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最新消息| Micro-LED如何解鎖高清無碼? | 2023-01-04 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://www.163.com/dy/article/HN8K4RQB0531MXCY.html" 五年前，蘋果iPhoneX開始搭載OLED（有機小分子電致發光顯示）屏幕；2021年，蘋果在新款MacBookPro上搭載了新的顯示技術：Mini-LED（次毫米發光二極管）。但Mini-LED不是終點站，蘋果涉足的另一項儲備技術，新秀Micro-LED（微米發光二極管）顯示技術或有望一統江湖。之所以升級顯示技術，都是為了看得更清晰、更還原真實世界。但目前，搭載Micro-LED技術的產品過于昂貴，如三星110英寸的Micro-LED電視，價格已超過百萬元，普通人根本無福消受。Micro-LED產品價格何時才能親民，手機平板何時才能上Micro-LED屏幕？本文是“果殼硬科技”策劃的“國產替代”系列第十七篇文章，關注Micro-LED國產替代。在本文中，你將了解到：Micro-LED為什麼被稱作終極顯示技術，Micro-LED的產業化難點，Micro-LED市場情況。付斌丨作者李拓丨編輯果殼硬科技丨策劃改變人類生活的顯示技術簡單來講，你可以把Micro-LED理解成將LED縮放到極小尺寸的一種新型顯示技術。其未來應用有望涉及顯示器、電視、手機平板顯示、增強現實虛擬現實混合現實（ARVRMR）、空間顯示、柔性透明顯示、可穿戴可植入光電器件、光通訊光互聯、醫療探測、智能車燈等領域。業界使用兩種方法界定Micro-LED的技術規格。一是通過芯片尺寸界定，將LED芯片縮放至小于100μm，便可稱為Micro-LED芯片（也有學者認為應以50μm為界）。根據觀看距離和人眼的極限分辨率，對芯片尺寸的要求也不同：VRAR應用觀看距離約5cm，像素密度要達到1800PPI左右，此時Micro-LED芯片尺寸為3~5μm；10英寸~12英寸的平板至少要達到300PPI的像素密度，對應芯片尺寸為20~30μm；75英寸的電視則只需43PPI，芯片尺寸往往為200μm左右。[1]不同應用對Micro-LED芯片尺寸的要求，制表丨果殼硬科技參考資料丨《電子工業專用設備》[2]另一種是通過工藝界定，由于Micro-LED芯片尺寸非常小，其長寬甚至比芯片的高度還小，導致芯片高度大于固晶面尺寸，不利于芯片在基板上固定，因此會比傳統LED增加一步激光剝離芯片基板的操作。縱觀整個顯示行業，技術持續涌現，目前市場主流技術包括TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示）、AMOLED（主動矩陣有機發光二極管顯示）、QD-OLED（混合OLED和QLED的技術）、QNED（以藍光LED作為光源的QD-OLED顯示）、Mini-LED、Micro-LED、Micro-OLED。可以簡單將現階段顯示技術分為LCD、OLED、QLED、Micro-LED四個大類，其他技術是在此基礎上的改良版或過渡版，而Micro-LED被認為是理想的顯示技術，是新型顯示時代的終極目標，有望替代現階段大面積使用的LCD和OLED。從黑白到高清彩色，CRT技術滿足了一代人對影響世界的夢想。從又厚又重到平板顯示，LCD和OLED滿足了人們對輕薄、便攜、對視力友好的要求。而現階段，唯一能達到更接近現實，甚至是能夠騙過人眼的下一代顯示技術，是Micro-LED。[3]行業人士認為，當多種顯示技術集中爆發后，最終可能只會有一兩種技術能主導市場，而最有希望的無疑是Micro-LED。[1]主流顯示技術的分類，制圖丨果殼硬科技參考資料丨《MicroLED顯示研究報告（2019）》[4]，《電子工業專業設備》[2]Micro-LED憑什麼能獲得如此高的評價？因為它不僅擁有LED的大部分優點，還具有高亮度、高分辨率、高響應速度、低功耗、體積小、易拆解、靈活度高、無拼縫等特征，能夠覆蓋絕大多數顯示應用場景[5]。與此同時，它的響應速度能夠達到幾十納秒，沒有殘像且不存在壽命問題。[3]除此之外，對比LCD、OLED、QLED等前輩，Micro-LED的主要性能參數均較為優異。現代顯示技術比較[1]過渡技術已大規模商業化Micro-LED還有一個近親：Mini-LED，可以將后者理解為LED與Micro-LED間的過渡技術。由于技術原理極為類似，業界普遍將二者歸結于一個路線中，有些情況也會被合稱為MLED。作為前序技術，Mini-LED主要解決的問題是芯片尺寸斷層問題，相關技術發展對Micro-LED具備一定的借鑒作用，其芯片尺寸一般為75μm~300μm。LED全景圖[6]Mini-LED要比Micro-LED實現起來簡單地多，不僅在芯片尺寸上更容易被實現，而且在材料上也沒有科學性的難題，已被量產投入到市場中，蘋果、三星、TCL等品牌已實現規模化量產。但Mini-LED與Micro-LED有不同應用場景，市面上Mini-LED一般作為LCD背光源出現，再結合量子點技術，實現高動態范圍顯示，而Micro-LED則直接用于制作顯示像素[7]。簡單來說，市售的Mini-LED顯示器本質上還是LCD，Mini-LED只是LCD的一個陪襯，而Micro-LED顯示器則直接發光成像。[8]自2018年開始，面板廠商陸續發布使用Mini-LED作為背光的樣機，產品尺寸達到152.4mm~685.8mm（6~27英寸），至今為止，Mini-LED背光的顯示器已擁有1398mm（55英寸）、1651mm（65英寸）、1905mm（75英寸）和2159mm（85英寸）等型號，可達8K分辨率、120Hz刷新率的高指標，可將現有顯示器對比度由10000∶1拉升至1000000∶1。[9]Mini-LED產業化行徑明晰，已具備一定出貨量。2021年，全球中尺寸Mini-LED背光面板出貨量達740萬片。到2023年，智能汽車將成為Mini-LED的新陣地。[10]基于Mini-LED背光產品的發展路線[9]作為中間過渡的Mini-LED產業一派欣欣向榮之勢，而Micro-LED依然小眾，那想讓么Micro-LED出圈，究竟難在哪里？想造，沒那么容易Micro-LED什麼都好，就是貴。究其原因，在于制造環節的難題較多，導致難以大量生產、良率較低，引發價格攀升。從表面看，Micro-LED芯片只是將LED芯片微縮化，但實際情況遠比想象中要難。從毫米級到微米級轉換的過程，本質是LED微小化、薄膜化和矩陣化，在該過程中材料生長、器件制備、驅動技術、生產工藝等步驟都發生了變化，最終產生質變。[11]Micro-LED采用的是RGB（紅綠藍）顏色標準，由于是自發光元件，想讓Micro-LED顯現圖像，就要分別做出三基色的發光芯片，以此構成一個個像素。用不同材料，可以制備不同顏色的Micro-LED芯片，如InGaNGaN基材料用于制備綠光藍光Micro-LED陣列，AlInGaPGaAs基材料用于制備紅光Micro-LED陣列，藍寶石、砷化鎵和硅等襯底上生長外延層，制備Micro-LED陣列。[12]從襯底到產品，Micro-LED顯示器會經過外延生長、芯片制造、巨量轉移、性能檢測四大工藝。Micro-LED器件制造工藝流程[2]Micro-LED器件制造簡述和難點，制表丨果殼硬科技參考資料《激光與光電子學進展》[13]，《電子工業專業設備》[2]從技術上來看，芯片制備相關的材料和設備上相對成熟，問題癥候在于制造環節，具體來說，Micro-LED的壁壘包括以下幾點：都是小惹的禍對芯片來說，尺寸做得越小，制造難度就越大，Micro-LED亦如此。Micro-LED芯片的尺寸實在太小了，將其制作成各種顯示器件時，都要考慮小尺寸帶來的影響。要取得小尺寸的Micro-LED，就要使用微縮制程技術，將LED芯片微縮后到滿足應用要求的尺寸。微縮制程技術包括芯片焊接、晶圓焊接、薄膜轉移三種路徑，技術實施得越好，像素密度就會越高。微縮制程技術實現的三種路徑，制表丨果殼硬科技參考資料丨《Micro-LED技術路線圖（2020版）》[6]，有刪改Micro-LED還有個不得不面對的致命問題：在微縮過程中，時常會產生側壁缺陷。比如，同樣是2μm的誤差缺陷，在250μm×250μm尺寸的LED上，剩余可使用率為97%，但在5μm×5μm的Micro-LED上，剩余可使用率僅為4%。[14]誤差缺陷導致芯片使用率大幅度降低[14]不僅如此，Micro-LED芯片尺寸越小，電感耦合等離子體（ICP）刻蝕區域（側壁）與有源區體積的比率就會越大，刻蝕損傷所形成的缺陷占比越高[15]。導致非輻射復合比例逐漸上升，發光效率和使用壽命下降。如尺寸從400μm減小至20μm，電流密度光效下降比例可達50%[7]。這還會導致有源區內肖克利·雷德·霍爾（SRH）非輻射復合幾率增加、輻射復合幾率和發光效率降低、引入新的漏電通道加重器件反向漏電。這些問題，在尺寸小于10μm的Micro-LED上尤為顯著。[16]芯片尺寸問題還會讓提高驅動器與Micro-LED陣列集成的效率和穩定性成為難題。簡言之，量產LED或是Mini-LED的工藝流程，對Micro-LED來說可能不再適用。巨量轉移的困境LED顯示器的每個像素點都由點陣組合而成，一個個小LED芯片組成的陣列的間距基本一致。Micro-LED也是同理。制造出芯片后，也要將大批量的Micro-LED芯片定點巨量地轉移到電路基板上，這個過程就是“巨量轉移”。與傳統的LED不同，Micro-LED的巨量轉移不僅對轉移精度、轉移速率、色彩均勻度的控制有更高要求，轉移數量也更大，4K的Micro-LED顯示器需完成兩千多萬顆的Micro-LED芯片倒裝，而8K則達到了上億顆。[17]目前巨量轉移技術有多種技術方案，包括精準拾取技術、激光釋放技術、流體自組裝技術及滾輪轉印技術等，不同技術擁有不同特性，但都存在一定弊端。Micro-LED芯片巨量轉移方式[2]具體來說，精準拾取技術對轉移設備精準度及穩定度要求極高；激光釋放技術在實施過程中可能會對芯片表面造成損傷，降低良率，此外激光設備價格昂貴；流體組裝技術需經歷3次才能完成轉移，效率較低；滾輪轉印技術可在柔性基底上實現轉移，但同樣需要3次轉移才能完成巨量轉移。[17]部分方法在實驗室可達99.99%的良率，但比起至少要達到99.9999%良率的產業化要求，相差距離較大。業界正在探尋一種易實現、良率高又較為便宜的技術方案。[18]繽紛色彩背后的挑戰為什麼顯示器能夠呈現得如此豐富多彩？因為顯示界普遍采用了RGB（紅綠藍）顏色系統，通過RGB三原色疊加合成，能夠實現肉眼可見的大部分色彩。想要Micro-LED能夠正確描繪出畫面，就要做好色彩方案，即全彩化。Micro-LED彩色化主要有兩種解決方案：一種是藍色源轉色方案，但色轉換材料存在涂布均勻性和信賴性等問題，應用較少；另一種是直接使用LED的RGB三色方案，但對Micro-LED來說，這種方案并不是拿來就能用，需要對LED大小進行相應調整，此外由于各色波長均一性差異，還會面臨光效率和良率不足的問題。[14]不同彩色化技術[17]產業鏈上的難題造出Micro-LED芯片并不代表著結束，要讓它真正顯現在人們眼前，在多個技術領域上都要有所突破。與其它芯片技術相同，Micro-LED也將牽扯龐大的產業鏈與原材料問題，從原料到點亮屏幕，分為上游、中游和下游，每個環節都與最終成品息息相關，其中較為關鍵的技術包括驅動IC、驅動背板和封裝。[19]Mirco-LED顯示產業鏈[19]產業正蓄勢待發作為終極目標，Micro-LED無疑是顯示領域的明星。2000年以來，得州理工大學教授提出Micro-LED的概念，堪薩斯州立大學制備基于Ⅲ族氮化物Micro-LED[20]，學術界自此掀起研究浪潮。尤其在2006年后，開始呈指數型增長。谷歌學術數據顯示，截止目前，Micro-LED領域已有近6000篇文獻。世界各地研究機構與廠商也相繼投入Micro-LED的研究，在消費電子巨頭牽動下，Micro-LED初步產業化。2012年，索尼發布55英寸高清Micro-LED電視面板CrystalLED，它是首個作為商業產品出現的產品；2014年，蘋果公司收購LuxVue，入場Micro-LED的技術研究，這項技術真正開始進入大眾視野，迄今為止，蘋果不僅持續推動Micro-LED技術發展，還發布了多款Mini-LED相關產品；2018年，三星于CES展推出全球首款模組化拼接的146英寸Micro-LEDTV“TheWall”；2020年12月，三星發售110英寸Micro-LED電視；2021年1月，Vuzix發布首款商業化的Micro-LEDAR智能眼鏡。[17]從專利上來看，2002年～2014年，Micro-LED專利申請總量較小。而自2017年開始，申請量開始大幅提升。[21]Micro-LED發展歷程[12]由于技術難題較多，現階段Micro-LED整體市場規模有限，業內預計，Micro-LED在2024年將實現大規模商用化。[22]據ResearchAndMarkets統計，2020年，Micro-LED的全球市場規模為10億美元，預計到2027年將以77.1%的年復合增長率增長[23]。另據高工產研LED研究所（GGII）預測，2025年全球市場規模將超過35億美元，2027年有望突破100億美元[24]。反觀國內方面，有望在大規模商用化之后沖擊800億元市場規模。[22]Micro-LED技術路線圖[6]目前市場側Micro-LED應用分為兩大方向，一是以蘋果為代表的可穿戴市場，另一個是以三星、索尼為代表的超大尺寸電視市場。短期來看，市場將集中在超小型顯示器上，中長期來看，Micro-LED將會橫跨可穿戴設備、超大室內外顯示屏幕、抬頭顯示器（Head-UpDisplay，HUD）、車尾燈、ARVRMR、投影機等多領域。[25]推進產業化的企業主要包括三類：第一類為傳統LED芯片和封裝企業，如日亞、晶電Lumens等企業；第二類為TFT-LCD和OLED等新型顯示企業，如京東方；第三類為終端企業，如索尼、三星、LG。產業化形式上則以合作為主，Micro-LED以定制化設計為主，加之技術要求較高，行業呈現高度整合態勢，面板、芯片、巨量轉移及驅動IC等廠商抱團式發展。[26]國際上，相關融資也此起彼伏，目標均指向大規模產業化。2022年1月~11月中旬Micro-LED國際相關融資不完全統計，制表丨果殼硬科技Micro-LED在國內也受到熱捧，在政策上不斷傾斜，且投融資動作頻繁。《2022MiniMicroLED顯示產業白皮書》顯示，僅2022年1月~8月，國內就有30多家企業有投資動作，涉及資金總計達415億元。[10]我國產業鏈上下游企業也紛紛在LED、巨量轉移、彩色化、檢測、修復等關鍵技術開展技術合作，形成“京東方+華燦光電”“三安+華星光電”“富采+錼創+友達+群創”三大陣營[27]。與此同時，國內已展開可穿戴顯示、高清移動顯示、車載顯示、高清大尺寸顯示、超大尺寸拼接商用顯示樣機的研發及試產工作。[18]2022年1月~11月中旬Micro-LED國內相關融資不完全統計，制表丨果殼硬科技對產業來說，Micro-LED未來之路非黑即白，從好的方面來看，市場前景一片光明，從壞的方面來看，短時是銷量的博弈。一方面，市場下行，面板行業則是砍單風暴的第一批“受害者”，消費電子需求不濟，不知道這種情況是否會在大規模商業化時有所緩解。另一方面，對普通消費者而言，他們更多關注的是產品的性能、功能及價格，對于采用是哪種技術，并不會過多關心。對于顯示廠商來說，最為重要的，可能便是思考如何讓更多普通消費者感受到Micro-LED對生活的改變。References：[1]季洪雷,張萍萍,陳乃軍,等.Micro-LED顯示的發展現狀與技術挑戰[J].液晶與顯示,2021,36(8):1101-1112.DOI：10.37188CJLCD.2021-0063.[2]蔡克新.Micro-LED顯示器量化生產關鍵技術[J].電子工業專用設備,2021.[3]楊小慧.二維到三維的突破——未來選擇Micro-LED——專訪國際信息顯示學會（SID）全球財務長、福州大學特聘教授嚴群博士[J].光電子技術,2022,42(03):167-168.[4]賽迪智庫：MicroLED顯示研究報告（2019）.2019.4.8.http:www.cena.com.cnindustrynews2019040899708.html[5]常鵬,翟玥,吳娜,等.鉀離子摻雜CsPbCl3：Mn鈣鈦礦量子點的熒光性能[J].液晶與顯示,2021,36(10):1352-1361.DOI：10.37188CJLCD.2021-0161.[6]CSIA：Micro-LED技術路線圖（2020版）.http:www.casa-china.cnuploadssoft21120212_1605156421.pdf[7]周律,鄭華,張聲浩,等.Micro-LED顯示及其驅動技術的研究進展[J].液晶與顯示,2022,37(11):1395-1410.DOI：10.37188CJLCD.2022-0157.[8]《化合物半導體》：從Mini-LED到Micro-LED顯示器.2021.7.21.https:mp.weixin.qq.comsemHt3d8M4PCAYo49NZbUjg[9]季洪雷,陳乃軍,王代青,等.Mini-LED背光技術在電視產品應用中的進展和挑戰[J].液晶與顯示,2021,36(7):983-992.DOI：10.37188CJLCD.2021-0042.[10]《上海證券報》：《2022MiniMicroLED顯示產業白皮書》發布.2022.10.14.https:company.cnstock.comcompanyscp_gsxw2022104967706.htm[11]TIANPF，MCKENDRYJJD，GUED，etal.Fabrication，characterizationandapplicationsofflexibleverticalInGaNmicro-lightemittingdiodearrays［J］.OpticsExpress，2016，24（1）：699-707.doi:10.1364oe.24.000699[12]周律,鄭華,張聲浩,等.Micro-LED顯示及其驅動技術的研究進展[J].液晶與顯示,2022,37(11):1395-1410.DOI：10.37188CJLCD.2022-0157.[13]季淵,許怡晴,陳寶良,等.硅基微顯示器發展現狀與研究進展[J].激光與光電子學進展,2022,59(20):2011007-2011007-12.https:www.researching.cnArticlePdfm00002202259202011007.pdf[14]陳躍,徐文博,鄒軍,石明明,張子博,龐爾躍,李超,邵鵬睿,徐慧.MicroLED研究進展綜述[J].中國照明電器,2020(02):10-17+21.[15]HUANGYG，HSIANGEL，DENGMY，etal.Mini-LED，Micro-LEDandOLEDdisplays：presentstatusandfutureperspectives［J］.Light：ScienceApplications，2020，9：105.doi:10.1038s41377-020-0341-9[16]WIERERJRJJ，TANSUN.III-nitridemicro-LEDsforefficientemissivedisplays［J］.LaserPhotonicsReviews，2019，13（9）：1900141.doi:10.1002lpor.201900141[17]張麗,黃志正,畢乾,張哲,樊磊.Micro-LED顯示及驅動IC技術[J].微納電子與智能制造,2021,3(04):24-31.[18]耿怡.Micro-LED技術和產業化研究進展[J].微納電子與智能制造,2021,3(03):4-7.DOI:10.19816j.cnki.10-1594TN.2021.03.004.[19]利亞德：Micro-LED顯示技術及應用白皮書.2020.10.https:video.ceultimate.com100009_1909175005MicroLED%E6%98%BE%E7%A4%BA%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%8F%8A%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%99%BD%E7%9A%AE%E4%B9%A6%EF%BC%88%E7%94%B5%E5%AD%90%E7%89%88%EF%BC%89.pdf[20]JinSX,LiJ,LiJZ,etal.GaNmicrodisklightemittingdiodes[J].AppliedPhysicsLetters,2000,76(5):631-633.[21]史敏娜,郭學軍,梁明明,王小峰.微型發光二極管(MicroLED)顯示技術的專利分析[J].科技視界,2021(34):162-163.DOI:10.19694j.cnki.issn2095-2457.2021.34.63.[22]盧夢琪.MicroLED誰主沉浮？[N].中國電子報,2022-06-14(001).[23]ResearchAndMarkets：Micro-LED:GlobalStrategicBusinessReport.2022.10.https:www.researchandmarkets.comreports4845811micro-led-global-strategic-business-report[24]高工LED：MIP封裝，什麼來頭？.2022.9.15.https:mp.weixin.qq.comsdPNur8eWBAufKViEKpoDoQ[25]廣東晶科電子股份有限公司：首次公開發行股票并在科創板上市招股說明書.2019.12.http:static.sse.com.cnstockinformationc201912e2d8fe781e2446fdbe22d584c51ed07d.pdf[26]TrendForce集邦：研報丨富采、錼創合資攻MicroLED，估至2024年MicroLED顯示應用芯片產值約5.42億美元.2022.11.11.https:mp.weixin.qq.comsxpA0U3KQPIzXTTBtj9F7KQ[27]OLEDindustry：3大MicroLED陣營形成：富采、錼創將聯手.2022.11.10.https:mp.weixin.qq.comsQ7Nun7N195ujXOV6qWcIEg如果你是投資人、創業團隊成員或科研工作者，對果殼硬科技組織的閉門會或其它科創服務活動感興趣，歡迎掃描下方二維碼，或在微信公眾號后臺回復“企業微信”添加我們的活動服務助手，我們將通過該渠道組織活動—— 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