MicroLED显示器行业最新进展

2022年 11月 14日

话题:

作者:

Anne Corning

据DSCC分析师们的最新市场报告预测，到2027年，全球microLED显示器市场规模将达到13.8亿美元,¹相比当前9.5亿美元²的估计市场规模，将实现显著增长。此外，其他行业分析师们也一致认为，市场对小型化、高效节能显示器的需求将继续推动显示器行业专注于在未来5-8年内实现microLED商业化。

MicroLED显示器具有许多优点，不仅提供高亮度和对比度、宽色域及低能耗，而且比OLED更耐久，在宽视角下具有一致的外观，并提供超高的图像分辨率。然而，microLED制造商们如何解决巨量转移工艺和生产良率低等问题？这些问题目前仍然阻碍着microLED进入大众市场的可行性。本篇博客文章将重点探讨该领域内的一些最新发展成果和技术，这些新成果和技术正在推动microLED显示器向前发展。

MicroLED技术在微型显示器中的应用

MicroLED显示器已经开始在智能手表、AR/VR设备等产品上迅速普及。其中一个显而易见的原因在于MicroLED显示器的微小尺寸（通常仅为50微米左右）。与此同时，它们的高亮度和能源效率对于这些应用而言也是显著的优点。智能眼镜和AR/MR设备在透明表面上显示图像，用户可以看到背景环境和环境照明。microLED的高亮度提供更佳的对比度和可视性。此外，microLED显示器的超高分辨率对于任何近眼显示（NED）设备而言也是极大的优点。

来自Plessy的microLED微型显示器。（图片© Plessy Semiconductors）。

MICLEDI Microdisplays公司最近在AR眼镜领域取得了一项最新进展。他们开发出了配备内置微镜头的microLED设备，能够实现像素级光束成形。到目前为止，他们已经向其客户提供配备内置微镜头的绿色和蓝色microLED测试套件，预计到2022年底将推出红色测试套件。这些设备“为基于波导技术的AR眼镜提供多种好处，包括：

提高功率效率 –通过将光线聚焦在目标波导锥内
最佳波导耦合 – 通过可控制的色散补偿为AR系统集成和图像质量改进提供额外的灵活性
像素缩放至亚3.0微米间距 – 具有高度再现的光束形状性能。”³

使用显微镜头进行的像素级光束成形示例（右图），与来自标准microLED阵列更为分散的光束（左图）进行比较。（图片© MICLEDI）

MicroLED显示屏进入我们的客厅？

几年前，Samsung Display公司推出了the Wall电视机，为行业设定了大尺寸microLED显示屏标准。现在，该公司针对高端住宅市场推出了一款名为“the Wall All-In-One”的新产品。Wall All-In-One最近在美国丹佛（Denver）举行的CEDIA 博览会上正式亮相，该产品经过专门设计，现场安装人员在数小时内完成了安装，它配备所有必要的零件和配件，无需大量的结构支撑或通风系统，这“使得拥有旧技术LFT电视墙的商业客户可以轻松升级至最新且最佳的电视性能。”⁴

这款Wall系列电视机配备110英寸显示屏，售价为15.5万美元，这显然并不在普通消费者的可承受范围内，但已经在商业和小型企业客户中引起了较大关注。此外，在CEDIA博览会上，参观者们还看到了来自LG Display（136英寸）和索尼（220英寸）的巨型microLED屏幕。

三星的Wall All-In-One 14英寸microLED显示器型号。（图片© Samsung）

MicroLED显示器应用于汽车行业

车载显示行业一直在探索microLED显示屏的应用，其提供与OLED显示屏相当甚至更高的亮度，且耐久性比OLED显示屏更佳。亮度对于车载显示屏而言是关键，必须在无论夜间还是阳光直射的所有环境照明条件下都具有可读性。举例来说，PlayNitride推出了一款新型11.6英寸24:9 2480 x 960 (228 PPI)车载microLED显示屏，亮度为1000尼特。

PlayNitride的microLED车载显示器在2022年5月的SID显示周（Display Week）活动上展出。（图片来源）

巨量转移挑战

巨量转移工艺是导致microLED显示屏上市速度减慢的最大瓶颈之一。将数以百万计的microLED微型芯片成功安装到显示器基板上是一个复杂而耗时的过程。举例来说，4K 3840×2160显示器需要将超过2000万个microLED以微米级精度转移到背板上。如何在实现高速度和高产量的同时最大限度地减少缺陷是需要解决的首要问题。紧接着，第二个问题则是检测和校正任何缺陷。

实践证明，使用MEMS阵列技术的传统LED压印pick-and-place过程速度太慢。目前显示具有前景的新转移方法包括：

静电转移。转移头释放静电，从载体基板拾取microLED，然后将它们释放到目标基板。多个转移头可以组合成一个静态转移头阵列，用于同时移动大量microLED。
激光转移。激光束可用于将大量microLED从原始基板快速转移到目标基板上。激光转移具有多种不同的方法，包括Uniquarta公司的激光选择性释放技术（LEAP）和QMAT公司的雷射定址释放法（BAR）激光转移释放。激光方法的一个优点在于与microLED无机械接触，降低了转移过程中的损坏风险。
流体组装。在这种工艺过程中，数百万个microLED悬浮在一种流体中，该液体经过一个“布满陷阱点（井）阵列的基板上，排列成显示像素……一旦microLED固定下来，悬浮液将被迫使流动经过基板，将设备推过表面并越过陷阱点。由于microLED和陷阱点数量巨大，每秒钟都会随机发生许多组装尝试。因此，随机组装是大规模并行进行的，并且进展速度非常快。”⁵

不同的microLED巨量转移方法之比较。（图片来源）

当microLED被沉积到阵列之后，下一步则是进行检测以识别任何缺陷，包括microLED亮度或色度不一致、死像素及其他问题。这些缺陷可能导致显示器具有可觉察的不均匀或斑点外观。要准确检测数以百万计的microLED微小像素，需要一种能够执行极其精确测量的高分辨率解决方案。

MicroLED显示器质量检测解决方案

瑞淀提供一系列解决方案和方法，用于在microLED制造过程中的关键点进行质量控制。要对microLED芯片执行晶圆级检测，制造商们可将ProMetric®成像亮度计或色度计和TrueTest™软件与瑞淀的显微镜头搭配使用，放大microLED的亚像素，以捕捉测量图像中的大量细节。

针对面板端的检测，瑞淀开发了两种方法，实践已证明可以显著提高成像系统的功能，以分离和测量分辨率日益增加的显示器中越来越小的亚像素。瑞淀解决方案分别取得了两种专利（美国专利号：9135851；美国专利号：10971044），能够同时测量显示器中的所有单个microLED亚像素，以计算亚像素输出之间的差异。这可以确保将输出在所有显示亮度状态下调整为统一值——这个过程称为像素一致校正（PUC）或者demura。