Micro LED 能击败 OLED吗？

   2024年2月，经过十年多投入超过30亿美元开发自己的技术，并且在合作伙伴如amsOsram、Kullicke & Soffa、KLA-Orbotech、LG Display等共同投入了另外15亿美元来建立和提升其供应链之后，苹果公司决定取消原定于2026年商业化的Micro LED智能手表项目。

   仅仅三年前，这可能对Micro LED产业是致命的打击，但是，在过去几年中，对这项技术的投资急剧增加，许多公司已经建立了先进的试验线，一些正在建造完整的制造工厂，大多数行业参与者都大幅增加了他们的Micro LED显示专利组合的规模，使该领域的知识产权活动在多年指数级增长后，仍然保持非常高的水平。

我们认为，Micro LED行业现在已经获得了足够的动力，可以独立发展，不再需要苹果的智能手表和智能手机项目作为行业驱动力。然而，随着Micro LED量产化的推迟和OLED的不断改进，Micro LED的价值主张正在缩小，行业迫切需要加速商业化，以免OLED在Micro LED所针对的关键应用中变得过于根深蒂固，这项技术在亮度、耐用性、寿命、视角、功耗等方面可能比OLED有所改进，但为了成功，Micro LED必须专注于高度差异化的应用，并带来对消费者有意义的性能和功能差异化

   作为自发光技术，Micro LED应该保留OLED的所有关键优势，并且作为一种无机发光体，它可能在大多数方面进行扩展，并提供独特的性能和功能。

   首先，与需要高性能封装来保护脆弱的有机材料免受氧气和水分侵害的OLED不同，Micro LED由非常稳定的材料制成，不需要太多保护，这赋予了构建无边框模块或“瓦片”的能力，然后这些模块可以无缝组装成几乎任意大小和形状的连续显示。没有其他显示技术允许这样：液晶显示器需要边缘密封来容纳液晶，OLED封装要有效，必须覆盖整个有机堆叠，并至少延伸到像素边缘几百微米之外

   其次，因为它们可以在高电流下驱动而不会损坏，Micro LED可以产生很多光。高像素密度的Micro LED微显示器，亮度超过400万尼特绿色，已经可以商业获得，这种高亮度带来了Micro LED另一个引人注目的优势：与OLED相比，对于给定显示亮度，所需的发光面积要小得多，这使得开口比（像素与发射体面积的比率 ）非常高

像素中不发光的区域可以用黑色吸收材料屏蔽，提高常规显示的对比度，但这种高开口比对透明显示尤其有利。通过适当的TFT电路和像素行设计，大部分像素区域可以没有障碍物。透明显示必须非常明亮，以便提供清晰、高对比度的图像，理想情况下亮度超过2000尼特，这是另一个有利于Micro LED而不是OLED的特性。

   透明显示在各种应用中都很受欢迎，例如零售、公共信息显示以及汽车或其他交通工具。各公司已经展示了透光率超过65%的114 PPI和55%的40 PPI的透明Micro LED显示，亮度高达5000尼特，制造商还演示了可调透明度的功能。

   上述两个特性的结合，即小发射体和无封装架构，使得另一种独特的类别成为可能：可拉伸显示。可拉伸性对于显示来说很难实现。一个有希望的途径是将包含发射体和驱动电路的小刚性岛屿与可拉伸导体结合起来。

   刚性与可拉伸区域的比率决定了整个显示的可拉伸性，由于发射体的尺寸非常小，Micro LED再次具有优势。对于OLED来说，封装的需求在构建可拉伸显示时也是有问题的。目前还没有令人满意的OLED可拉伸封装解决方案，因此封装不能在整个显示上连续，而必须在像素级别进行图案化。

   可拉伸性使自由形态显示成为可能，可以沿着任何轴灵活，并适应任何复杂形状。例如，它们可以集成到织物中。对于汽车，它们将实现复杂形状的设计，并且与执行器结合使用，提供显示的可见性和功能，同时具有物理按钮的触感。这对于全球各地的交通机构来说是重要的，因为它们对汽车制造商将关键控制移至中央触摸屏的趋势表示担忧，迫使驾驶员将视线从道路上移开，这增加了分心和事故的风险。

Micro LED的固有特性也带来了一些挑战

   首先，LED的发射波长可能会随着驱动电流显著变化。这种变化在显示应用中是不可接受的。此外，Micro LED效率倾向于随着尺寸减小而降低，由于侧壁损伤，它还随着驱动电流而变化，曲线在1-10 A/cm²左右急剧上升至峰值，然后缓慢下降。对于大多数应用，Micro LED需要在非常低的电流（纳安到微安）下驱动，低于峰值效率，在缺陷主导模式下，它们的响应不稳定，可能从一个芯片到另一个芯片之间发生巨大变化，这使得提供稳定和均匀的亮度变得困难，特别是在低灰阶下。因此，与OLED相比，驱动Micro LED需要更复杂的电路。理想情况下，电路将包括电流感应晶体管、像素级补偿和脉冲宽度调制（PWM），以便以固定电流密度驱动每个LED，以消除色移。但PWM是复杂的，并且在低灰阶下，需要非常短的脉冲，这很难用薄膜晶体管（TFT）电路产生。由于载流子迁移率差，TFTs体积非常大。因此，随着像素密度的增加（更高的PPI），可用于容纳这些晶体管和电容器的空间变小。对于电视应用，通常有足够的空间，三星在其2023年的89英寸Micro LED电视中使用了19个晶体管来实现脉冲幅度和脉冲宽度调制驱动（PAM/PWM）的组合。但对于笔记本电脑、平板电脑、汽车或智能手表应用，可用空间使得难以容纳超过5-7个晶体管。在智能手机上，情况更糟，使得实现复杂驱动电路非常困难。这反过来又限制了Micro LED显示的性能和功能。在某些应用中，像素补偿和其他功能可以委托给部署在显示器边缘的硅电路。但对于移动应用，在大多数情况下，边缘可用的空间非常有限，使得这个选项不切实际。

   此外，对于许多应用，TFTs无法提供足够的电流，这限制了亮度，增加晶体管的宽长比（W/L）可以解决这个问题，但在高像素密度显示中，这进一步与空间限制发生冲突。最后，TFT和Micro LED之间存在很大的电压不匹配，因此30%到50%的功率在TFT中耗散。所有这些挑战使得实现Micro LED的高亮度、低功耗和整体最佳性能显示变得困难

使用硅CMOS电路是一个解决方案

硅的高迁移率允许制造极小的晶体管来推动非常大的电流，子像素电路可以拥有成百上千个晶体管，对于大多数应用，由于Micro LED显示的高开口比，发射体之间留有足够的空间来安置非常小的硅IC，称为微驱动器。或者，这些IC可以放置在微LED下方的下层，并通过在平面化层中的通孔连接。微驱动器可以显著降低功耗：首先，与LED的电压不匹配减少；其次，微驱动器允许每个LED在其峰值效率下驱动；第三，可以轻松实现可变刷新率；最后，可以实施像素内存（MIP），并选择只刷新需要刷新的像素，而不是对每个帧进行系统性、全显示的光栅扫描

   微驱动器也有它们自己的挑战。成本是一个问题，只有通过复用驱动架构，其中单个IC驱动一组像素，才能达到目标。微驱动器并不适合所有应用，但它们可以为更亮的显示、更低的功耗、高级性能（均匀性、高分辨率灰阶）和高级功能打开大门，其中最吸引人的功能之一是集成显示屏内传感器

   显示屏内传感器 在过去几年中，设备已经发展到包括越来越多的传感器，以增强用户体验和安全性。这些包括接近传感器、指纹识别器、用于面部识别的3D传感、虹膜扫描、前置摄像头等

   理想情况下，传感器应该完全看不见，消失在显示屏下。然而，它们需要从设备环境中收集信息，如光或声音。许多传感器还需要向外界发送信号，并收集环境如何改变这个信号的数据。显示屏对传感器与环境之间的这两种双向交换构成了巨大的障碍。

   由于高开口比和高透明度，Micro LED显示可以促进显示屏下传感器的实现，但Micro LED可以走得更远，实现显示屏内传感器，即将传感器移到前端，这将消除显示屏的任何阻碍，减少设备厚度。这些传感器以红外MicroLED、VCSELs、微光电二极管或执行器的形式，可以分布在整个显示中，并使用类似于微LED和微驱动器的大规模转移和组装技术进行组装。它们可以由TFT背板驱动，但复杂性可能难以处理。能够将复杂功能集成在非常小的尺寸中的微驱动器更适合这项工作。

   Micro LED显示制造商迅速提出在前端实现各种传感功能。来自主要显示和消费电子公司、初创公司和大学的专利家族超过两百个。描述的传感功能包括触摸、指纹识别、接近感应、光感应、3D传感（面部、手势识别）、眼动追踪、温度感应、健康传感（心率、血氧、温度、静脉成像）、无透镜摄像头、天线，甚至用于集成扬声器或压力感应的微压电元件

   然而，到目前为止，Micro LED显示屏内传感的公开演示还很少。2021年，台湾工业技术研究院（ITRI）声称在Micro LED显示屏中集成了指纹识别的单元格，但没有提供有关架构和性能的任何细节。2022年，ITRI还演示了使用红外Micro LED阵列进行发射和传感，以实现增强现实（AR）眼镜中的眼动追踪。

   2022年4月，ams-Osram展示了一种专有的显示屏内传感技术，结合了Micro LED + IR传感器。该公司演示了手指追踪功能，能够识别、旋转和缩放手指的手势，距离显示屏20-30厘米。将来，可以使用激光而不是光电二极管来测量距离和速度，并且自混合干涉测量（SMI）可以启用新功能

    微驱动器可以使显示屏的性能更好、功耗更低，并集成显示屏内传感器等高级功能。这些传感器可以进一步扩展许多设备的使用和功能，例如智能手表、智能手机、笔记本电脑和监视器（例如，在显示屏中集成摄像头，实现视频会议，参与者看起来直接注视着观众）

   然而，任何参与者都不太可能直接跳到在Micro LED显示屏中集成传感功能。在苹果智能手表项目取消后，Micro LED必须找到新的垫脚石。应用场景是技术足够差异化，但制造成本可接受。这样的应用包括汽车增强现实显示屏，以及一系列专业显示屏，其中高亮度、耐用性和透明度可能受到重视。这些应用将成为行业的新孵化器，使其能够成熟技术、增长供应链并降低成本。一旦技术足够成熟，领先的参与者可能会有足够的信心进入下一个阶段，即传感器集成。虽然这可能还有好几年，但显示器制造商和OEM很可能将被迫尝试启用“Micro LED 2.0”提供的独特能力，以带来更智能、更薄、更多样化的设备

Reading、Record、Analysis

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