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郑有炓院士:Micro-LED有望重塑显示技术格局
  2021-02-01

   随着5G通信网络的开通,大数据、云计算、物联网和人工智能等新一代信息技术的提升,以及社会信息化技术的推进,信息显示已成为5G信息技术生态不可或缺的生态链环节。显示将无处不在,无时不有。 

Micro-LED显示技术迎来机遇 

   在5G+8K和5G+AR/VR两大视频视觉新变革的推动下,显示行业迎来新一轮的发展机遇,同时对显示技术提出了新的要求。8K开辟超高清大尺寸显示领域,应用于5G时代体育赛事、影视娱乐、远程教学、远程医疗、智能交通和数据中心显示屏等重大的工程显示。 AR眼镜显示屏为观察者看到的真实世界叠加了富有真实感的虚拟世界信息。AR眼镜显示屏对显示视野、亮度、对比度、分辨率、刷新率、时延都有较高的要求。 

   VR显示器为观察者提供具有强烈沉浸感的高分辨大视角虚拟场景。VR视觉显示器要求更高分辨率、更高刷新率、更低时延和更低能耗等。 当前的主流显示技术在许多方面将面临新的挑战。 一是户外可视性差,LCD属于背光显示机制,不适合户外显示。OLED虽然属于自发光机制,但太阳光环境下户外可视必须增加电流或增大像素管芯尺寸。增加电流就意味着增大功耗,这不仅会降低续航能力,还会降低OLED器件的工作寿命,而增大管芯尺寸会降低分辨率。 二是大尺寸显示受限。目前OLED受良品率和稳定性以及烧屏现象的制约,成本居高不下;LCD显示屏做超大尺寸,成本也居高不下。 三是显示响应速度慢。LCD、OLED响应速度毫秒、微秒级,很难满足高刷新率要求。 四是进一步省电节能难。功耗大制约便携式移动终端的续航能力;OLED功耗难以进一步降低;LCD依靠背光模式,能效不到10%。 

   因此,新一代Micro-LED显示技术将迎来机遇。Micro-LED是将LED显示屏微缩化到微米级的显示技术,与LCD、OLED相比,它自发光,效率高;功耗低,约为LCD的10%,OLED的50%;亮度高,比OLED高30倍;超高解析度, 超过1500PPI;色彩饱和度高,120%NTSC;响应速度快,纳秒级;还具有对比度极高、可视角度宽以及无缝拼接可实现任意大小尺寸显示和使用寿命长达10万小时以上等优点。因此,被认为是一种“次世代显示技术”。 Micro-LED作为新一代显示技术,立足于与当前LCD和OLED形成优势互补的新格局,充分发挥其不可替代性的优势,聚焦高阶高端显示应用,在超大尺寸和微小尺寸两个方向开拓其商业化进程,推动Micro-LED显示技术产业化发展。 关于Micro-LED超大尺寸显示器,近年来,随着Micro-LED大尺寸显示制备技术不断取得进展,超大尺寸Micro-LED显示器商用化进程加快,开始逐步进入市场,成为当前Micro-LED产业化发展的重要方向。我国已拥有较完整的产业链,同时又有巨大的市场需求,有望构建以国内大循环为主体、国内国际双循环发展超大尺寸Micro-LED显示产业的格局。 

Micro-LED应用目前主要在AR眼镜上 

   Micro-LED微小尺寸应用目前主要聚集在AR眼镜显示上,因为AR眼镜最能发挥Micro-LED不可替代性的优势,可以支撑AR眼镜近眼显示屏对高亮度、高对比度、高分辨率、高刷新率、极低时延的要求,将推动AR眼镜产业高质量发展。 在5G信息时代,AR是继智能手机之后要发展的新一代可携带智能终端设备,面广量大,有广阔的应用前景、巨大的市场空间,比如应用在医疗保健、建筑、教育和产品设计等领域。 

   AR眼镜对Micro-LED显示屏的要求很高。嵌入AR眼镜的Micro-LED显示屏面积必须极小,不阻挡观察者看到真实的世界;AR眼镜的显示屏靠近眼睛,Micro-LED显示屏必须有高密度像素才能获得高分辨率。所以AR眼镜Micro-LED显示屏是面积极小的高分辨率显示屏。 近年来,这方面的进展比较快,已经有不少公司开发出产品。比如JBD宣布量产用于AR的Micro-LED VGA显示屏,0.13英寸显示屏的分辨率是640×480。因此,AR眼镜用的Micro-LED显示屏是目前面积最小的高分辨率显示器。 制备这样微小面积高分辨率的显示屏,常规的Micro-LED巨量转移制程等工艺技术面临严峻的挑战,要达到高性价比难度还很大,必须另辟蹊径借助硅微电子技术实现。最近Micro-LED行业研发了一种单片Micro-LED微显示技术,把微米级Si基Micro-LED阵列通过倒置结构与高效CMOS驱动背板的晶圆键合,实现晶圆级光电异质集成。单片Micro-LED微显示全彩化尚有待解决,目前已开发出蓝色或绿色的单色单片微显示阵列芯片。这种单色单片Micro-LED微显示芯片拥有广阔的应用前景。 

   单色单片Micro-LED微显示技术可以开拓“辅助现实”近眼显示和基于微型投影类的应用场景。辅助AR智能眼镜可广泛应用于体育运动光学显示、全息瞄准镜,以及水下活动护目镜等,随时给出应用场景中需要的提示、通知、导航指引、刻度标记、性能指示等信息。Micro-LED辅助AR智能眼镜作为消费类产品,用途广泛,市场空间较大。 单色单片Micro-LED的全彩化微显示可借助目前AR的技术途径来实现。例如将红、绿、蓝三种颜色的单色面板分别固定到X-cube的三个面,合成光从第四个面发出,并由一组微透镜准直及投射;也可将红、绿、蓝三个独立的单色光机通过衍射波导实现合色。 Micro-LED有望与LCD和OLED形成优势互补,协同构建光电显示技术新格局,拓宽光电显示屏尺寸范围。在高端高阶应用上,Micro-LED可以做到超大尺寸显示;在高阶消费类产品应用上,Micro-LED可以做到超小尺寸微显示,以支撑5G信息时代对显示技术的新要求。 

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