国立交通大学谢汉萍:Micro LED与未来显示

来源: VR网 作者:zxd 阅读:110 2018-11-08

  11月7日,京东方全球创新伙伴大会-2018 (BOE IPC-2018)在北京盛大开幕,全球相关领域专家学者、企业高管齐聚北京,共同探讨物联网细分领域应用、技术及未来趋势。国际电气与电子工程师学会会士、美国光学学会会士、国际信息显示学会会士谢汉萍参加显示器件论坛并发表演讲。

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  以下为演讲实录:

  首先要感谢我们的主办方能够给我这样的机会,参加本次盛会。而且之前Lars教授进行了Micro-LED进展,这对于我想要给大家讲的东西已经打下了非常好的基础。我认为我们现在的LED可以为手机应用情形或者AR情形把它放大或者缩小。

  现在关于物联网方面的应用,你可以看到物联网底层架构由我们的各种设备组成的。我的这个幻灯片是一个月前做好的,我当时对于本次大会主题还不了解,恰好非常契合本次会议的主题。

  下面我们来看一下,现在我们已经看到了AR、家居、汽车行业、可穿戴设备等等都需要更加的高性能表现的显示器。所以对于应用而言,我们的要求,对于显示器,比如说它的一个透明度,它的可靠性,它的传感以及柔性的架构以及所有的一些特性,还有像是移动的设备而言都提出了更高的显示器方面的要求,也需要它更加的整合起来才能够使得我们提出更好的产品。

  这是我们在CES2018年大会当中看到的一些创新的显示屏的照片,这些显示屏而言,很显然是能够在CES大会上最先进的,136寸能向我们展示Micro-LED的应用场景,无论是从显示方面还是从它的透明度方面都可以看到。

  在汽车行业,是另外的一个应用场景。我们在自动驾驶过程当中,你只需要坐在汽车当中更好的享受一个整体车载环境,因为你已经有了辅助驾驶,你需要有更多的时间需要来有更好的显示,包括在光方面、透比度方面以及颜色方面,如同你在家里面的享受。所以你可以在这样节能方面也提出更高的要求,这些都能解决。

  我的这个幻灯片应用于其他场景,不好意思它是用中文写的。之前我是受到了中国科技部的邀请,让我做一次演讲。主要是来对于行业的趋势以及这些科技进行一些演讲,主要的主题词,不管什么样的设备而言,它都需要有一个比较好的性价比,从这个角度而言,我们已经开始有了一些可折叠、卷起的设备,它的显示屏一定要足够好,足够柔性才可以。

  我们可以看到,它的面板是可以折叠、卷曲的,所以它可以采取各种不同的形式。这当然也是取决于各种不同的应用场景和不同的环境。我们的设备复杂性是千变万化的,而且工厂成本越来越高,我们和京东方的关系,可以追溯到京东方建5代线之前,也就是说大约是15年到20年之前了,所以这是非常高兴的一件事儿。看到京东方现在成为一个动力来源,对于整个的15年的显示产业发展来讲在驱动,现在已经达到10.5代线了。当然现在越来越贵,我们是不是能找到更具成本效益的方法来支持。

  下一个问题,显示无所不在,我们如果能把LED的规模变小,变成芯片那样的大小,比如说从几个毫米下降到了微米级的,它的PPI分辨率能够大于好几百甚至上千,目前是一个挑战。

  设备的复杂性,早期时候好几个发言人都谈到了,这里也可以清晰的看到。从薄模晶体管到OLED,如果OLED能够实现可以减少很多材料,我并不是说材料不好或者材料学对这个行业不重要,它一样重要,因为我们在材料方面有很多新的发展可以实现。

  接下来我想借一张幻灯片,来自于我的同事他比较了一下好几个关键性因素,LCD、LED、OLED、Micro-LED属性特征的对比。回顾历史非常有趣,有好几个重要参数,一个是PPI还有AR、VR、UHD需要达到上千PPI甚至两千PPI还有亮度、耗电、色域、曲度、响应时间以及视角等等所有这些参数都结合在一起。

  看起来微LED是非常独特的一种设备。它可以在持续十年,甚至更久的时间。我们举一个例子,比如智能手机需要柔性强有力的,高亮度、高能效的特征。所有这些LED都可以满足,当然了成本非常重要。如果能够降低成本的话,我觉得很显然这对于微LED来讲是一个利好。

  在这里我们就强调了一些重要的参数,从功效或者能源效率角度来看,它有自由形式、低能耗、透明或者是轻薄、柔性、高对比度更为鲜艳的颜色等等,还有VR、AR,这些在未来都有可能使用微LED。但是微LED也面临相似的问题。

  我接下来要讲的挑战如果能力得到解决,我觉得Micro LED会非常好。最大的市场是手机,你可以看到达到500PPI现在是最高的,LCD和LED如何达到这些PPI的要求,而且成本很重要。这里我们列出主要的问题,对于Micro LED应用趋势来讲,比如对PPI,对智能手机我们寻求的是超过500PPI,对于AR、VR一定要超过1000,还有不同的亮度,这些亮度是平均数。还有屏幕尺寸也可能有很多变化,还有象素数可能达到1000万,至少从1000万象素起步,从市场角度来讲,我们可以参考一下。

  这是来自于市场调研公司,他们往往是对于新技术进行一些调研。我们在讲Micro LED之前做一个小小的比较,Mini LED和Micro-LED的比较,mini LED是大于100微米,从应用角度来讲核心技术需要得到解决,Mini LED至少从今天来讲,对于背光应用是非常有意义的。正如董先生之前所讲的那样,因为我们看到在这种低亮度的情况下,我们可以提升对比度,在Micro-LED也有一系列的问题。但如果去看一下生产工艺,从一开始要进行LED制造,我不是这方面的专家,早些时候已经有人讲过,怎么样去制造高度效率的RGB芯片。接下来就是怎么样去实现RGB,红、绿、蓝、白LED,背板可能是玻璃级、硅基背板,对于大的显示屏有薄膜背板,最终要进行设备的集成。这就是一个工艺流程,这一点跟我们所知道的不同,这里涉及到LED的制造。

  这里有了新的技术叫做巨量传输,也就是说怎么样去将总共上千万的,非常小规模的芯片巨量的传输到晶圆上面。所以我想给大家展示一下我们的观点。我可能会给大家来看一下,究竟Micro-LED有哪些方面的挑战?首先是制造方面的挑战,因为我们必须要高效才行,尤其对于小器件来讲,纳米丝是一个解决方案,任何人如果开发芯片规模是小于两微米这样会使得尺寸下降很多,怎么样克服挑战,提升效率?

  第二点,色彩转换,比如红绿蓝三色,不同批色制造颜色不同,对于色彩的转换是非常敏感的。

  第三点,巨量转移。

  第四点,背板制造。尤其薄膜晶体管LED背板制造,之后背板在传输的过程中如果发生损坏如何进行修复或者替换等等。

  接下来我们来看一下LCD巨量传说、TFT背板、OEM从LED制造开始各个环节,我们怎么样去合作?我很抱歉这里边全是汉字,对于颜色转换,RGB用蓝光LED它可能转换速度更快,或者是用绿色片都会有它的生产制造的问题。比如用绿色片,这是我不喜欢的,因为效率的问题,很显然它下降到了三分之二,所以说这是一个非常大的挑战。

  还有巨量传输或者巨量转移。这是在工程设计上面有很大的挑战,这里是一个例子,任何一个工程世界当中,如果达到小数点后6个9西格玛,点9999的话西格玛,意味着每一百万个象素只有一个坏点,所以我们看4K×2K的颜色显示的话,会有多少呢?2500个LED,会有25个坏点。如果对BOE来讲,比如有5个坏点就会使得产品的品级降到B级和C级,所以对我们的不良率管理以及运行维护方面提出了很大的挑战。

  还有另外巨量转移,我们看到不同公司的办法不同。怎么样提升效率?不管用哪种方法你都要去面对这个次的问题。所以怎么样去降低次品率?对于面板的制造商,生产更大面板是一个挑战。其中一个是IC,从一边传输到另一边,它可能这个挑战非常的大。这种加载,很显然对于背板来讲非常的重要,你可以用低温多晶硅,或者其他的材料让它速干,TFT是一个驱动因素来驱动干燥的过程。

  接下来你需要提升它的精度、准确率,如果有任何的失误的话需要进行修复,这非常的重要。去解决和处理返工的次品问题。所以这一点,肯定要求非常高效的自动化的检测手段。

  还有驱动,我们有更高效的驱动来控制颜色。所以我们看一下专利的布局情况是非常有趣的。我们都知道Micro-LED主要专利持有者是苹果公司,但是如果去看一下,现在进行的专利申请还是非常的多,这是一个非常开放的竟技场。巨量转移Micro-LED制造是另外的一个方面,这是一个非常开放性的问题。IPC是一个创新伙伴大会,这么多伙伴在一起一定有更多办法让技术趋向成熟。要实现很高的PPI自由形态,穿透性,提高生命周期以及提升它的可扩展性,我们需要在LCD和LED以外寻求更多的解决方案,LED是已经存在了20年到30年了,但是怎么样让它变得更为微小?并且可以适用于很多不同的用途,是否可以普遍的使用它?这样取决于好几个不同的问题。

  比如RGB W以及它的驱动、集成,这些芯片可以是硅积、玻璃、PCB、基板的等等,它是否能够在支持技术上实现很高的效率、很高的良率还有巨量转移的问题。

  最后一点是成本效益。它是否能达到很好的性价比?如果它不能的话就不是下一个技术。所以这就是我的发言,我非常想要赞赏我的学生所进行的一个研究在这个方面。所以感谢大家的聆听,谢谢!

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