Mini-LED顯示與Micro-LED顯示淺析

馮小江

摘? 要：液晶面板LCD顯示因技術(shù)成熟、性價比高目前仍占顯示行業(yè)主導(dǎo)地位。Micro-LED由于其優(yōu)秀顯示特性已經(jīng)成為目前技術(shù)的熱點，Mini-LED則是其過渡產(chǎn)品。對比LCD、OLED、Mini-LED和Micro-LED顯示特性。Micro-LED在亮度、色彩、大尺寸可變性等方面性能優(yōu)異。而Mini-LED結(jié)合8K及QD技術(shù)將達(dá)到OLED畫質(zhì)，并且可靠性和成本占優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：液晶面板LCD，OLED，Mini-LED，Micro-LED

目前LED背光的LCD在市場上仍然占據(jù)主導(dǎo)位置。雖然有OLED新技術(shù)的產(chǎn)生，但液晶電視由于其細(xì)膩的解析度以及成熟的生產(chǎn)技術(shù)和普眾的價格，目前以及以后幾年也仍然會是主流。作為被動式發(fā)光的顯示器件，其光源利用效率及主觀畫質(zhì)很難提升。目前手機、電視行業(yè)迅速發(fā)展的OLED面板技術(shù)已經(jīng)擁有諸多技術(shù)優(yōu)勢，如省電、輕薄、可彎曲等特點，但是其弱點也是非常明顯的，如燒屏、壽命短等問題。只不過由于手機的壽命較短，用戶換機時間一般在兩年以內(nèi)，影響較小;而電視用的大尺寸OLED面板面積大、使用壽命往往達(dá)10年，影響就較為明顯。同時，隨著第三代顯示的需求推動和技術(shù)發(fā)展，Micro-LED由于其優(yōu)異的電流飽和密度、更高的量子效率以及高可靠性，已經(jīng)成為目前技術(shù)的熱點。由于Micro-LED的技術(shù)門檻高，Mini-LED顯示產(chǎn)品應(yīng)時而生，結(jié)合現(xiàn)有的8K及QD技術(shù)，有破壁OLED的趨勢。隨著市場需求驅(qū)動以及技術(shù)迭代，顯示技術(shù)已經(jīng)由畫質(zhì)與內(nèi)容的二代技術(shù)逐漸過渡到第三代。

一、LCD＼OLED＼Mini-LED＼Micro-LED顯示對比

什么是OLED

OLED（OrganicLight-Emitting Diode），有機發(fā)光半導(dǎo)體。屬于一種電流型的有機發(fā)光器件，是通過載流子的注入和復(fù)合而致發(fā)光的現(xiàn)象，發(fā)光強度與注入的電流成正比。OLED在電場的作用下，陽極產(chǎn)生的空穴和陰極產(chǎn)生的電子就會發(fā)生移動，分別向空穴傳輸層和電子傳輸層注入，遷移到發(fā)光層。當(dāng)二者在發(fā)光層相遇時，產(chǎn)生能量激子，從而激發(fā)發(fā)光分子最終產(chǎn)生可見光。

什么是Micro-LED

Micro LED技術(shù)，即LED微縮化和矩陣化技術(shù)，就是將LED（發(fā)光二極管）背光源進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，可以讓LED單元小于50微米，與OLED一樣能夠?qū)崿F(xiàn)每個像素單獨定址，單獨驅(qū)動發(fā)光（自發(fā)光）。它的優(yōu)勢在于既繼承了無機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時間快等特點，又具有自發(fā)光無需背光源的特性，體積小、輕薄，還能輕易實現(xiàn)節(jié)能的效果。

LCD＼OLED＼Mini-LED＼Micro-LED顯示對比

LED chip 從現(xiàn)有的mm級別，縮小到十分之一的100mm級別為Mini-LED，縮小到百分之一的10mm級別為Micro-LED。也有人用是使用SMT工藝還是使用巨量轉(zhuǎn)移工藝作為Mini-LED與Micro-LED顯示的區(qū)別。Mini-LED＼Micro-LED與OLED均屬于主動型自發(fā)光顯示，光的利用率高。而LCD則是被動型發(fā)光顯示，面板本身不發(fā)光，需要背光源提供光源。因LCD面板透過率只有3%-8%，光源利用率低，亮度比較難做上去。面板的穿透率取決于開口率，影響因素包括像素之間的遮光罩、電極與彩色濾光板的穿透比例。因RGB 4K分辨率的玻璃的像素點數(shù)量是FHD面板像素點的4倍，每個像素點對應(yīng)一套遮光罩和TFT及電容＼CF膜，到達(dá)4K、8K之后，每個像素點對應(yīng)的開口率成倍減小，因此高解析度的LCD顯示亮度更難做上去。

二、Micro-LED顯示

Micro-LED按彩色化技術(shù)分有RGB三色LED芯片、藍(lán)光單色芯片加RG量子點材料混光、藍(lán)綠光芯片加R量子點/KSF粉混光等3個方向。后面2種方案熒光粉無法做薄，存在應(yīng)力，無法做到微小尺寸，而鎘化物也存在穩(wěn)定性和壽命問題，故目前出來的大多數(shù)顯示產(chǎn)品采用RGB三色LED芯片方案。

Micro-LED RGB三色芯片方案因為材料類別統(tǒng)一為半導(dǎo)體Ш-V族材料，響應(yīng)性能優(yōu)異，為ns級別，材料性能穩(wěn)定，可靠性高，發(fā)光效率好，顏色純度高、可透明。這些優(yōu)異性能在高亮高色域需求的顯示產(chǎn)品上占盡優(yōu)勢，如大屏顯示，AR/VR產(chǎn)品、抬頭顯示（HUD）等應(yīng)用。其高響應(yīng)速率在光通信行業(yè)也得到應(yīng)用。但在技術(shù)上，RGB三色芯片的電壓壓差產(chǎn)生的熱量及功率耗損需要解決。同時，Micro-LED RGB屬于電流型驅(qū)動，由于RGB三種芯片的發(fā)光效率不一致，為了得到目標(biāo)色溫6000-10000 K，三種芯片的電流大小不一樣，紅光R芯片要求的電流較大，電源的電流均勻性需要特殊設(shè)計。為保證電流穩(wěn)定性及電源設(shè)計可靠性，目前普遍使用PWM控制電流脈寬來調(diào)節(jié)各芯片平均電流大小的形式來實現(xiàn)混光。最優(yōu)方案是使用CMOS的AM矩陣驅(qū)動TFT基板，在驅(qū)動材料方面仍在優(yōu)化。目前已有2-8英寸的Micro-LED顯示產(chǎn)品，但中大尺寸還未有樣品展出。

Micro-LED目前桎梏其發(fā)展的主要點是巨量轉(zhuǎn)移的工藝問題。巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)主要分類為拾取放置技術(shù)、微印章轉(zhuǎn)移技術(shù)、流體組裝技術(shù)、激光轉(zhuǎn)印技術(shù)、滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)等幾種，不同轉(zhuǎn)移公司其發(fā)展的轉(zhuǎn)移技術(shù)會有所不同，最主要的原因是不同應(yīng)用產(chǎn)品所適合的轉(zhuǎn)移技術(shù)也會有所不同。巨量轉(zhuǎn)移涉及到襯底剝離、轉(zhuǎn)移、鍵合，工藝精度要求高，設(shè)備需要定制，目前還未出現(xiàn)可以實現(xiàn)批量的設(shè)備。4K顯示需要轉(zhuǎn)移約2500萬顆芯片，8K顯示則需要轉(zhuǎn)移一億顆芯片。目前常規(guī)SMT設(shè)備速率是每小時幾十K，經(jīng)過改進(jìn)后用于Mini-LED轉(zhuǎn)移的設(shè)備速率可以達(dá)到150K每小時左右，離真正的巨量轉(zhuǎn)移還有一段距離。除了轉(zhuǎn)移問題，由于每臺顯示產(chǎn)品使用的LED芯片巨量數(shù)字，對于芯片的良率、均勻性也提出了很大的考驗。目前常規(guī)芯片按2.5 nm步長分bin，要做到Micro-LED顯示，其芯片分bin步長要做到1 nm以內(nèi)。因目前wafer端很難達(dá)到這個級別，部分應(yīng)用端也采用了軟硬件矯正的方式來提高畫面均勻性。

三、Mini-LED顯示

由于Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)還未達(dá)到可批量水平，技術(shù)門檻相對較低的Mini-LED顯示得到了較快的發(fā)展。像素pitch值在0.9 mm以上的可歸類為小間距顯示范疇，像素pitch值在0.9 mm以下轉(zhuǎn)移用pick-up方式的歸類為Mini-LED，目前能做到的最小像素間距在0.49 mm。Micro-LED需要使用光刻技術(shù)的驅(qū)動基板，而Mini-LED可以使用光刻技術(shù)的驅(qū)動基板，也可以使用BT板，甚至高精密玻纖板，因此不受面板廠的基板綁定，Mini-LED顯示產(chǎn)品得到蓬勃發(fā)展。

四、結(jié)論

Micro-LED和Mini-LED顯示產(chǎn)品性能優(yōu)異、應(yīng)用領(lǐng)域廣、市場需求驅(qū)動旺盛。以上各要素將驅(qū)動其技術(shù)的發(fā)展及市場的熱度。Micro-LED顯示如下驅(qū)動要素部分需要攻克，如具備可量產(chǎn)工藝技術(shù)、低成本的大規(guī)模生產(chǎn)、集成性強、技術(shù)、資源以及資本的整合等。高速和高良率巨量轉(zhuǎn)移、鍵合及顏色均勻性問題是急需解決的難題。因此Micro-LED顯示在近期還無法形成主流顯示技術(shù)。但其過渡產(chǎn)品Mini-LED顯示結(jié)合8K技術(shù)及5G通訊技術(shù)，在技術(shù)及工藝上均得以實現(xiàn)，產(chǎn)品性能優(yōu)異，將會成為近兩年各廠家大力角逐的方向。