系對創新和產品發展至關重要，尤其在克服關鍵技術瓶頸上，”LEDinside公司研究總監Roger Chu說。 “如果沒有合作伙伴關系，那些小眾前沿技術可能無法成功發展。”

Roger還說道，“目前，人們普遍認為，一旦microLED芯片和巨量轉移技術準備好了，制造商就可以成功生產microLED顯示器了。實際上，microLED技術尚未成熟，在不同的制造工藝中仍然面臨許多瓶頸。 因此，相關領域的制造商必須共同努力，在技術開發方面做更多的投入。”

Yole公司的Virey在OLED和EL-QD領域也表達了相同的意見。“OLED或EL-QD的材料分散在墨水中，被印刷到晶體管背板上。我們看到很多獨立的量子點材料公司都在開發自己的材料，而許多領先的顯示器制造商，如三星、TCL或BOE在努力做好自己的開發以外，也與獨立材料公司合作。協作至關重要。每一種材料都需要精確制造，以便與其他所有部件良好的配合。”

Virey進一步指出，microLED的制造工藝和基本架構是截然不同的，將LED和顯示器這兩個行業結合在一起，共通點少之又少。流程和工具尚不存在，建立完整的供應鏈需要LED制造商、工具制造商、顯示器制造商和各種microLED 初創者之間的協同工作，這些初創者往往是開發一些關鍵技術的先行者。

最近一個合作的例子就是EV集團和Plessey最近宣布，將高性能GaN-on-silicon（GaN-on-Si）單片microLED技術引入AR應用的大眾市場。

創新帶來驚喜

根據Virey的說法，迄今為止他至少看到過兩個業內驚喜。 “在過去的兩到三年里，microLED從一個’永遠不會奏效的瘋狂想法’變身成為一種可靠的顯示器技術候選。想一想：要生產一個8K microLED電視，需要組裝近1億個細菌大小的微型LED，精度為1-μm，不能有一個錯誤，而且必須在幾分鐘內完成，才能不辜負其成本。”

Virey補充道，“當業界第一次討論這個想法時，市場上最好的裝配技術可能需要數月或數年才能組裝一臺電視機。而現在，各種公司已經開發了許多大規模并行傳輸和組裝方法，這使得microLED越來越接近現實。當然未來還有很多挑戰，但這已不再是一個瘋狂的想法了。”

他還談到了三星的QD-OLED技術。“坦率地說，我認為18個月以前還沒有人認真對待它，但那時三星就可能已經馬上建立其第一個晶圓廠了。這么快的可行性源于三星早已投入了大量的時間和金錢分別用于啟用QD-OLED所需的兩大技術：OLED和量子點。在三星意識到可以將它們組合成第三種技術時，它已經分別在這兩項技術上取得了很大進展。”

挑戰仍然很多，但LED市場正在迅速發展。包括Apple、Plessey、三星、友達光電等在內的許多公司都在不斷推進中。短期內將會有許多原型和新功能發布出來，但從顯示器設計師或OEM的角度來看，仍需要一些耐心。

本文同步刊登于電子工程專輯雜志5月刊