从单管单色到单管RGB,这项MicroLED工艺不可忽视

业界 作者:青亭网 2023-02-24 17:35:07

Esther | 编辑

微显示技术商Porotech,在CES 2023期间展示了最新的MicroLED显示模组。近期,AR/VR光学领域的知名博主Karl Guttag深度分析了该公司的微显示技术,并指出Porotech带来了他见过最有趣的MicroLED技术。

Guttag表示:Porotech是本届CES上给我留下最深印象的公司,我曾在6个月前体验过其技术,而现在该公司在微显示技术上又取得了重大进展,有效性也进一步得到验证。

近年来,市面上出现了越来越多的MicroLED显示方案,比如JBD,其曾向Vuzix提供淡绿色MicroLED模组。Guttag指出,彩色MicroLED是未来的发展方向,但JBD在全彩色MicroLED的技术路径尚不清晰,仅展示过一些还不成熟的彩色显示技术。比如在2021年时,JBD曾与WaveOptics合作,展示了一种彩色3D AR方案,但Guttag认为该方案效果不理想。此外,TCL也在CES 2023上展示了基于JBD彩色3D方案的AR眼镜,不过据称图像质量有待提升。

关于Porotech

Porotech的技术特点是采用单个发射器显示所有颜色,宣称可提高RGB MicroLED的产量和可靠性。Guttag表示:Porotech的MicroLED技术还不成熟,需要复杂的驱动来实现场序色彩变化,尽管如此它依然展示了领先行业的显示技术,并且足够有效

据了解,Porotech一直在开发高性能、高效率的单色MicroLED,并利用单二极管/发射器来实现多色彩显示。

对比6个月前,Porotech获得的最大进展是提升了红色的效率。红色是MicroLED的GaN工艺中最难制造的可见光,而Porotech的多孔GaN工艺可制造出高效的红色和绿色。

细节方面,其MicroLED的外部量子效率(EQE)分别为:蓝色70%、绿色50%、红色15%,相比于市面上其他技术,其效率已经相当高。我们知道,EQE是从材料中产生的光子的效率,并非功率转换效率(WPE)。据Porotech指出,其MicroLED的WPE值不会比EQE低很多,但具体数值还不能公开。
在CES 2023期间,Guttag对该公司的技术进行实测,发现其MicroLED方案的蓝色亮度达到70万尼特,绿色亮度300万尼特,而红色则达到70万尼特。他使用相机手持拍摄了微距照片,从中可以明显看出红、绿、蓝之间的亮度差距。而这种差异可能源自粘合问题,或是LED之间的差异。

值得注意的是,在显色白色时,屏幕需要68%绿色、28%红色和4%蓝色,因此对红色亮度的要求比蓝色更高。

基于单芯片方案

Porotech貌似是唯一一家采用单芯片LED的MicroLED厂商,其拥有一种名为DynamicPixelTuning(DPT)的MicroLED工艺,特点是通过单芯片,来产生所有的可见光和不可见光。相比之下,传统的MicroLED采用三个芯片,分别产生红、绿和蓝色,它们通常采用并排或堆叠的结构。而Porotech不需要三管阵列,只需要一个LED就可以根据电流水平改变颜色,以及根据电流驱动时间来控制亮度。

单芯片MicroLED的优势如下:

  • ◎ 发光区域来自单个芯片,因此有更好的光耦合效率(降低光学扩展量);
  • ◎ 更小尺寸的像素;
  • ◎ 只需两个触点即可实现RGB显示;
  • ◎ 二极管数量是传统方案的三分之一。

缺点:

  • ◎ 驱动更复杂;
  • ◎ LED依赖于对电流和脉冲宽度的同时控制,相比之下,传统三管MicroLED单独控制电流,或脉冲宽度来控制亮度;
  • ◎ 这意味着Porotech的硅基驱动面板更难开发。

也就是说,现在Porotech还没有能驱动MicroLED的硅背板,因此正在尝试将复杂的驱动问题转移到更容易解决的领域。

另外,现在还不能确定DPT方案显示的单色,能否和单色LED一样高效或一样明亮。Porotech称,其正在着手完善DPT的单色效率和亮度,现阶段其效率已经达到两位数水平(至少10%)。

在CES活动中,该公司展示了通过时间排列RGB三色来生成白色等其他颜色的效果。

Porotech改装了一个1280x720分辨率的LCoS背板,来模拟单发射器切换RGB色彩的效果。

像素位移MicroLED

当我们讨论MicroLED的均匀性和颜色问题时,却很少讨论像素位移(或像素位移)。MicroLED的响应速度极快(通常达纳米级),因此比其他显示技术的像素位移更快。实际上,像素位移已经应用于数码相机、前置投影仪,可用于提升分辨率。在MicroLED屏幕中,像素位移主要有以下几种用途:

  • ◎ 将多颗LED移动到同一位置,让屏幕亮度更均匀,并校正不亮的像素,从而提升良率;
  • ◎  将红、绿、蓝三色次像素集中在相同位置,来实现RGB显示;这种方式可减少像素/面板的尺寸,从而绕过由较大的空间颜色像素引起的光学扩展量问题;
  • ◎ 可用来提高分辨率,原理类似相机;通常,MicroLED发光区域比像素间距小得多,因此像素响应过程可能没有重叠,可以发挥完整的分辨率优势,但是最大亮度会有所牺牲。

值得注意的是,DPT可变的空间彩色虽然在产量、效率和亮度方面有优势,但通过控制电流改变像素颜色很复杂,比通过背板控制时序空间像素更难。尽管如此,Guttag还是认为从长远来看,没有次像素位移的光机并不适用于AR。

结论

整体来讲,Porotech拥有市面上最高效的单红、单绿、单蓝色GaN技术,并有潜力实现RGB MicroLED(通过DPT工艺)。该公司致力于成为LED技术供应商,未来除了应用于AR/VR领域,其技术还可以用于微显示器、手表、手机、大型显示器等场景。

虽然该公司在MicroLED制造工艺上取得快速进展,但还没有可直接生产的产品,仍需提升设备良率和均匀性,此外还需要LED巨量转移工艺。

Guttag认为,MicroLED技术在过去6年进展缓慢,尤其是RGB显示方面,而Porotech却给他留下了很深的印象,让他重新燃起了对MicroLED的希望。

参考:
https://kguttag.com/2023/01/16/ces-2023-part-2-porotech-the-most-advanced-microled-technology/

( END)


 
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