Micro LED +光波导方案成熟度仍待提升因为AR的光波导要损失90%多的效率,AR眼镜屏幕一定要高亮度。Micro LED自带的高亮度属性,能让它成为AR眼镜的主流材料,未来AR会是Micro LED小屏的主战场。
Micro LED(Micro Light Emitting Diode)又称为微发光二极体,也可以写作μLED。Micro LED是将传统LED薄膜化、微小化和矩阵化,使像素点距离从毫米级降低至微米级别,并在一个晶片上高度集成的固体自发光显示技术。
行业对Micro LED等新型显示技术尚无统一的标准。根据第三方市调机构集邦科技旗下LEDinside的定义:Micro LED指无蓝宝石衬底,且芯片尺寸至少小于75μm的微型LED芯片,其阵列可达到超高密度像素级别并具备自发光特性。
Micro LED Display主要有两大类应用趋势:1.小间距、大尺寸、高分辨率的室内/外显示屏、部分穿戴装置,主流尺寸为15×30μm至34×58μm;2.高分辨率、强便携性、低功耗、高亮度的穿戴设备显示屏,其中就包括了AR眼镜。
AR眼镜被视为Micro LED实现量产的突破口,它的兴起推动了小尺寸Micro LED的商业化进程。穿戴装置的光引擎尺寸要求非常小,大约在0.5寸至1寸之间,而AR眼镜要给人眼传递资讯,要做到4K分辨率,PPI高达4000dpi以上,每颗Micro LED的大小要求5微米以下。
Micro LED的量产受多个条件的限制,包括从前期的磊晶技术瓶颈、巨量转移(Mass Transfer)良率、封装测试,到后续的检测、维修。在磊晶和芯片方面还面临着均匀性的问题,只有达到波长均匀性<±3纳米、良率≥95%的条件,才具备批量量产的可能性。Micro LED的尺寸小到微米级别,如何在制程中把生产控制到更精准,也是取决于能否尽早在AR产品上实现Micro LED商品化的关键。
AR眼镜对Micro LED的分辨率要求高,不管是传统的PCB背板,或者是主动式的玻璃背板,都无法实现4000dpi的PPI需求。必须要改为硅基CMOS基板,但其精准性方面还在摸索阶段。
另外,以巨量转移为例,它分为基板分离和晶片取放两个关键制程:其中,基板分离是以某种作用力将晶片与源基板批量整体式分离。晶片取放是通过转移装置,将分离后的Micro LED晶片,高精度选择性地从源基板上拾取,并转移放置在目标显示基板的特定位置上。
据资料显示,Micro LED的LED晶片尺寸大约为头发丝的十分之一,体积约为主流LED大小的1%。其在巨量转移过程中的精度极高,一次转移需要移动几万至几十万颗以上的LED。传统LED晶片在封装环节,主要采用真空吸取的方式,真空管的物理极限下只能做到80μm左右,目前转移设备的精密大约为±34μm,覆晶固晶机的精密度是±1.5μm(每次移转为单一晶片)。
全彩Micro LED+光波导技术是业界公认的最佳技术实现路径,这也是AR行业多年难以突破的技术难题。虽然弹性印章转印、静电转印等已经取得了成功,但是在制造能满足AR/VR应用的高分辨率全彩Micro LED显示器仍是巨大挑战。
Micro LED晶片红光发光效率差,采用全蓝光又会面临“如何高效色转换”的问题,这使得“无法实现全彩高亮显示”成为Micro LED在近眼显示领域的主要缺陷。全彩化可能需要用到镭射转移技术,10微米以下的红光EQE(外量子效率)还未有效克服,wafer bonding做色转换的方式或将成为Micro LED在AR领域最早实现的方案。
此前,市面上已经发布的Micro LED AR眼镜,以采用单色方案为主,具体或是单目或是双目,比如OPPO的 Air Glass就是单目+单绿色显示方案,该类方案主要适用于浏览简单的资讯或导航应用等。
即使量产困难重重,也挡不住市场的努力。近年来,Micro LED在降成本方面颇有成效。在2021年之前,Micro LED晶片基本上处于试验阶段。到2022年,4/6英寸Micro LED晶片正式量产,RGB三基色Micro LED芯片成本缩减了30%以上。预估到2024年之后,传统拾取转移会转向镭射转移,将进一步降低Micro LED晶片成本。同时,新6英寸工厂的投资也将推动Micro LED晶片降成本进度。集邦科技预测,将Micro LED芯片从外延晶圆迁移到显示背板的成本,在2025年有望降到2021年的四分之一,甚至还可能会更低。