Mini-LED显示与Micro-LED 显示浅析

　　林伟瀚，杨梅慧（康佳集团股份有限公司, 广东 深圳 518053）

　　摘要：液晶面板LCD显示因技术成熟、性价比高目前仍占显示行业主导地位。Micro-LED由于其优秀显示特性已经成为目前技术的热点，Mini-LED则是其过渡产品。对比了LCD、OLED、Mini-LED和Micro-LED显示特性。Micro-LED在亮度、色彩、大尺寸可变性等方面性能优异。而Mini-LED结合8K及QD技术将达到OLED画质，并且可靠性和成本占优势。

　　关键词：Mini-LED显示；Micro-LED显示；LCD；OLED

　　0 引言

　　目前LED背光的LCD在市场上仍然占据主导位置。虽然有OLED新技术的产生，但液晶电视由于其细腻的解析度以及成熟的生产技术和普众的价格，目前以及以后几年也仍然会是主流。作为被动式发光的显示器件，其光源利用效率及主观画质很难提升。目前手机、电视行业迅速发展的OLED面板技术已经拥有诸多技术优势，如省电、轻薄、可弯曲等特点，但是其弱点也是非常明显的，如烧屏、寿命短等问题。只不过由于手机的寿命较短，用户换机时间一般在两年以内，影响较小；而电视用的大尺寸OLED面板面积大、使用寿命往往达10年，影响就较为明显。同时，随着第三代显示的需求推动和技术发展，Micro-LED由于其优异的电流饱和密度 ^[1] 、更高的量子效率以及高可靠性，已经成为目前技术的热点，在显示，VLC通讯 ^[2][3] 等方面被广泛研究。由于Micro-LED的技术门槛高，Mini-LED显示产品应时而生，结合现有的8K及QD技术，有破壁OLED的趋势。如今随着市场需求驱动以及技术迭代，显示技术已经由画质与内容的二代技术逐渐过渡到第三代。行业内众多厂家如三星、苹果、友达等已加大对三代显示技术的研发和投入。

　　1 LCDOLEDMini-LEDMicro-LED显示对比

　　LED chip 从现有的mm级别，缩小到十分之一的100mm级别为Mini-LED，缩小到百分之一的10mm级别为Micro-LED。也有人用是使用SMT工艺还是使用巨量转移工艺作为Mini-LED与Micro-LED显示的区别。Mini-LEDMicro-LED与OLED均属于主动型自发光显示，光的利用率高。而LCD则是被动型发光显示，面板本身不发光，需要背光源提供光源。因LCD面板透过率只有3%-8%，光源利用率低，亮度比较难做上去。面板的穿透率取决于开口率，影响因素包括像素之间的遮光罩、电极与彩色滤光板的穿透比例。因RGB 4K分辨率的玻璃的像素点数量是FHD面板像素点的4倍，每个像素点对应一套遮光罩和TFT及电容CF膜，到达4K、8K之后，每个像素点对应的开口率成倍减小，因此高解析度的LCD显示亮度更难做上去。各显示技术的性能对比如下表1.如表中显示，OLED、Mini-LEDMicro-LED在亮度、对比度等画质方面优于LCD，但OLED在残影、寿命、解析度等方面较差。Mini-LED RGB性能优异，但在尺寸上受限，PPI到达值低，观看距离要求较高。而Mini-LED +LCD解决了上述缺点。

　　2 Micro-LED显示

　　Micro-LED按彩色化技术分有RGB三色LED芯片、蓝光单色芯片加RG量子点材料混光、蓝绿光芯片加R量子点/KSF粉混光等3个方向，如图1。后面2种方案荧光粉无法做薄，存在应力，无法做到微小尺寸 ^[4] ，而镉化物也存在稳定性和寿命问题 ^[5] ，故目前出来的大多数显示产品采用RGB三色LED芯片方案。此种方案的发光光谱如图2。

　　Micro-LED RGB三色芯片方案因为材料类别统一为半导体Ш-V族材料，响应性能优异，为ns级别，材料性能稳定，可靠性高，发光效率好，颜色纯度高、可透明。这些优异性能在高亮高色域需求的显示产品上占尽优势，如大屏显示，AR/VR产品、抬头显示（HUD）、控制指挥中心屏幕等应用。其高响应速率在光通信行业也得到应用。但在技术上，RGB三色芯片的电压压差产生的热量及功率耗损需要解决。目前已经研发出共阴方案的驱动芯片如聚积的5759，问题得到了较大改善。同时，Micro-LED RGB属于电流型驱动，由于RGB三种芯片的发光效率不一致，为了得到目标色温6000 K-10000 K，三种芯片的电流大小不一样，红光R芯片要求的电流较大，电源的电流均匀性需要特殊设计。为保证电流稳定性及电源设计可靠性，目前普遍使用PWM控制电流脉宽来调节各芯片平均电流大小的形式来实现混光。最优方案是使用CMOS的AM矩阵驱动TFT基板，目前在驱动材料方面仍在优化。目前已有2~8英寸的AM基板驱动的Micro-LED显示产品，如龙达的车载显示，Plessey的单片硅基氮化镓(GaN-on-Si)微型LED与Jasper Display Corp的eSP70硅基板技术的晶圆级键合样品等。但中大尺寸还未有样品展出。

　　Micro-LED具有优异性能，目前桎梏其发展的主要点是巨量转移的工艺问题。巨量转移技术主要分类为拾取放置技术、微印章转移技术(μTP ) ^[6] 、流体组装技术、激光转印技术、滚轮转印技术等几种，不同转移公司其发展的转移技术会有所不同 ，最主要的原因是不同应用产品所适合的转移技术也会有所不同。巨量转移涉及到衬底剥离、转移、键合，工艺精度要求高，设备需要定制，目前还未出现可以实现批量的设备。按照计算，4K显示需要转移24,883,200颗芯片，8K显示则需要转移一亿颗芯片，如此巨量的数字灯板制程中的转移速率需要几百K每小时以上。目前常规SMT设备速率是每小时几十K，经过改进后用于Mini-LED转移的设备速率可以达到150K每小时左右，离真正的巨量转移还有一段距离。除了转移问题，由于每台显示产品使用的LED芯片巨量数字，对于芯片的良率、均匀性也提出了很大的考验。目前常规芯片按2.5 nm步长分bin，要做到Micro-LED显示，其芯片分bin步长要做到1 nm以内。因目前wafer端很难达到这个级别，部分应用端也采用了软硬件矫正的方式来提高画面均匀性。

　　3 Mini-LED显示

　　由于Micro-LED巨量转移技术还未达到可批量水平，技术门槛相对较低的Mini-LED显示得到了较快的发展。像素pitch值在0.9 mm以上的可归类为小间距显示范畴，像素pitch值在0.9 mm以下转移用pick-up方式的归类为Mini-LED，目前能做到的最小像素间距在0.49 mm。Micro-LED需要使用光刻技术的驱动基板，而Mini-LED可以使用光刻技术的驱动基板，也可以使用BT板，甚至高精密玻纤板，因此不受面板厂的基板绑定，Mini-LED显示产品得到蓬勃发展。目前索尼、三星及国内一些厂家均展出了Mini-LED RGB显示产品，2019年开始可实现批量。

　　如表1所示，Mini-LED RGB显示拥有与Micro-LED显示相同的优异性能，只是在尺寸及PPI上面受到限制。由于PPI做不高，Mini-LED RGB只能应用在大尺寸显示如指挥中心大屏、墙幕显示及大尺寸电视等，如三星的The Wall。为了打破这个限制，结合现在的其他技术热点，出现了Mini-LED背光加液晶玻璃的显示产品，如图4.康佳2019年1月CES展出的65英寸Mini-LED电视，结合量子点技术及背光巨量分区技术，其画面的色彩饱和度和动态对比度与OLED不相上下，分辨率甚至可做到8K，成本比OLED低但可靠性和寿命高。目前其他电视机厂已经相继展出一些类似产品。从产品创新层面看，对比度、色域、响应时间、功耗等一直都是屏幕创新的几个核心战场，所以高端中大尺寸产品支持WCG与高对比度为未来重要产品差异化，也是中大尺寸产品下一个关键技术创新。由于OLED应用于大尺寸还不成熟，而Mini LED BLU为最佳解决方案。苹果近期亦放出消息将在其MacBook、iPad和iMac 2020年的产品上使用Mini-LED背光。各厂家对此均进行了较大研发投入。Mini-LED +LCD的形式由于可以做到OLED的性能并且做到高PPI高解析度，且技术成熟成本低，有望在2019年实现批量。

　　4 结论

　　Micro-LED和Mini-LED显示产品性能优异、应用领域广、市场需求驱动旺盛。以上各要素将驱动其技术的发展及市场的热度。Micro-LED显示如下驱动要素部分需要攻克，如具备可量产工艺技术、低成本的大规模生产、集成性强、技术、资源以及资本的整合等。高速和高良率巨量转移、键合及颜色均匀性问题是急需解决的难题。因此Micro-LED显示在近期还无法形成主流显示技术。但其过渡产品Mini-LED显示结合8K技术及5G通讯技术，在技术及工艺上均得以实现，产品性能优异，将会成为近两年各厂家大力角逐的方向。

　　参考文献

　　[1]Chao Tian,Shu- xu Guo,Jing- qiu Liang, et al.Effects of unit size on current density andilluminance of micro- LED- array[J].Opto-electronics Letters,2017,13(2):84-89.

　　[2]MOHAMED SUFYAN ISLIM,RICARDO X.FERREIRA,XIANGYU HE,etc.Towards 10 Gb/sorthogonal frequency division multiplexing-based visible light communication using a GaN violetmicro-LED[J].Photonics Research,2017,5(2):A35-A43.

　　[3]田朋飞,顾而丹,刘冉,等.氮化镓基Micro-LED的研究现状[J].光源与照明,2018,1:1-4.

　　[4]李继军,聂晓梦,李根生,等.平板显示技术比较及研究进展[J].中国光学,2018,11(5):706.

　　[5]梅芳,何锡文,李娟,等.水溶性CdSe/CdS核壳纳米粒子制备的影响因素及其对CdSe/CdS光谱特性的影响[J].化学学报,2006,64(22):2265-2270.

　　[6]邰建鹏，郭伟玲.Micro LED 显示技术研究进展[J].照明工程学报,2019,30(1):18-24.

　　作者简介：

　　林伟瀚，男，(1984-)，2007年毕业于华南理工大学光信息科学与技术&工商管理双专业，工学学士。

　　在康佳集团从事12年的平板电视及背光模组研发工作，现任康佳集团多媒体研发中心副总经理，兼任工业设计与显示设计中心总经理。 为国内首批电视显示相关光电技术专业人才，12年来一直致力于行业新型显示技术的开发研究工作，是康佳集团新型显示技术的领军人物。

　　参与的重大项目有：

　　1、主导完成康佳从CCFL、LCD、LED到OLED及Micro LED各代显示技术的攻关工作；

　　2、作为主导单位带头人完成行业《曲面液晶电视通用标准》的制定；

　　3、2018年深圳市科学技术奖，作为第八完成人的项目《支持下一代互联网的智能终端系统研发与产业化》获得深圳市科技进步二等奖；

　　4、作为模组技术负责人参与深圳市工业和信息化局的《基于“轻打扰，悬浮式”智能交互及个性化内容定制电视操作系统》项目；

　　5、作为光电技术负责人参与国家工信部的《基于人工智能技术的新型数字家庭示范项目》项目，获得国家工信部的公示认定；

　　6、作为模组技术负责人参与深圳市工业和信息化局的《基于AVS2.0高集成度国产TVSoC芯片的4K电视研发及产业化》项目。

　　个人获得荣誉有：

　　“康佳之翼”大奖——康佳集团技术类研发最高奖项；个人荣获中国电子视像行业“2018年度彩虹奖”（技术最高奖）

　　拥有8项发明专利、11项实用新型专利。

　　杨梅慧，女，硕士，高级工程师，研究方向：电视技术

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第7期第65页，欢迎您写论文时引用，并注明出处