¿Ha llegado la edad de oro de Mini LED, Micro LED y Quantum Dot?

- Jan 13, 2021-

Los productos de la familia LED utilizados en pantallas, AR/VR, automóviles y televisores están constantemente innovando. ¿Pueden todos estos productos innovadores estar disponibles comercialmente?


Muchas tecnologías LED han hecho grandes avances, y cada segmento del mercado tiene sus propias ventajas, desventajas y madurez. Los puntos MiniLED, micro LED y quantum tienen un gran impacto en la tecnología LED existente, pero, hasta ahora, una observación cuidadosa de cada segmento de mercado muestra que la mayoría de ellos aún no han alcanzado la etapa de uso comercial rentable a gran escala.


Mini LEDs


Como fuente de luz para retroiluminación, mini LED significa un mayor número de LED, pero más pequeño que los LED utilizados actualmente, lo que permite pantallas más delgadas y mejora el contraste local, similar a los OLED. En aplicaciones automotrices, cumple con los requisitos de la industria para alto contraste y brillo, ajuste de superficie y durabilidad. Los mini LED son fáciles de fabricar en fabs existentes, y la producción en masa y la precisión de la unión de virutas se pueden lograr fácilmente.


Pero el mini LED todavía se enfrenta a algunos desafíos. Para las aplicaciones de teléfonos inteligentes, los mini LED se enfrentan a un fuerte oponente de OLED, que se degrada para que solo se utilice en segmentos de mercado de gama alta debido a su rendimiento de costos. Los mini LED de tipo directo pueden lograr la atenuación local; se pueden utilizar para pantallas curvas, y se espera que el costo de TV resultante sea entre un 20% y un 30% inferior al de la versión OLED. Sin embargo, a medida que aumenta el número de LED utilizados, también surgen problemas de disipación de calor. Además, más áreas de atenuación locales requieren un mayor número de LED, aumentando así el número de CIRCUITOS integrados. Por lo tanto, aumenta el costo para mejorar el rendimiento, que es un desafío importante para los mini LED.


Micro LED


Por el contrario, el micro LED es más innovador que el mini LED en términos de rendimiento, tecnología y estructura básica. Micro LED es comparable a la tecnología OLED existente en términos de tiempo de respuesta y ángulo de visión, pero es mejor que OLED en términos de brillo, durabilidad y consumo de energía.


"Desde la perspectiva de los diseñadores de pantalla o OEM, esta tecnología aún no ha tomado forma", dijo Eric Virey, analista senior de tecnología y mercado de Yole Développement. "Incluso si se resuelven los problemas restantes, se debe establecer una cadena de suministro. Por lo tanto, aunque podemos ver algunos productos micro LED impresionantes en los próximos años, el número debe ser limitado. Realización a gran escala El uso comercial tomará al menos dos o tres años. En ese momento, también se desarrollarán tecnologías competidoras como OLED o puntos cuánticos electroluminiscentes. El rendimiento es un aspecto, pero la compatibilidad de costos es más importante".


Con el avance de la tecnología, los micro LED tienen una manera confiable de reducir costos y pueden competir en mercados de alta gama para diversas aplicaciones, como televisores, realidad aumentada (AR), realidad virtual (VR) y dispositivos portátiles. En el campo de los teléfonos inteligentes, el costo de OLED impulsa el micro LED para alcanzar su límite tecnológico en términos de tamaño de chip.


Plessey Semiconductors es un proveedor que ha hecho progresos significativos. La pantalla micro LED de la compañía para auriculares alcanza 10 veces la resolución, 100 veces la relación de contraste y 1.000 veces el brillo en comparación con los OLED tradicionales, mientras que el consumo de energía es sólo la mitad de OLED. En 2019, Plessey también demostró sus primeras gafas AR/VR equipadas con micro LED en el CES. Vuzix ha planeado abandonar el uso de OLED en sus gafas inteligentes de última generación y en su lugar adoptar la tecnología micro LED de Plessey.


Puntos cuánticos


Existen tres tecnologías de puntos cuánticos en diferentes etapas de desarrollo:


Los puntos cuánticos de conversión de color son una especie de tecnología "plug and play" que Samsung utiliza en sus productos de TV "QLED", y Vizio también tiene aplicaciones en su serie de productos "P-Quantum". Esta tecnología añade una capa de película de puntos cuánticos a la luz de fondo de la pantalla LCD. Los puntos cuánticos pueden convertir la fuente de luz azul del LED en luz azul, verde y roja más pura, mejorando así la gama de colores, la eficiencia energética de la pantalla y/o el brillo.

Los puntos cuánticos electroluminiscentes o EL-QD son más innovadores. No hay ningún proceso de conversión de color de LED a puntos cuánticos.


QD-OLED combina la conversión de color OLED y QD, utilizando píxeles OLED azules para excitar puntos cuánticos estampados situados en la parte superior del OLED para convertir píxeles rojos y verdes. En comparación con la tecnología OLED que utiliza filtros de color, logra un mejor brillo y eficiencia a un menor costo.


Samsung Display (Samsung Display) confirmó recientemente que está desarrollando paneles QD-OLED a gran escala para televisores, que son una combinación de puntos cuánticos y tecnología OLED. Utiliza una luz de fondo OLED azul detrás de la capa de película de puntos cuánticos, que puede proporcionar un mayor brillo, un rango de color más amplio y puede reducir los costos de producción. Sin embargo, Samsung anunció recientemente el establecimiento de un comité de revisión de inversiones en abril de 2019, que será responsable de tomar decisiones sobre los planes de Samsung para producir paneles de QD-OLED TV. Si se aprueba el plan, se espera que la producción en masa comience a finales de 2020 o principios de 2021. La pregunta es, Samsung planea comenzar la producción de prueba en 2019, así que ¿es este plan un plan de operación normal o un plan algo retrasado?


Además, en el campo de los micro LED, Plessey ha cooperado con Nanoco Technologies para aplicar la tecnología de nanopartículas de semiconductores de punto cuántico libre de cadmio (CFQD) de Nanoco para reducir el tamaño de píxel de las pantallas micro LED monolíticas. Plessey integró los puntos cuánticos Nanoco CFQD en áreas seleccionadas de la oblea LED azul para agregar luz roja y verde. Esto reduce el tamaño de píxel más pequeño hoy en día en un increíble 87%. Este proceso puede proporcionar pantallas micro LED más pequeñas y de mayor resolución para dispositivos AR/VR, relojes y dispositivos móviles, al tiempo que mejora la representación del color y la eficiencia energética.


¿Es factible hacer las cosas por separado?


De acuerdo con las diferencias en diversas tecnologías LED, y la medida en que estas tecnologías deben transformarse a partir de materiales, procesos y cadenas de suministro existentes, sólo la cooperación es la forma más eficaz de lograr un desarrollo y una reducción de costos más rápidos. "Las asociaciones son fundamentales para la innovación y el desarrollo de productos, especialmente para superar los principales cuellos de botella tecnológicos", dijo Roger Chu, investigador asociado. "Si no hay asociación, es posible que esas tecnologías de nicho fronterizo no se desarrollen con éxito".


Roger también dijo: "En la actualidad, generalmente se cree que una vez que los micro chips LED y la tecnología de transferencia de masa están listos, los fabricantes pueden producir con éxito micro pantallas LED. De hecho, la tecnología micro LED aún no está madura, y en diferentes procesos de fabricación todavía se enfrenta a muchos cuellos de botella. Por lo tanto, los fabricantes en campos relacionados deben trabajar juntos e invertir más en el desarrollo de la tecnología".


Virey de Yole también expresó la misma opinión en los campos OLED y EL-QD. "Los materiales OLED o EL-QD se dispersan en tinta y se imprimen en el plano posterior de los transistores. Vemos que muchas empresas independientes de materiales de puntos cuánticos están desarrollando sus propios materiales, y muchos fabricantes de pantallas líderes, como Samsung, TCL o BOE no sólo está trabajando duro en su propio desarrollo, sino también cooperando con empresas de materiales independientes. La colaboración es esencial. Cada material debe fabricarse con precisión para que funcione bien con todos los demás componentes."


Virey señaló además que el proceso de fabricación y la arquitectura básica de los micro LED son completamente diferentes. Las dos industrias de LED y pantalla se combinan, y hay pocos puntos comunes. Los procesos y herramientas aún no existen. El establecimiento de una cadena de suministro completa requiere un trabajo colaborativo entre fabricantes de LED, fabricantes de herramientas, fabricantes de pantallas y varias start-ups de micro LED. Estas start-ups son a menudo pioneras en el desarrollo de algunas tecnologías clave.


Un ejemplo reciente de cooperación es el reciente anuncio del Grupo EV y Plessey de introducir la tecnología micro LED monolítica GaN-on-silicon (GaN-on-Si) de alto rendimiento en el mercado masivo de aplicaciones de REALIDAD Aumentada.


La innovación trae sorpresas


Según Virey, ha visto al menos dos sorpresas en la industria hasta ahora. "En los últimos dos o tres años, el micro LED se ha transformado de una 'idea loca que nunca funcionará' en un candidato confiable en tecnología de pantalla. Piénsalo: para producir un micro LED TV de 8K, se requiere casi 1 montaje. Un micro LED del tamaño de mil millones de bacterias tiene una precisión de 1 m. No puede haber ningún error, y debe completarse en pocos minutos para estar a la máxima de su costo".


Virey agregó: "Cuando la industria discutió por primera vez esta idea, la mejor tecnología de montaje en el mercado puede tomar meses o años para montar un televisor. Ahora, varias empresas han desarrollado muchas transmisiones masivamente paralelas. Y el método de montaje, que hace que el micro LED sea cada vez más cercano a la realidad. Por supuesto, todavía hay muchos desafíos en el futuro, pero esto ya no es una idea loca".


También habló sobre la tecnología QD-OLED de Samsung. "Francamente hablando, no creo que nadie se lo tomó en serio hace 18 meses, pero para entonces Samsung podría haber establecido su primera fab. La viabilidad de tal velocidad se debe al hecho de que Samsung ya ha invertido mucho tiempo. Y el dinero se utiliza para habilitar las dos principales tecnologías necesarias para QD-OLED: OLED y puntos cuánticos. Cuando Samsung se dio cuenta de que podían combinarse en la tercera tecnología, ya había hecho grandes progresos en estas dos tecnologías. ."


Todavía hay muchos desafíos, pero el mercado de LED se está desarrollando rápidamente. Muchas empresas, incluyendo Apple, Plessey, Samsung, AU Optronics, etc., están avanzando constantemente. Muchos prototipos y nuevas características serán lanzados a corto plazo, pero desde la perspectiva de los diseñadores de pantalla o OEM, todavía se requiere algo de paciencia.


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