Har gullalderen av mini LED, micro LED og Quantum Dot kommet?

- Jan 13, 2021-

LED-familieproduktene som brukes i skjermer, AR/VR, biler og TV-er er stadig nyskapende. Kan alle disse innovative produktene være kommersielt tilgjengelige?


Mange LED-teknologier har gjort store gjennombrudd, og hvert markedssegment har sine egne fordeler, ulemper og modenhet. MiniLED, micro LED og quantum prikker alle har en stor innvirkning på den eksisterende LED-teknologien, men så langt viser en forsiktig observasjon av hvert markedssegment at de fleste av dem ennå ikke har nådd scenen for lønnsom storskala kommersiell bruk.


Mini lysdioder


Som lyskilde for bakgrunnsbelysning betyr mini-LED et større antall lysdioder, men mindre enn lysdiodene som brukes for øyeblikket, slik at tynnere skjermer og forbedring av lokal kontrast, på samme måte som OLEDs. I bilapplikasjoner oppfyller den bransjens krav til høy kontrast og lysstyrke, overflatepassform og holdbarhet. Mini lysdioder er enkle å produsere i eksisterende fabs, og masseproduksjon og chip bonding nøyaktighet kan enkelt oppnås.


Men mini LED står fortsatt overfor noen utfordringer. For smarte telefonapplikasjoner står minilysdioder overfor en sterk motstander av OLED, som nedgraderes til å bare brukes i high-end markedssegmenter på grunn av deres kostnadsytelse. Direkte-type mini lysdioder kan oppnå lokal dimming; de kan brukes til buede skjermer, og den resulterende TV-kostnaden forventes å være omtrent 20% til 30% lavere enn OLED-versjonen. Men etter hvert som antallet lysdioder som brukes øker, oppstår også varmespredningsproblemer. I tillegg krever flere lokale dimmeområder et større antall lysdioder, og øker dermed antall ICer. Derfor øker det kostnadene for å forbedre ytelsen, noe som er en stor utfordring for mini lysdioder.


Mikro lysdioder


Micro LED er derimot mer gjennombrudd enn mini-LED når det gjelder ytelse, teknologi og grunnleggende struktur. Micro LED kan sammenlignes med eksisterende OLED-teknologi når det gjelder responstid og visningsvinkel, men er bedre enn OLED når det gjelder lysstyrke, holdbarhet og strømforbruk.


«Fra perspektivet til skjermdesignere eller OEM-er har denne teknologien ennå ikke tatt form», sier Eric Virey, seniorteknologi og markedsanalytiker hos Yole Développement. " Selv om de resterende problemene er løst, må det etableres en forsyningskjede. Derfor, selv om vi kan se noen imponerende mikro LED-produkter i de neste årene, må antallet være begrenset. Storskala realisering Kommersiell bruk vil ta minst to til tre år. På den tiden vil konkurrerende teknologier som OLED eller elektroluminescerende kvanteprikker også utvikle seg. Ytelse er ett aspekt, men kostnadskompatibilitet er viktigere."


Med utviklingen av teknologi har mikrolysdioder en pålitelig måte å redusere kostnadene på og kan konkurrere i high-end markeder for ulike applikasjoner, for eksempel TV-er, utvidet virkelighet (AR), virtuell virkelighet (VR) og bærbare enheter. Innen smarttelefoner driver kostnaden for OLED mikro-LED-lampen for å nå sin teknologiske grense når det gjelder chipstørrelse.


Plessey Semiconductors er en leverandør som har gjort betydelige fremskritt. Selskapets mikro-LED-skjerm for øretelefoner oppnår 10 ganger oppløsningen, 100 ganger kontrastforholdet og 1000 ganger lysstyrken sammenlignet med tradisjonelle OLEDs, mens strømforbruket bare er halvparten av OLED. I 2019 demonstrerte Plessey også sine første AR/VR-briller utstyrt med mikrolysdioder på CES. Vuzix har planlagt å forlate bruken av OLED i sine neste generasjons smarte briller og i stedet ta i bruk Plesseys mikro-LED-teknologi.


Kvanteprikker


Det er tre quantum dot teknologier på ulike stadier av utviklingen:


Fargekonvertering quantum prikker er en slags "plug and play" teknologi som Samsung bruker i sine "QLED" TV-produkter, og Vizio har også programmer i sin "P-Quantum" serie av produkter. Denne teknologien legger til et lag med quantum dot film til bakgrunnsbelysningen på LCD-skjermen. Kvanteprikkene kan konvertere den blå lyskilden fra LED-lampen til renere blått, grønt og rødt lys, og dermed forbedre fargespekteret, vise energieffektivitet og/eller lysstyrke.

Elektroluminescerende kvanteprikker eller EL-QDer er flere gjennombrudd. Det er ingen fargekonverteringsprosess fra LED til kvanteprikker.


QD-OLED kombinerer OLED- og QD-fargekonvertering ved hjelp av blå OLED-piksler for å opphisse mønstrede kvanteprikker som ligger på toppen av OLED for å konvertere røde og grønne piksler. Sammenlignet med OLED-teknologien ved hjelp av fargefiltre, oppnår den bedre lysstyrke og effektivitet til en lavere pris.


Samsung Display (Samsung Display) bekreftet nylig at de utvikler store QD-OLED-paneler for TV-er, som er en kombinasjon av kvanteprikker og OLED-teknologi. Den bruker en blå OLED bakgrunnsbelysning bak quantum dot film laget, som kan gi høyere lysstyrke, et bredere fargespekter, og kan redusere produksjonskostnadene. Samsung annonserte imidlertid nylig etableringen av en investeringsvurderingskomité i april 2019, som vil være ansvarlig for å ta beslutninger om Samsungs planer om å produsere QD-OLED TV-paneler. Hvis planen godkjennes, forventes masseproduksjonen å starte ved utgangen av 2020 eller tidlig i 2021. Spørsmålet er, Samsung planlegger å starte prøveproduksjon i 2019, så er denne planen en normal driftsplan eller en noe forsinket plan?


I tillegg, innen mikrolysdioder, har Plessey samarbeidet med Nanoco Technologies for å bruke Nanocos kadmiumfrie kvanteprikk (CFQD) halvleder nanopartikkelteknologi for å redusere pikselstørrelsen på monolittiske mikro LED-skjermer. Plessey integrert Nanoco CFQD quantum prikker i utvalgte områder av den blå LED wafer å legge rødt og grønt lys. Dette reduserer den minste pikselstørrelsen i dag med utrolige 87%. Denne prosessen kan gi mindre mikro-LED-skjermer med høyere oppløsning for AR/VR-enheter, klokker og mobile enheter, samtidig som fargegjengivelse og energieffektivitet forbedres.


Er det mulig å gjøre ting separat?


Ifølge forskjellene i ulike LED-teknologier, og i hvilken grad disse teknologiene må transformeres fra eksisterende materialer, prosesser og forsyningskjeder, er bare samarbeid den mest effektive måten å oppnå raskere utvikling og kostnadsreduksjon. «Partnerskap er avgjørende for innovasjon og produktutvikling, spesielt når det gjelder å overvinne viktige teknologiske flaskehalser», sier Roger Chu, forskningsmedarbeider. "Hvis det ikke er noe partnerskap, kan disse nisjegrenseteknologiene ikke utvikle seg med hell."


Roger sa også: "I dag er det generelt antatt at når mikro LED chips og masseoverføringsteknologi er klar, produsenter kan lykkes produsere mikro LED-skjermer. Faktisk er mikro LED-teknologi ennå ikke moden, og i forskjellige produksjonsprosesser står fortsatt overfor mange flaskehalser. Produsenter på relaterte felt må derfor samarbeide og investere mer i teknologiutvikling.


Yoles Virey uttrykte også den samme oppfatningen i OLED- og EL-QD-feltene. "OLED eller EL-QD materialer er spredt i blekk og trykt på bakflyet av transistorer. Vi ser at mange uavhengige quantum dot materialselskaper utvikler sine egne materialer, og mange ledende skjermprodusenter, som Samsung, TCL Eller BOE, jobber ikke bare hardt med sin egen utvikling, men også samarbeider med uavhengige materialselskaper. Samarbeid er avgjørende. Hvert materiale må produseres nøyaktig for å fungere godt med alle andre komponenter."


Virey påpekte videre at produksjonsprosessen og grunnleggende arkitektur av mikrolysdioder er helt forskjellige. De to næringer av LED og skjerm er kombinert, og det er få fellespunkter. Prosesser og verktøy finnes ennå ikke. Etableringen av en komplett forsyningskjede krever samarbeid mellom LED-produsenter, verktøyprodusenter, skjermprodusenter og ulike mikro-LED-oppstart. Disse oppstartene er ofte pionerer i å utvikle noen viktige teknologier.


Et nylig eksempel på samarbeid er den nylige kunngjøringen fra EV Group og Plessey om å introdusere gan-on-silicon (GaN-on-Si) monolittisk mikro LED-teknologi til massemarkedet for AR-applikasjoner.


Innovasjon gir overraskelser


Ifølge Virey har han sett minst to overraskelser i bransjen så langt. "I de siste to til tre årene har mikro-LED forvandlet seg fra en 'gal idé som aldri vil fungere' til en pålitelig skjermteknologikandidat. Tenk på det: for å produsere en 8K mikro LED-TV, er nesten 1 montering nødvendig. En mikro-LED på størrelse med en milliard bakterier har en nøyaktighet på 1 μm. Det kan ikke være noen feil, og det må fullføres innen få minutter for å leve opp til kostnadene.


Virey la til: "Da bransjen først diskuterte denne ideen, kan den beste monteringsteknologien på markedet ta måneder eller år å sette sammen en TV. Nå har ulike selskaper utviklet mange massivt parallelle overføringer. Og monteringsmetoden, som gjør mikro-LED nærmere og nærmere virkeligheten. Selvfølgelig er det fortsatt mange utfordringer i fremtiden, men dette er ikke lenger en gal idé."


Han snakket også om Samsungs QD-OLED-teknologi. "Ærlig talt, jeg tror ikke noen tok det alvorlig 18 måneder siden, men da Samsung kan allerede ha etablert sin første fab. Muligheten for en slik hastighet stammer fra det faktum at Samsung allerede har investert mye tid. Og penger brukes til å aktivere de to store teknologiene som kreves for QD-OLED: OLED og kvanteprikker. Da Samsung innså at de kunne kombineres til den tredje teknologien, hadde det allerede gjort store fremskritt i disse to teknologiene. ."


Det er fortsatt mange utfordringer, men LED-markedet utvikler seg raskt. Mange selskaper, inkludert Apple, Plessey, Samsung, AU Optronics, etc., er stadig fremme. Mange prototyper og nye funksjoner vil bli utgitt på kort sikt, men fra perspektivet til skjermdesignere eller OEM-er er det fortsatt nødvendig med litt tålmodighet.


Et par:Seoul Violeds UV LED modul kan drepe 99% av luftbårne virus Neste:Global LED-produksjonsverdi anslås å øke med 3,8 % årlig i 2021