Micro LED商场化发展，AR一马当先-天涯论坛

m5k1umn 发表于 2024-10-10 06:54:46

Micro LED商场化发展，AR一马当先

<img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/SqcWFzV11QJq9J~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=weTMpNcGgYV0FEDrPu9ag00j6bU%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
照片源自@视觉中国
文｜AR科研媛
奋斗推进Micro LED应用于主流消费电子可能是个「漂亮的泡泡」，纸面性能迟迟不可兑现，证明可能存在某些基本性的阻碍。另一边Micro LED应用于VR/AR，发展喜人。
<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">AR的关键时刻</h2>
倘若问现今哪款AR眼镜最能勾起普通用户的消费欲，去年12月展示的OPPO Air Glass 2 ，起码让国内一众没见过世面的科技媒介印象深刻。
OPPO Air Glass 2 定制光波导树脂材质镜片，眼镜整体重量38g，号叫作自研的Spark微型光机体积比上一代减小了40%，平均入眼亮度高达1400 nits。OPPO Air Glass 2 能够用于信息提示、翻译、导航、提词器以及语音转文字等，VR陀螺在线下体验真机后这般描述，
“OPPO 二代 Spark 微型光机体积体积仅有 0.5cc，不到一颗绿豆体积。无论是从眼镜正面还是侧面看，形态、重量几乎与正常眼镜无异，戴上眼镜外出几乎不会被察觉是一款AR智能眼镜。”
太轻薄了！OPPO Air Glass 2 几乎展示了消费级AR眼镜最理想形态。
这一代关键改进，在采用了树脂材质光波导镜片和锂镁合金镜框？并非。树脂材质乃至塑料光波导镜片早有台湾和韩国厂商推出，材料折射率低光效率不高几乎没人用，OPPO Air Glass 2 最大的进步在于：负责AR图像光生成、调制、投射的最关键组件光引擎，超乎想象的纤细且强大，这得益于超低功耗+超高亮度+超小体积的JBD 单绿色Micro LED面板。
来自JBD官方的说法，JBD始终保持着MicroLED微表示器行业关键指标的世界记录：如400万尼特的绿光亮度，50万尼特的蓝光亮度，AlGaInP基的红光LED亮度最新纪录达到75万尼特。不仅如此，单色光引擎的体积能够做到仅0.3立方厘米，重量轻至1克。
这亦是2022年包含小米、李未可、OPPO Air Glass 1/2等光波导眼镜为何只表示单绿色，只能用于信息提示的原由。由于日前仅有绿光Micro LED微显屏实质工程化应用时光电转化效率最高，迈入了成熟的商场化周期。光引擎运用Micro LED面板，某种道理上是AR眼镜日前最难突破的关键技术。
OPPO Air Glass 2 其实证明了一件事，在轻薄体积和虚实融合画质（超高亮度和低延时画面）上，Micro LED技术发展，很大程度上直接决定了AR的将来。
<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">将来不确定性</h2>
在谈Micro LED商场化发展前，先讲一个八杆子打不着的名人，或许有些启发。
中国培养的做题家多如牛毛，钻研「技巧」或说招数已到化境，真正的数学家却凤毛麟角。任职于普林斯顿，可能是1949后中国大陆培养的最杰出数学家许晨阳，表率了一种非典型的中国数学家。
博士毕业后许晨阳在代数几何双有理几何方向科研「停滞」了很长一段时间，直到2010年逐步声名鹊起。他不像传统中国数学家更善于繁复冗杂的「技术」，而是构建一种「看待新事物的能力」，瞄着关键点去发力，并且足够精细。
“在我所在的行业，有些问题已然存在了40年，大众都在奋斗试图处理。这些问题亦留在我的脑袋里。我做数学的方式是跟着理论，不是依靠技术去处理一个问题，而是首要发展理论。而后咱们就会用一种全新的眼光看见新的东西...” 
一个被众人看好的新行业，倘若经过足够长期「技术试错」，依然无发展，说明新东西的底层并未被完全洞察。
如今，Micro LED由于应用终端和尺寸（像素密度）的区别，衍生出泾渭分明的工艺和技术方向：<img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/TZlS6YG8Y528GH~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=rXbyosgFc5oL%2BYeRHNsLM0X1%2BUQ%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
图表数据源自于多方资料
一是，高PPI 单片集成工艺（晶圆级键合）的硅基Micro LED微表示屏，AR/VR最理想的光学方法。二是，低PPI 在R、G、B三色LED外延片进行巨量转移的Micro LED屏幕。而基于巨量转移的Micro LED面板始终熬煎着众多科技巨头。
Apple 2014年收购LuxVue起步了一场连续迄今Micro LED面板商场化竞速。LuxVue成立于2009年，距今已有十几年，Micro LED技术之艰深必定让苹果机构始料未及：直到2023年，Micro LED仅仅是应用在小尺寸Apple Watch上都无落地。
知乎上有个垂直技术讨论，《为何会先量产OLED，而不是看似更好的microLED？巨量转移等技术难点，莫非OLED遇不到吗？》，一个很小众的专题居然有18万多浏览量，排序第1的“范饭爱可乐”击中了某些关键点：
“ MicroLED的制作和制作CPU芯片差不多，况且不需要nm级制程，微米的老制程正合适，一个芯片上通常做一个颜色的LED，红绿蓝各做一个。
（Micro LED生长晶圆）这个尺寸直接做AR/VR，hud，波导眼镜什么的能够直接用，性能出色。然则要做表示面板的话，就得一个个的切割下来，检测、焊线，再贴到玻璃基板或柔性基板上焊接，这一步便是巨量转移，mass transfer。
4K面板，可是要2400多万个LED切割，焊线，粘贴，而液晶的TFT光刻、OLED的蒸镀、印刷，再怎么繁杂，亦都是全部面板来制作，相比之下，巨量转移这简直是自虐，跟活字印刷与手工抄写的差距差不多。
为此，设备商绞尽脑汁，想了非常多办法，但这生产效率可想而知，价格自然亦就下不来。据述日前生产一个4K屏需要208小时，况且倘若有坏点还要修复替换...... ”
消费者首次看到商场化Micro LED屏幕，是在2012年1月索尼以样品展示的55英寸“Crystal LED Display”，分辨率1920*1080，面板集成为了超过207万个像素，总计约622万个RGB子像素。这寓意着600多万个LED芯片实现了「巨量转移」、连接驱动背板，其繁杂程度、良品率、成本可想而知。
此后四年索尼Crystal LED Display 几乎无任何信息。在经历了2016年、2018年两轮迭代发布后，2019年索尼欧洲的分销商AWE组织供给索尼“Crystal LED Display”正式售卖参考价格：
146英寸微型LED表示屏价格350000欧元（274万元）
182英寸微型LED表示屏价格500,000欧元（391万元）
219英寸微型LED表示屏价格700,000欧元（548万元）
另一边，2018年三星在CES First Look活动上，推出了「The Wall」146寸Micro LED电视，售价超百万。两款Micro LED成品均选取了大尺寸电视，售价高的难以置信。这并非巧合。
2012年索尼Micro LED电视的色彩表现、明暗解析、对比度基本无任何制品能够相提并论。这项技术的索尼制品很贵，并且因为产能非常低，当时基本上无大批量商场化的可能。
基于巨量转移的Micro LED面板能够取代OLED、LCD，作为绝大都数消费电子最理想的终极屏幕。但在一个方向长期尝试、持续撞墙，连续消耗心血，却始终不可突破的时候，你自然而然会思考：这是不是一条死路？
Micro LED可能存在某种本质层面无法克服的阻碍。基于巨量转移的Micro LED 能做出来，但成本基本不可能下降。
百万级、千万级LED晶粒巨量转移并且连接目的背板驱动电路，前所未有的良率需求，技术进步真能让成本下降？还有，索尼和三星将Micro LED真正落地商场化，都恰巧选取大尺寸表示（电视）可能还有一个被忽略的原由，发热。
Micro LED实质工程化的麻烦，巨量转移可能仅仅只是第1道关卡。
<h2 style="color: black; text-align: left; margin-bottom: 10px;">悲观之后还是悲观？</h2>
苹果收购LuxVue近10年发展有限，索尼连续迭代Crystal LED Display ，三星推出天价The Wall都指向一个事实：Micro LED应用于主流消费电子和表示面板技术，倘若基于巨量转移技术，工艺再怎么推陈出新，成本可能都没法明显下降。
巨量转移仅仅是Micro LED大规模商场化最前面的那只大老虎。而倘若绕开巨量转移运用单片集成工艺，最适合AR/VR的超高PPI微显屏，依然还有一群小老虎在前面，况且「小老虎」乃至会影响到Micro LED核心基本优良—低功耗高亮度，没法真正实现。<img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/TZlS6a0At6RZyH~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=DHVCGVozNBowCvssBwENKKOPCG4%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
图文资料来自AR研究媛收集整理
1.Micro-LED 侧壁效应
传统LED面积比很强，其拥有数十微米的边缘侧壁，侧壁效应并不重要。但随着Micro-LED尺寸越来越小，侧壁效应明显，光效率陡然下降。
例如传统蓝色LED的EQE能够达到80%；在实质操作中，倘若这种蓝色LED的尺寸缩减到5-10μm，则EQE将≤20%；而且由于侧壁缺陷效应（sidewall defects effect）的存在，现周期Micro LED实质的功耗表现未达理论预期，乃至差于OLED/LCD。
2.红光LED的材料选取，亮度、色彩问题
当前，蓝光、绿光LED是在蓝宝石（Al2O3）、碳化硅（SiC）或硅（Si ）衬底上生长 InGaN 等三元材料，红光 LED 大都是在 GaAs 衬底上生长 AlGaInP 四元材料。
区别于蓝光和绿光LED，四元材料的AlGaInP红光Micro LED尺寸减小引起缺陷密度增多、侧壁效应等问题更严重，效率下降更显著，且非常容易受到热量影响（驱动电流增大）而出现效率及波长的变化。
换句话说，现有AlGaInP的红光LED不仅很暗亮度低，颜色亦很难精细掌控（波峰漂移），尤其是驱动电流改变的状况下。
3.Micro LED全彩表示
除了耳熟能详的垂直堆叠像素、棱镜合色、量子点转色这些工程化的取巧办法，倘若能从源生材料层面实现单片全彩Micro LED，相比日前巨量转移或单色LED晶圆键合，那简直不要省事太多。
首要是发光材料统一，InGaN材料拥有宽带隙可调、机械稳定性高及空穴扩散长度较短等优点，并且能与InGaN蓝光和绿光LED兼容，近几年来在MicroLED行业已得到广泛的关注，全世界多股力量起始积极科研InGaN基材料在MicroLED行业的应用。
Plessy曾宣叫作，经过运用专有的应变设计的有源区来制造有效的InGaN Red LED，表示的红光波峰集中，色显纯正，并且在超小像素间距中，其效率高于传统的AlInGaP和颜色转换的红光。
Soft-EPi成功基于GaN（在蓝宝石衬底上沉积的GaN）制造出红光LED，并采用一样的办法在蓝宝石衬底上研发出蓝光LED和绿光LED，导致业界广泛关注。况且Soft-EPi已成功将红光和绿光LED集成在同一晶圆上，并计划集成蓝光LED。但红色GaN外延片的效率依然很难看。
还有，国外影响力颇大的AR光学博主Karl Cuttag在今年年初专门写了一篇文案吹捧Porotech，由于这家机构，实现了日前为止他所能看到的红色、绿色和蓝色最有效的LED。<img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/TZlS6ac8OHyPya~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=evu7SdxAGBOiZiuq%2B2Hmr%2F7OKAg%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/TZlS6bA2f6hUML~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=HvePLOIwKl08f%2FgkJvsv7yiKfw8%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;"><img src="https://p3-sign.toutiaoimg.com/tos-cn-i-tjoges91tu/TZlS7OtA5zAX57~noop.image?_iz=58558&from=article.pc_detail&lk3s=953192f4&x-expires=1728785606&x-signature=onqSVvoKys%2Fz9sN1HusUB0jXIsw%3D" style="width: 50%; margin-bottom: 20px;">
CES 2023大会的0.26英寸1280x720p、3.5um像素的手持拍照照片（无完全对焦）。Porotech测绘为蓝色为70万尼特，绿色为300万尼特，红色为70万尼特。
Porotech以多孔GaN材料来实现光效率提高，研发的DPT技术所说动态像素调节，来实现单LED芯片全光谱表示。这寓意着，同分辨率下，需要的LED数量仅有原来三分之一，像素连接驱动的触点少了三分之二，分辨率能更高、制造难度又下降、光效率又独一无二，还轻容易松实现了全彩表示。但难就难在，驱动，根据Karl Cuttag的原话，
针对Porotech的LED，你必须同期掌控电流和脉冲宽度。这寓意着驱动硅背板将更加繁杂和难以研发。但我非常爱好的是，Porotech正在处理基本问题，并将繁杂性转移到一个最后会处理的“行业”。
但比较有趣的是，针对 InGaN 基红光 Micro LED 的可行性，JBD 是这般指出的，
透过和业内知名外延厂商合作，例如 Porotech，再结合数年累积的 Micro LED 芯片技术，试图验证 InGaN 基红光 Micro LED 的可行性，但科研结果证实，InGaN 基红光 Micro LED 微表示屏的亮度只能达几百尼特，离客户应用需求差 3 个数量级，材料亦存在严重的靠谱性、颜色均匀性、色彩稳定性等问题。对此，JBD 认为红光 InGaN 外延及芯片存在短期内没法处理的基本理学问题，放弃该技术方向做为制品应用的可能。
JBD不仅把Porotech合作后的发展描绘成“差三个数量级的红光LED亮度”，被众人看好的能实现蓝、绿、红光LED材料一统的InGaN，亦是Porotech的LED材料方向，JDB居然嗤之以鼻，知道说已放弃尝试。JBD还是保持在传统AlGaInP 材料上实现红光效率突破。
日前在硅基Micro LED商场化发展、事实上领先全世界的JBD，说这话确实有底气。
牛逼闪闪的JBD，红光LED面板亮度从50万尼特提高到75万尼特，同分辨率下把体积做小，像素间距居然还能再缩小。传言中下半年要上的0.4cc RGB三面板棱镜合色Micro LED全彩光引擎，是不是真能做到高像素密度、小体积、高亮度，并且顺利量产，咱们暂且等待。

j8typz 发表于 2024-10-24 11:11:54

回顾历史，我们感慨万千；放眼未来，我们信心百倍。

m5k1umn 发表于 2024-10-30 12:39:10

你说得对，我们一起加油，未来可期。

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