AR 디스플레이 풀 컬러 분석

Micro LED는 미크론 수준의 LED를 픽셀 발광 장치로 사용하여 고휘도, 고대비, 높은 픽셀 밀도 및 접합과 같은 여러 장점이 있습니다. 현재 AR에 가장 적합한 디스플레이 기술로 간주됩니다.

 

현재 AR 헤드셋에서 MicroOLED는 경량, 높은 픽셀 밀도, 대비, 응답 시간, 전력 소비 등의 장점으로 최근 몇 년 동안 새로 출시된 AR 헤드셋의 주류 디스플레이 솔루션으로 점차 자리 잡은 것으로 보고되었습니다.

 

그러나 MicroOLED는 밝기의 단점으로 인해 Birdbath 및 자유형 표면과 같이 광 활용률이 높고 경량화가 제한된 광학 솔루션과 함께 주로 사용되어 헤드셋 효과 측면에서 실내 애플리케이션에 더 적합합니다.

 

마이크로 LED는 미크론 레벨 LED와 결합된 실리콘 기반 기술을 통해 높은 픽셀 밀도, 고휘도 및 저전력 소비와 같은 일련의 성능 요구 사항을 충족할 수 있으며 광 도파관 광학 솔루션과 결합하여 경량 장비를 달성할 수도 있습니다.

 

따라서 애플리케이션 수요의 관점에서 AR 헤드셋은 마이크로 LED 기술 혁신의 가장 큰 원동력이 될 것입니다. 특히 애플이 마이크로 LED 스마트워치 프로젝트를 취소한 후 이러한 요구는 더욱 중요하고 시급해졌다.

 

마이크로 LED는 다양한 매개변수에서 상당한 장점이 있으며 크기가 더 작습니다. 마이크로 LED는 LED를 기반으로 한 소형 디스플레이 기술로 각 픽셀이 독립적으로 빛을 방출 할 수 있으며 마이크로 LED는 고밀도 및 저밀도를 가지며 ARVR에 대한 적용은 고밀도 마이크로 LED, PPI > 2000, LED 입자 크기는 1-10μm에 불과합니다.

 

마이크로 LED의 핵심 장점은 다음과 같습니다 :

1) 고휘도 (100,000 또는 수백만 니트의 밝기, 회절 광파 도입 눈 밝기는 1000nit 이상에 도달 할 수 있음);

2) 빠른 응답 속도(나노초 수준);

3) 소비자 등급 AR에 적합한 더 작은 크기(JBD 마이크로 LED 풀 컬러 조명 기계 "Hummingbird" 0.4cc, LBS/Micro OLED 0.5-1cc, 새로운 LCOS/DLP 1-2cc와 비교), 고대비, 넓은 색 영역, 낮은 전력 소비, 긴 수명 및 기타 장점.

 

AR Micro LED는 물질 전달 기술이 필요하지 않지만 측벽 효과, 낮은 적색광 효율, 복잡한 풀 컬러 기술 등의 어려움이 있습니다.

 

1. AR Micro LED는 질량 전달 기술을 포함하지 않습니다: 질량 전달(LED 실리콘 웨이퍼 기판에서 성장한 Micro LED를 드라이버 백플레인으로 전송)은 MicroLED 대량 생산 및 제조의 핵심 문제이며 전달 수율 및 정확도 요구 사항이 매우 높지만 AR 디스플레이의 작은 영역으로 인해 픽셀 크기와 간격이 몇 미크론에 불과하고 질량 전달 기술이 관련되지 않습니다.

 

2. 마이크로 LED 측벽 효과: 마이크로 LED 픽셀 크기가 줄어들고 칩 주변 면적 비율이 증가하여 측벽의 표면 재결합이 증가하고 비방사 재결합률이 증가하여 광전 효율이 감소하고 또한 장치 준비 공정의 ICP 에칭도 측벽 결함을 악화시키고 측벽 효과는 Micro LED의 실제 전력 소비 성능에 영향을 미칩니다.

 

3. 마이크로 LED의 불충분 한 적색 효율 : 청색 및 녹색 LED는 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 기판에서 자란 InGaN과 같은 삼원 재료이며 대부분의 적색 LED는 GaAs 기판 AlGaInP 4 차 재료에서 성장합니다.

 

소재 혁신

(예: InGaN 적색광 마이크로 LED) 및 기술 최적화는 마이크로 LED 적색광 효율 부족을 해결하는 주요 방법이며, 10월 23일, JBD는 0.13인치 마이크로 LED 적색광 칩 밝기가 100만 니트를 초과했다고 발표했으며, 그 중 차세대 AlGaInP 에피택셜 기술은 마이크로 LED 표면의 비방사 재결합 효과를 크게 약화시켜 <5um 크기에서 적색 마이크로 LED의 광 효율이 급격히 감쇠되는 추세를 지연시켰습니다. 칩 패시베이션 기술과 결합하여 적색광 크기 효과의 병목 현상을 더욱 돌파합니다.

 

마이크로 LED 적색광 효율이 충분하지 않습니다.

LEDinside 통계에 따르면 2023년에는 9개의 Micro LED AR 안경이 출시/상장될 예정이며(2022년에는 3개만 가능), 그 중 6개는 흑백 Micro LED입니다. 현재 Micro LED 풀 컬러 기술은 주로 색상 조합 기술, 퀀텀닷 기술 및 모놀리식 스태킹 기술의 세 가지 범주로 나뉩니다.

 

2023년 MicroLED AR 안경

1). 색상 합성 기술 : 현재 AR 분야에서 풀 컬러 마이크로 LED의 대량 생산 기술은 색상 합성 기술이며, 1) X-Cube 색상 합성 (프리즘 색상 조합) : R, G, B 3 개의 흑백 패널이 X- 큐브 (프리즘)의 3면에 고정되고 3 가지 색상은 X- 큐브 색상 조합 후 네 번째 표면을 통해 보내지고 마이크로 렌즈 그룹에 의해 시준 및 투사되며 X- 큐브 방식 모듈의 부피는 1.4cc 미만입니다.

 

2). 광 도파관 색상 조합 : R, G, B 3 개의 독립적 인 단색 광학 기계가 색상 조합에 사용되며 일반적으로 다층 광 도파관 / 다중 도파관 커플 링 입구와 함께 색상 조합을 달성합니다.

 

JBD 마이크로 LED 색 구성표

3). 퀀텀닷 기술: UV/청색 LED 발광 여기 양자점 또는 형광체 재료를 통해 색상 변환을 달성하기 위해 형광체의 입자 크기가 크기 때문에 일반적으로 양자점이 사용되며 양자점은 여기된 후 나가는 빛의 방출 파장을 조정하기 쉽고 색상 비율을 통해 RGB 3색 빛을 방출하여 풀 컬러를 얻을 수 있습니다.

 

퀀텀닷의 좁은 절반 최대 너비와 넓은 흡수 스펙트럼, 높은 발광 효율로 인해 높은 색상 순도와 채도를 나타냅니다. 현재 양자화 기술의 실제 적용에 대한 과제는 주로 열악한 재료 안정성, 짧은 수명 및 열악한 색상 균일성 문제에 있습니다.

 

퀀텀닷 기반 Micro LED 제조 공정

4). 모놀리식 스태킹 기술: 모놀리식 풀 컬러 마이크로 LED는 더 넓은 시야와 더 작은 광학 및 기계적 볼륨으로 더 넓은 범위의 응용 가치를 가지고 있어 AR 안경의 시스템 수준 통합을 단순화하고 광학 손실을 줄이며 더 높은 도파관 시준 효율을 달성할 수 있습니다.

 

1) 2023년 2월, MIT 팀은 어레이 밀도 5100PPI, 크기 4μm, 적층 구조 높이 9μm의 2차원 재료층 전사를 사용하여 풀 컬러 수직 적층 마이크로 LED를 개발했습니다. 2) 8월 23일, JBD는 세계 최초의 0.22인치 2K 해상도 모놀리식 풀 컬러 수직 적층 마이크로 LED 프로토타입 Phoenix를 출시했으며, Phoenix 프로토타입 스택의 총 두께는 5μm 미만으로 캐비티의 흡수 손실을 최소화할 수 있으며 기본 에피택셜 소재는 높은 플럭스 밀도 빛을 방출할 수 있으며 마지막으로 최대 100만 니트의 밝기를 달성할 수 있으며 모든 기본 색 구성표는 더 높은 색상 품질과 순도로 좁은 절반 최대 전폭 FWHM 스펙트럼을 달성할 수 있습니다. 프로토 타입은 25 년에 대량 생산 될 예정입니다.

 

MIT 풀 컬러 수직 적층 마이크로 LED

JBD 기본 컬러 RGB 화면은 좁은 FWHM 스펙트럼을 가지고 있습니다.