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          MicroLED商用化在即,一文了解從上游芯片到下游面板的所有玩家
          2020.02.23

          雖然MWC2020由于新冠疫情的影響取消了,但2月10日至14日的視聽設備與信息系統集成技術展覽會(Integrated systems Europe,ISE2020)依然在荷蘭阿姆斯特丹舉行了。在這次展會上,代表未來顯示技術的Mini/MicroLED在展會上備受關注。

          比如三星展出了其商用顯示設備The Wall商業版,它是三星的MicroLED產品,外形方面做到了幾乎零邊框,尺寸更是達到了583英寸,分辨率達到了8K。國內廠商國星光電發布了可量產級MiniLED顯示應用新品IMD-M05,可無縫拼接實現102英寸4K屏幕和204英寸8K屏幕;雷曼光電則推出了新一代基于COB技術的超高清0.6mm間距的MicroLED顯示屏

          其實,在1月份的CES上,不少筆記本電腦廠商推出了搭載MiniLED技術的筆記本電腦和電競顯示器等高端新品。三星推出了面向家庭的模塊化MicroLED、首爾半導體推出Micro Clean LED。康佳也宣稱已研發出首款MicroLED產品、友達推出了12.1英寸全彩主動式MicroLED顯示器。可以看出,MicroLED技術在接下來的幾年將會取得更大的進步,也會有更多的產品推出。

          MicroLED可應用在智能手表、電視、手機、平板電腦、以及AR/VR眼鏡等頭戴式設備中。目前,蘋果、Facebook、索尼、三星、LG顯示、友達光電和群創光電等企業,都已經投入到MicroLED的研發當中了。據統計,目前全球從事MicroLED開發的機構或企業已經超過140家,據Yole Développement統計,到目前為止創業公司已經籌集了8億多美元來開發MicroLED技術,僅2019年就至少籌集了1億美元。而蘋果在MicroLED技術上已經花了15~20億美元。國內的面板廠,比如華星光電、京東方、天馬等也積極參與研發,而三安光電也將MicroLED作為了未來重點發展的方向。

          MicroLED商用化在即,一文了解從上游芯片到下游面板的所有玩家


          圖1:Yole Développement預計的MicroLED產業未來4年的發展路線圖。

          什么是MicroLED,什么是MiniLED?

          通俗來講,MicroLED就是LED的微縮化和矩陣化技術。將LED(發光二極管)背光源進行薄膜化、微小化、陣列化,可以讓LED單元小于50微米,與OLED一樣能夠實現每個像素單獨定制,單獨驅動發光(自發光)。它既繼承了無機LED的高亮度、高可靠度及反應時間快等特點,又具有自發光無需背光源的特性,體積小、輕薄,還能輕易實現節能的效果。

          一個MicroLED顯示產品,其基本構成是TFT基板、超微LED晶粒、驅動IC三大塊。

          Micro LED具有以下優勢特點:

          (1)高亮度:亮度可達1000nit

          (2)發光效率高,節能

          (3)高對比度

          (4)響應快

          (5)更長的使用壽命

          (6)自發光,無需背光源

          (7)高色域

          (8)可以無縫拼接

          雖然MicroLED有諸多優點,但是由于它還有不少技術問題需要解決,比如工藝、巨量轉移、封裝技術和高成本問題。

          單拿巨量轉移來說,MicroLED需要將十萬、百萬量級的MicroLED批量轉移到TFT背板上,而由于MicroLED芯片尺寸不到100微米,要將微小芯片精準安放至基板上,形成特定序列,難度是非常大的,需要的時間也很長。


          不過現在的數據顯示,目前MicroLED巨量轉移至少可達到99.9%以上,但并不需要真的拉升至99.999%,可以通過巨量修補,以及快速檢測等方式彌補。巨量轉移的速度與產品的尺寸、間距都有關,近期實驗室的數據顯示可以達到1秒轉移1萬顆的等級。

          比如在上周利亞德的投資者交流會中,利亞德的董秘李楠楠就承認,MicroLED的制造難點主要集中在巨量轉移、檢測與修復方面,以及驅動IC的設計和工藝上。巨量轉移方面,目前轉移一個4K屏幕的MicroLED需要一個多月,而且轉移設備的精密度也無法達到MicroLED巨量轉移的精密度規格要求。而IC設計和工藝的難點在于高精度CMOS電路設計和加工,高精度共晶焊工藝控制方面。

          由于這些問題的存在,MicroLED的大規模商業化一直難以推進,因此,為了避開這些問題,MiniLED就橫空出世了。它早是由臺灣晶電提出來的,指的是晶粒尺寸約在100~200微米的LED,介于傳統LED與MicroLED之間,是傳統LED背光基礎上的改良版本。

          從本質上來看,MicroLED和MiniLED一樣,都是基于微小的LED晶體顆粒作為像素發光點, 區別在于MicroLED是采用1~10微米的LED晶體,實現0.05毫米或更小尺寸像素顆粒的顯示屏;MiniLED則是采用數十微米級的LED晶體,實現0.5~1.2毫米像素顆粒的顯示屏。

          而我們熟知的小間距LED,采用的是亞毫米級LED晶體,終實現1.0~2.0毫米像素顆粒顯示屏。

          MicroLED商用化在即,一文了解從上游芯片到下游面板的所有玩家

          圖2:MiniLED與MicroLED的性能對比。

          相比較而言,MiniLED在工藝上相較于MicroLED良率高,具有異型切割特性,搭配軟性基板亦可達成高曲面背光的形式,厚度跟OLED類似,但是省電高達80%,適合應用于手機、電視、車用面板及電競筆記本電腦等產品上。

          MicroLED產業鏈內的玩家及近動態

          目前,全球有許多廠商都在積極發展MicroLED和MiniLED的相關應用,芯片廠商有晶電、隆達、三安光電、華燦和乾照等;封裝廠有億光、榮創光電、宏齊、光磊、瑞豐光電國星光電、兆馳、首爾半導體等;IC設計廠有聚積、瑞鼎和Dialog等;面板廠有友達、群創、京東方、三星、LG顯示等;顯示屏廠商則有利亞德、雷曼等。可以說,整個行業都已經聯動起來,共同推動MicroLED和MiniLED的商業化。

          三安光電在2019年4月宣布與湖北省葛店經濟技術開發區管理委員會簽訂的項目投資合約,7月底就正式舉行Mini/MicroLED 項目的開工儀式。此項目總投資額為人民幣120億元,總建筑面積達47.77萬平方公尺,將作為Mini/MicroLED氮化鎵芯片、Mini/Micro LED 砷化鎵芯片、4K顯示屏用封裝等三大產品的研發基地。由于武漢附近涵蓋多家主要面板廠如華星光電、天馬等,將可享有供應地利之便。三安對于MicroLED 的定義為50~60微米以下,磊芯片目前雖然是以4寸為主流,但未來將會推出6寸磊芯片,目前三安MicroLED開發進度達到10x20微米,2020年將有更積極的微小化目標,并在開發三色轉移的技術,相關轉移設備已陸續導入。由于采取MicroLED串連的測試方式,不需要逐一針對單顆LED進行測試,其效率較高,是三安取得技術的重要突破,未來芯片效能也會持續提升。三安MicroLED研發進度已取得具體成果,并開始爭取量產出貨的機會。

          京東方10 月開始量產Micro OLED。京東方正以AR/VR 用眼鏡、無人機用第1人稱視角(First Person View;FPV)護目鏡、投影機等應用為目標,持續研發中。正積極爭取供應Micro OLED 給華為、大疆創新、小米等業者機會。以客戶所要求的光學、材料、產能等三大要素而言,在光學要素的80 度視角方面,京東方Micro OLED 目前僅具46度水平,尚須擴大視角才能適用于AR/VR 用眼鏡。

          材料方面,京東方量產中的Micro OLED 面板具1,500nit(cd/m2)亮度水平,須持續改善紅、綠、藍光(RGB)等有機發光材料,將亮度提升至3 倍以上,達5,000nit,才可應用于投影機。產能方面,京東方將以投影機用Micro OLED 月產50 萬片為目標。相較于既有采玻璃基板的LCD 面板已屬成熟技術,現以降低生產成本與改善良率等為重點,在硅晶圓上制作的Micro OLED 新技術尚處起步階段,相對須重視拓展應用,強化與各領域業者合作,以滿足光學、材料等新要求條件。

          利亞德在2019年12月25日與臺灣晶元光電股份有限公司(以下簡稱“晶元光電”)的全資子公司—— 元豐新科技股份有限公司(以下簡稱“元豐新科技”),及無錫市梁溪區人民政府 (以下簡稱“無錫市梁溪區”)簽署了《關于Mini LED和Micro LED顯示項目合作框架協議》(以下簡稱“框架協議”)。

          根據協議內容顯示,利亞德與元豐新科技將共同推動Mini LED和Micro LED顯示技術在研發、生產和應用領域的發展,雙方擬在無錫市梁溪區累計總投資10億元人民幣,合資建設Mini LED和Micro LED顯示項目基地。

          合資公司將租用梁溪區山北街道無錫光電新材料科技園內元亮科技工業廠房,該項目計劃于2019年12月啟動實施,2020年正式投產,2023年1月達產。合資公司首期注冊資本為3億元人民幣。

          在芯片方面,武漢光電工研院攜手華引芯發布可量產的小規格MiniLED。在第十六屆“中國光谷”國際光電子博覽會上,武漢光電工研院及孵化企業華引芯科技聯合發布了自主研發的MiniLED芯片級封裝產品,這是目前可量產的小規格MiniLED,據了解,該MiniLED封裝產品規格為380×380微米,產品厚度小于200微米,采用三合一方式,將分別顯示紅、綠、藍三色光的芯片封裝在一顆燈珠中,構成單位點可獨立控制的全彩像素光源。其像素點間距可低至0.5毫米,這是當前RGB自發光顯示應用MiniLED能做到的點間距極限值。

          結語

          過去人們認為MicroLED要做到10微米以下將面臨瓶頸,但從現在的實驗和試做成果來看,3微米巨量轉移已經做出不錯的成果了,以目前顯示技術能夠轉移2~5微米大小的芯片,可以制造出搞到1800dpi等級的高精密度顯示器,雖然穩定性生產可能要面臨一些挑戰,但是已經看到目標。只要能夠把良品率做上去,成本降下來,那MicroLED的前景將充滿想象力。

          至于MiniLED,據李楠楠透露,蘋果的新一代iPad Pro和Macbook Pro將會采用MiniLED模組,供應商應該就是臺灣晶電,因此,晶電的MiniLED產能基本已經被蘋果占滿。而隨著想蘋果這樣的大客戶的采用,要是反響不錯的化,對市場將有著強大的號召作用,其他的廠商也會跟進,這將給MiniLED的大規模商用鋪平了道路。

          可以預見,2020年將會有一批MiniLED的產品推向市場,但MicroLED的真正商用估計要等到2021年了。


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