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Micro LED技术开启一条新的显示之路

群智咨询 2018-12-20 05:41:28


/李文正


什么是Micro LED 技术?

Micro LED技术,即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列,如LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮,可看成是户外LED显示屏的微缩版,将像素点距离从毫米级降低至微米级,结构是微型化LED阵列,也就是将LED结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化,使其体积约为目前主流 LED 大小的 1%。而Micro LED display,则是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路,然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列,从而实现了微型显示屏,也就是所说的LED显示屏的缩小版。


承继了LED的特性,Micro LED 优点包括低功耗、高亮度、超高分辨率与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等,其功率消耗量约为 LCD 的 10%、OLED 的 50%。


Micro LED优点表现的很明显,它继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,并且具自发光无需背光源的特性,更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。除此之外,Micro LED还有一大特性就是解析度超高。因为超微小,表现的解析度特别高;据说,如若苹果iPhone 6S采用micro LED,解析度可轻松达1500ppi以上,比原来的Retina显示的400PPi要高出3.75倍。另外,具有较佳的材料稳定性与无影像烙印也是优势之一。


相比OLED,其色彩更容易准确的调试,有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点。故为OLED之后另一具轻薄及省电优势的显示技术,其与OLED共通性在于亦需以TFT背板驱动,所以TFT技术等级为IGZO、LTPS、Oxide。


日渐大热的Micro LED 技术优势明显企业争夺激烈

随着SONY数年前展出Micro LED原形机的电视后,2016年CES展览又展出了更新技术的Micro LED电视,苹果也投入MicroLED的巨量转移产业,并传言未来苹果会导入Micro LED在移动设备的显示面板上,让业界对Micro LED 显示的技术充满了期待,也为LED背光和液晶面板产业受到OLED面板成长的冲击有了另一个可行的方向与选项。


苹果于2014收购美国 Micro LED 显示技术公司 LuxVue Technology,将Micro LED技术捧热。此技术甚至被业内视为继LCD、OLED之后一项重要的前沿技术。苹果积极布局MicroLED次世代显示技术,业界传出苹果将Micro LED量产技术视为重要机密,不仅与相关厂商签订严格的保密协议,并投入高达40亿美元的庞大金额,自设试量产线,针对微型化LED晶粒、半导体封装及驱动IC等进行量身打造,目的就是要加速突破MicroLED技术障碍,全力推动Micro LED商品化。另外大举招募千人研发团队,打造专有的试量产线。  

 

全球以苹果和索尼为首的行业巨头都在默默研发该项技术,其他也在 Micro LED 争战行列的国际大厂包括日亚化学、夏普、京东方、华星光电、友达、群创等,而从英国史崔克莱大学(University of Strathclyde)拆分出来的公司 mLED、美国德州理工大学(Texas TechUniversity)、法国原子能署电子暨资讯技术实验室(Leti)、从伊利诺大学(University of Illinois)分拆出来的X-celeprint 也都积极研发这一款可能颠覆未来显示行业的MicroLED 技术,甚至是三星和LG在力推OLED的同时也不甘落后Micro LED的开发。


据Micro LED供应链业者透露,尽管MicroLED投入量产仍有许多障碍,然因Micro LED被视为未来显示器市场的致胜武器,且相关技术渐具雏形,全球各大知名企业纷纷进行研发,抢占这一市场。尽管目前业界对于Micro LED技术何时能步入量产看法分歧,然部分业者预期最快约半年或1年便有机会步入商品化阶段。


 

MicroLED显示技术潜力待发台企抢先一步

在 Micro LED 领域争锋中,台湾不少大厂也已投入技术研发,包括半导体新创公司錼创(PlayNitride)、工研院、友达、群创、晶电。


苹果于2014年收购美国Micro LED显示技术公司LuxVue之前,台湾科技业者包括联发科、奇景、友达及晶电等,已是LuxVue重要股东,苹果买下LuxVue桃园龙潭厂后,便作为Micro LED等先进显示技术的秘密研发基地。


供应链业者指出,苹果选择设厂于台湾,主要系因台系业者相关团队曾加入LuxVue早期技术研发,在龙潭厂设立后亦大批挖角友达、群创及奇景等厂商技术人才,目前龙潭厂主要专精Micro LED显示色差调校技术,近来苹果频频大举招募相关技术人才,并将关键技术保留在美国研发总部,使得业界对于苹果Micro LED研发进度与导入规划仍是雾里看花。


不过,由于台系业者早在3~4年前便开始关注此一技术,部分业者将有机会打入苹果Micro LED供应链,例如台系LED晶粒大厂晶电具有红光LED产能最大及技术专利等优势,产品性能仅次于德国大厂欧司朗(Osram),若苹果采用RGB三原色技术,晶电的红光LED极有可能成为前两大供货商,有利于扩大产能出海口。


另外,目前已有多家设备商开发MicroLED生产设备,业界预期苹果龙潭厂房很可能在2017年搬入相关设备,而被苹果钦点的相关供应链业者,亦紧锣密鼓加速研发脚步,力求克服技术瓶颈,配合大客户的规格要求,例如LED磊晶必须克服波长和颜色均匀度等问题。


近期,台厂放出了大招,可以将MicroLED的发光面积压缩到全球最小,进一步解决了巨量转移问题。投入Micro LED已逾两年半之久的Mikro Mesa公司在近期取得重大突破,其创始人陈立宜表示,他们的实验室已可以做出3μm×3μm发光面积的显示器用发光像素,此为全球最小的尺寸且解决了漏电问题。而苹果目前也仅能做到5μm×5μm。


台厂相当看好Micro LED未来的发展。韩系面板厂商在OLED面板的发展上处于领先毋庸置疑,其地位已经很难被撼动,而Micro LED作为次世代显示技术,优势自不必说,若是哪一方厂商能够率先取得突破,将有可能重新洗牌目前的行业布局。


台企在Micro LED技术抢先一步,为未来抢占市场制高点奠定了很好的优势。

 

MicroLED技术瓶颈亟需克服量产需五到十年

目前,LED显示屏(LED广告牌,LED Display)主要分成室内屏、室外屏与半户外屏,主要买主是商业空间经营者,用于公共空间广告影片、广告海报轮播。过去这个领域的产品以低阶LED产品为主,LED之间的间距比较大,同尺寸画面内的分辨率相对比较低,使用的LED也比较少。


但受惠于LED芯片与封装技术的进步,可以缩小呈现画面用的LED间距,小间距LED显示屏能有更高的分辨率,观众只要亲眼比较与观赏,就能够感受到相当明显的画质进步,也有越来越多高阶市场买主下单。


小间距LED显示屏相比其他显示技术,具有自发光、亮度高、色彩优异、更新频率快与易于维护等优势,凭借着无缝拼接的特点,在拼接方面存在着较大的可塑性,在超大屏幕显示领域,目前没有其他技术能与之匹敌。主要应用领域包含战情室、会议室、控制中心、骑楼路侧与专柜展台。


目前小间距P1.6与P1.2的项目最多,因此需求最多的是1010 LED规格与0808 LED规格。受惠于市场需求,2015-2016年厂商积极开展小间距显示屏。LEDinside 预估2015-2020 年小间距显示屏主流发展趋势将从 2015年 Pitch 2.5 mm 到2020年 Pitch 0.8 mm。


Micro LED 应用于小间距显示屏产品优势明显,随着点间距微缩,传统 LED 封装成本占整体显示屏模块比重将大幅上扬。Micro-LED技术无须封装支架与金属打线,可降低传统SMD-LED 封装成本。Micro- LED 产品要求高波长均匀性,小间距用LED产品波长均一性更是要求严苛。目前量产标准下的蓝光LED波长均一性要求在±5~12nm,然而小间距显示屏波长均一性要求在±1-1.5nm。大批量、高精度转移制程提升制程产率,至少须达到99.9%。同时,PCB 也须达到客制化,以细线宽/线距与小钻孔开发,超高密度线路承载巨量Micro-LED像素,获取高画质显示效果。


相较于手环与手表,显示屏用的DriverIC也须高度客制化,高整合驱动与行扫电路简化 PCB 背板设计,提高光电转化效率,解决因高密度像素导致驱动 IC 空间不足摆放的窘境,加上驱动电路模块化设计,节省设计及制造成本。


Micro LED如果做成类似LED显示屏这样的显示面板,以数十英寸到上百英寸这样的面积,在技术上是可行的,但离商业化量产还要很远,就是需要更高速度的巨量转移技术,把一颗颗小型LED移到基板上,否则以现有技术与良率,要打造一台可用的显示器,费时过久,无法大规模量产。


随着LED的点间距微缩,传统LED封装成本其实在整体LED显示屏模组的比重,其实相对会偏高,厂商能够一直微缩传统LED晶片的尺寸,但是加上封装支架,以及打线,再怎样也有成本和技术上无法平衡的局限。未来,如果透过Micro-LED来做显示屏,就不需要封装支架与金属打线,可进一部降低传统SMD-LED封装成本。


全球的LED厂商虽相继启动微发光二极体(Micro LED)开发计划,但由于仍有瓶颈亟需克服,因此业界普遍认为Micro LED要进入商业化量产,可能还需要5~10年时间。外资券商发布最新报告,认为从晶电导入相关设备的情况来看,直至2018年都还不需要考量Micro LED带来的营收贡献度。


根据外资券商出具的研究报告指出,晶电已与美系智能手机品牌大厂合作开发Micro LED多年,而从设备供应链的开发情况来看,已有多家设备商开发Micro LED的生产设备,并预期设备很可能在2017年进厂(Move in)。


但报告认为,对晶电来说,Micro LED量产化应该是2018年以后的事,Micro LED有潜力取代OLED应用于下一代的穿戴装置上,但这部分营收直到2018年都恐怕还没有贡献。


台系LED灯泡厂东贝也认为,Micro LED要步入量产甚至成熟,恐在5~10年以后,这段时间LED产业经过长时间震荡,中国台湾地区厂商可望走出自己的路,脱离陆资厂的价格战,例如亿光的高阶手机闪光灯、小间距显示屏均已经高居世界第一;佰鸿的红外线LED产品出货成长性强;东贝则转往LED灯具、重返中高阶的背光市场,第4季到明年第1季获利有机会缓步回稳。


Micro LED即使距离量产化还有段时间,但Micro LED成为产业热点已是不争的事实,业界认为,只要在巨量转移(Mass Transfer)的良率与精确度有所克服,在小尺寸应用上指日可待。


目前全球LED业者大多未发展出稳定量产的解决方案,业界传出苹果MicroLED技术已接近小尺寸显示器商品化阶段,预期最快在2017年可望推出少量产品测试市场水温,未来在量产制程稳定后,苹果可能进行技术授权,扩大推广至旗下供货商。


部分业者则认为,苹果Micro LED技术量产时程仍为时尚早,且AppleWatch未必是外传优先导入的产品,由于小尺寸显示器的色差问题严重,在新技术尚未成熟之前,苹果可能延后导入Micro LED技术的时间点。


可以看出,与传统面板技术相比,Micro LED优势较大,在未来的发展空间也较为广阔。但现阶段,Micro LED还是有许多技术瓶颈需要突破,其中最关键的就是“巨量转移”(Mass Transfer)技术以及发光面积的微缩。

 

注:Micro LED技术是未来显示技术之一,是被业界认为可以颠覆现有LCD、OLED显示技术,因此全球各大公司纷纷抢进,作为业界的一员,你如何看待Micro LED技术?如果你想发表个人的观点和看法,请关注2016年11月21日下午,群智咨询将在北京大学研究生院(深圳西丽大学城北大校区)举办沙龙会议,赶快报名吧。

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