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微显现科普 一文看懂微显现技能MicroLED、硅基OLED、LCOS、LCD

发布时间:2022-09-29 12:58:19 来源:米乐m6官网

  微显现器是具有微型屏幕尺度和分率的小型化显现单元,又称为微型平面显现面板。一般指对角线厘米)的显现器,常被用于光学引中,其生成的图画作为光学体系图画的来历。它们的小尺度使其能够用于需求占用较小空间的屏幕的各种运用中,例如头戴式显现器和数码相机。它们还广泛用于背投电视和数据投影仪中。微显现器能够经过一系列显现技能制作,干流技能包含:硅基液晶(LCOS)、液晶显现器(LCD)、数字微镜器材(DMD)、数字光处理(DLP)、硅基OLED( OLEDOS)、Micro LED等。数据来历: Sigmaintell, Oedia,语、新通讯、广发证券发展研究中心(补白:硅基OLED国内厂家还有京东方、湖畔、梦显等等,上述表格列出仅供参考)硅基液晶LCOS( Liquid Crystal on Silicon)是LCD与CMOS集成电路有机结合的反射型新式显现技能。其结构是在硅片上,运用半导体制程制作驱动面板,然后在电晶体上透过研磨技能磨平,并镀上铝当作反射镜,构成CMOS基板,然后将CMOS基板与TO导电玻璃上基板贴合,再注入液晶,进行封装测验。LCOS技能运用的是液晶分子本身的双折射特性,藉由电路的开关以推进液晶分子的旋转,对入射光线的偏振进行调制。当液晶层像素的外加电压为零时,入射的S偏振光经过液晶层,其偏正方向不发生担转,到达底部金属反射层反射回来时仍为S偏振光,穿过液晶层射出。随后经过PBS棱镜反射回到本来光路,在这种情况下,光线不进入投影光路,没有光输出,即此像素出现“暗态”。反之,当像素存在外加电压时,入射的S偏振光在经过液晶层时,偏振方向将发生偏振,当其经金属反射层反射,再出穿过液晶层时将变为P偏振光。这東P偏振光在穿过PBS棱镜是,将进入投影光路,在屏幕上显现成像,即出现“亮态”。施加在像素两头电压的大小将影响液晶分子的光通功用,然后决议该像素的显现灰阶。LCOS面板最大的特征在于下基板的原料是单晶硅,因而具有杰出的电子移动率而且单晶硅可构成较细的线路。其次,LCOS为反射式技能,不会像 HTPS LCD光学引擎会由于光线穿透面板而大幅下降光运用率,因而光利率率可进步至40%,与穿透式的 HTPS LCD的3%相较,可削减耗电,并可发生较高的亮度。最终,其本钱较低。LCOS光学引擎由于产品零件简略,可运用现在广泛运用、廉价的CMOS制作技能来出产,需额定的出资,因而具有低本钱的优势。并可随半导体制程快速的微细化,逐步进步解析度。LCD( Liquid Crystal Display)即液晶显现器,其结构是在两片平行的玻璃基板傍边放置液晶体,下基板玻璃上设置TFT(薄膜体管),上基板玻璃上设置五颜六色滤光片,经过TFT上的信号与电压改变来操控液晶分子的滚动方向,然后到达操控每个像素点偏振光出射与否而到达显现意图。LCD技能最大的优势是其制作エ艺十分老练,本钱较低,而且运用寿命较长。可是LCD一般用穿透式投射的方法,光运用功率低,解析度不易进步。而且LCD在显现黑色时无法封闭背光源,而是经过液晶分子阻挠光线,因而会表现出一种灰白色这一特色也导致了LCD对比度低的下风。数字光处理DLP( Digital Light Processing)投影体系的中心是数字微设备芯片DMD( Digital Micromirror Device)。DMD是一块一般有多达130万个铰接装置的米级微镜组成的矩形阵列,一个微镜对应一个像素。DMD面上的微镜装置在极小的链上,在DLP投影体系中,微镜向光源倾时,光反射到镜头上,相当于光开关的“开状况。当微镜向光源反方向歪斜时,光反射不到镜头上,相当于光开关的“关”状况。镜每秒“开”或“关”几千次,当微镜开的次数比“关”的次数多时,反射得到的是一个有灰度级的亮像素,反之,反射得到的是一个有灰度级的较暗像素。DLP由于以镜片为根底,进步了光通功率,因而DLP投影体系比一切其他显现体系具有更强的亮度。可是,由于其规划难度大、出产本钱高、体积大等下风,现在首要运用于投影机商场。硅基OLED微型显现器是结合CMOSエ艺和OLED技能,以单晶硅作为有源驱动背板而制作的自动式有机发光二极管显现器材。硅基OLED器材结构包含驱动背板和OLED器材两个部分。驱动背板运用规范的CMOSエ艺制作,构成硅基OLED微显需求的像素电路、队伍驱动电路以及其他的功用电路。在CMOS电路的顶层金属中一般制作高反射的金属,作为OLED器材的阳极。OLED器材部分一般包含空穴注入层空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、半通明的顶电极。在顶电极上制作薄膜封裝层,用于阻隔水氧,接着旋涂通明贴合胶层,贴合玻璃进行器材强度维护。硅基OLED选用老练的集成电路CMOSエ艺,并结合了OLED快速呼应、大视角、低功耗等杰出长处,不光完结显现屏像素的有源寻址矩阵,还完结了如SRAM存储器TCON等多种功用的驱动操控电路,削减了器材的外部连线,増加了可靠性,完结了轻量化,像素尺度为传统显现器材的1/10,精密度高于传统器材。可是硅基OLED亮度低、制作本钱高,现在多运用于VR显现以及AR显现。2) 作业温度宽,LCD 不能在极点温度如 0℃下作业,有必要额定加热元件,而在高温下又必 须运用冷却体系,一切这些解决方案都会添加整个显现器的分量、体积和功耗。而 OLED 为全固态器材,不需求加热和冷却就能够作业在-46℃~+70℃的温度范围内。3 ) 高对比度,LCD 运用内置背光源,其对比度为 60:1,而 OLED 微显现器的对比度能够 到达 10,000:1。4) 呼应速度快,OLED 像素更新所需时刻小于 1s,而 LCD 的更新时刻一般为 10~15ms, 相差了 1,000 到 1,500 倍,OLED 的显现画面更流通然后减小视疲惫。从未来商场视点来看:2021 年全球硅基OLED 在中国产商火上加油下开端放量,估计 2021-2027 年出货量完结 CAGR 65.21% 的增加。硅基OLED 是 CMOS 技能与 OLED 技能的紧密结合,是无机半导体资料与有机半导体材 料的高度交融。CMOS 技能首要运用光刻工艺、CMP 工艺等,湿法制成较多,而 OLED 技 术则首要选用真空蒸镀技能工艺,以干法制程为主。两者皆专业且杂乱,将两者集成于同 一器材之中,关于工艺技能要求十分苛刻。1)硅基 IC 规划与制作:首要触及集成电路的规划和制作,别离由 IC 规划团队和 foundry 厂完结;硅基 OLED 微显现器传统制程。a 为器材结构截面示意图,b 是制作流程。其 中流程 1~7 为大片制作。从流程 8 切开后,即为 dice 制作流程。流程 1 为硅基芯片的制 造进程,由集成电路晶圆代工厂依照客户的规划和要求进行出产制作;流程 2~7 为 OLED 的制作流程,在 OLED 工艺代工厂制作完结。其间,流程 2 和 3 为像素阳极的制备进程, 包含阳极资料的成膜及其图画化,触及较多湿法制程。在传统的硅基 OLED 微显现器制作 工艺中,该制程由 OLED 工厂来制作完结;流程 8~9 由集成电路芯片封装厂完结;流程 10 为模组与体系开发,将硅基 OLED 制作成微显现器模组供用户运用。

  硅基OLED 制作设备触及微电子和光电子制作设备。其间阳极制作需求金属溅射成膜设 备,阳极图画化则触及晶圆清洗设备、光刻胶涂覆设备、曝光设备、显影去胶设备、烘烤 等设备,这些均属半导体设备。OLED 制程段则需求 OLED 蒸镀设备、薄膜封装设备以及 玻璃贴合封装设备等,这些设备集成为一套体系,在一系列真空和惰性气体气氛内完结。

  硅基OLED 显现器材以单晶硅作为衬底,在单晶硅衬底上选用标 准的 CMOS 工艺制作显现驱动电路,以供给 OLED 显现所需的像素驱动部分、队伍驱动部 分以及其它所需的 DAC 转化等功用电路。在单晶硅衬底上接着制作 OLED 发光单元,由于 硅片衬底不通明,需求制作顶发射 OLED 器材。首先在衬底上,制作高反射率的金属作为 阳极,阳极电极具有较高的反射率能够完结较高的出光功率。接着制作空穴注入层、空穴 传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等有机半导体层,构成 OLED 主体发光单元。最终,为了完结光从顶部出射,需求制作半通明的金属层作为阴极。由于OLED 器材怕水 氧等损坏,在阴极上需求制作薄膜封装层,用于阻隔水氧,在封装层上,进一步贴合玻璃 进行器材强度维护。

  驱动芯片架构:驱动芯片选用 0.18m的 CMOS 工艺规划,驱动背板包含像素电路、队伍 驱动、DAC、I2C、数据处理、电源模块、温度检测等功用模块。芯片选用 数字接口,针对高分辨率的运用要求,运用数据采样与比较完结数据传输,驱动芯片像素 选用电压型驱动方法。由于 OLED 器材在不同的温度条件下,器材亮度改变较大,因而在 芯片中集成了温度传感模块,能够实时监测芯片作业温度,完结芯片在高低温下准确调理 电压输出,来调理器材的显现亮度,坚持器材显现的安稳和共同。硅基 OLED 器材包含控 制电路芯片部分和显现驱动芯片部分,为了便利用户运用芯片,在驱动芯片中集成了三路 电源模块,包含正压 DC-DC 模块、负压 DC-DC 模块和 LDO 模块。这三路电源模块,可 别离完结给像素整列、OLED 显现的公共阴极和芯片中的操控电路供电。

  Micro LED即LED微缩技能,是指将传统LED阵列化、徽缩化后定址巨量搬运到电路基板上,构成超小距离LED,将毫米等级的LED长度进一步微缩到微米级,以到达超高像素、超高解析率。

  Micro LED被视为下一代微显现器技能、 Micro LED显现器不需求大面积的基板进行光刻或蒸腾,也不需求一个杂乱的进程来转化色彩和避免亮度下降。从理论上讲,Micro LED能够很简略,本钱更低,画面功用更高。

  最要害的是,Micro LED 显现器模块的制作工艺没有完结类似于 LCD 或 OLED 的规范化,而且每个制作商都在开发自己的共同工艺和产品技能。这使 Micro LED 显现器制作工艺杂乱、品种繁多。

  此外,设备和东西都是定制的,本钱很高。一起,参加制作工艺的公司许多,包含 Micro LED 外延片制作商、PCB/LTPS 制作商、批量搬运制作商、驱动器集成电路(IC)制作商、机柜拼装制作商、模块化制作商和OEM/ODM制作商。触及的制作商越多,转型本钱就越高。

  来历:Omdia,三星 ─ 相片由 Park Ken/Omdia 在 2020 年 1 月内华达州拉斯维加斯的“2020 年消费电子展(CES)”拍照

  批量搬运工艺:存在许多可选的批量搬运工艺,例如静电搬运、电磁搬运、激光搬运、印模搬运、全体搬运、射流搬运、逐个固晶搬运和可拉伸巨量搬运,每一种都有其优缺点。

  检修:如有必要,需求对每个 Micro LED 芯片组进行检修。由于稀有百万乃至数千万个亚像素,即便良品率到达 99.99%,仍需修正存在缺点的 Micro LED 芯片组。检修十分耗时。