蘋果自身從事研發(fā)顯示面板,Micro LED技術(shù)遭遇瓶頸,能否挑戰(zhàn)LCD和OLED?
在今年秋季推出的十年版手機(jī)中,蘋果將在公司歷史上第一次使用有機(jī)屏(OLED),由三星顯示器公司供貨。不過據(jù)外媒報(bào)道,蘋果之前也收購了擁有micro-LED顯示技術(shù)的公司,并且自身從事顯示面板的研發(fā),這讓三星、LG等屏幕廠商產(chǎn)生了一定的擔(dān)憂。
據(jù)美國科技新聞網(wǎng)站Apple Insider報(bào)道,今年晚些時候,蘋果將會開始生產(chǎn)micro-LED顯示屏,初期將用于第三代蘋果手表,目前蘋果手表中使用了有機(jī)屏。
在顯示面板領(lǐng)域,蘋果過去沒有技術(shù)儲備。不過在2014年,蘋果收購了一家名為LuxVue的公司,獲得了該公司的micro-LED技術(shù),而在過去幾年時間里,這種顯示面板技術(shù)開始引發(fā)了行業(yè)關(guān)注,而蘋果也在積極進(jìn)行開發(fā)。
Micro-LED被看好成為新一代顯示技術(shù)除了液晶之外,有機(jī)屏被認(rèn)為是液晶面板的替代產(chǎn)品。在蘋果之前,三星電子等許多手機(jī)廠商已經(jīng)開始使用有機(jī)屏幕,這種屏幕畫質(zhì)更好、更加省電,厚度更薄,另外可以進(jìn)行彎曲設(shè)計(jì)。
實(shí)際上,有機(jī)屏技術(shù)已經(jīng)問世了多年,但是其成本遲遲難以下降,但是過去幾年,有機(jī)屏量產(chǎn)技術(shù)獲得突破,拉低了成本。市面上已經(jīng)出現(xiàn)了大量的有機(jī)屏手機(jī)和電視機(jī),未來相關(guān)的制造商將會更多。
微發(fā)光二極體顯示器(Micro LED Display)為新一代的顯示技術(shù),結(jié)構(gòu)是微型化LED陣列,也就是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行薄膜化、微小化與陣列化,使其體積約為目前主流LED大小的1%,每一個像素都能定址、單獨(dú)驅(qū)動發(fā)光,將像素點(diǎn)的距離由原本的毫米級降到微米級。
承繼了LED的特性,Micro LED優(yōu)點(diǎn)包括低功耗、高亮度、超高分辨率與色彩飽和度、反應(yīng)速度快、超省電、壽命較長、效率較高等,其功率消耗量約為LCD的10%、OLED的50%。而與同樣是自發(fā)光顯示的OLED相較之下,亮度比其高30倍,且分辨率可達(dá)1500PPI(像素密度),相當(dāng)于Apple Watch采用OLED面板達(dá)到300PPI的5倍之多,另外,具有較佳的材料穩(wěn)定性與無影像烙印也是優(yōu)勢之一。
而大尺寸方面,就是成本的競爭,Micro-LED競爭優(yōu)勢并不明顯。Micro-LED在大尺寸方面的挑戰(zhàn)非常大,這么多年來,與LCD、OLED相比,LED在成本上并沒有形成優(yōu)勢,而且從Micro-LED實(shí)際投入和進(jìn)展來看,Micro-LED影響力沒有想象得那么大。LCD成本低、良率穩(wěn)定,競爭力非常強(qiáng)。就像當(dāng)年LCD和PDP一樣,LCD和Micro-LED未來的競爭不單純涉及到技術(shù)的競爭,還牽扯到產(chǎn)業(yè)鏈以及生態(tài)的競爭。
制程種類及技術(shù)發(fā)展對于半導(dǎo)體與芯片的制程微縮目前已到極限,而在制造上的微縮卻還存在相當(dāng)大的成長空間,對于Micro LED制程上,目前主要呈現(xiàn)分為三大種類:Chip bonding、Wafer bonding和Thin film transfer。
Chip bonding(芯片級焊接)
將LED直接進(jìn)行切割成微米等級的Micro LED chip(含磊晶薄膜和基板),利用SMT技術(shù)或COB技術(shù),將微米等級的Micro LED chip一顆一顆鍵接于顯示基板上。
Wafer bonding(外延級焊接)
在LED的磊晶薄膜層上用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻(ICP),直接形成微米等級的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)之固定間距即為顯示劃素所需的間距,再將LED晶圓(含磊晶層和基板)直接鍵接于驅(qū)動電路基板上,最后使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離基板,僅剩4~5μm的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)于驅(qū)動電路基板上形成顯示劃素。
Thin film transfer(薄膜轉(zhuǎn)移)
使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板,以一暫時基板承載LED磊晶薄膜層,再利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻,形成微米等級的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu);或者,先利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻,形成微米等級的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu),再使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板,以一暫時基板承載LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)。
最后,根據(jù)驅(qū)動電路基板上所需的顯示劃素點(diǎn)間距,利用具有選擇性的轉(zhuǎn)移治具,將Micro LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行批量轉(zhuǎn)移,鍵接于驅(qū)動電路基板上形成顯示劃素。
Micro-LED能否挑戰(zhàn)LCD和OLED?目前,Micro-LED可以形成兩大應(yīng)用方向,一個是以蘋果為代表的可穿戴市場;蘋果專攻Micro LED的小尺寸應(yīng)用,看上了Micro LED顯示技術(shù)公司LuxVue Technology,于2014年5月收購LuxVue,取得多項(xiàng)Micro LED專利技術(shù),欲加快布局相關(guān)技術(shù)專利。當(dāng)時蘋果這項(xiàng)收購引發(fā)了市場關(guān)注,認(rèn)為蘋果可望在Apple Watch與iPhone上采用新一代的Micro LED技術(shù),但因不愿過于依賴面板廠,于是轉(zhuǎn)而將LuxVue收歸麾下,以取得Micro LED領(lǐng)域的技術(shù)主導(dǎo)權(quán)。
一個是以Sony為代表的超大尺寸電視市場。2012年Sony發(fā)表的55寸“CrystalLEDDisplay”就是Micro LED Display技術(shù)類型,其FullHD解析度共使用約622萬(1920x1080x3)顆micro LED做為高解析的顯示劃素,對比度可達(dá)百萬比一,色飽和度可達(dá)140%NTSC,無反應(yīng)時間和使用壽命問題。但是因采單顆Micro-LED嵌入方式,在商業(yè)化上,仍有不少的成本與技術(shù)瓶頸存在,以致于迄今未能量產(chǎn)。
今年Sony在CES展出的Micro-LED顯示器──CLEDIS已在分辨率、亮度、對比都有極佳的表現(xiàn),已為Micro-LED。
目前來看,Micro-LED市場集中在超小尺寸顯示上。例如智能手機(jī)、智能手表、VR等。這些設(shè)備上,Micro-LED主要和OLED競爭。而后者現(xiàn)在已經(jīng)有數(shù)千億元的投資在路上,產(chǎn)能在大量形成。Micro-LED則還處于攻克最基本技術(shù)的門檻上。
更為重要的是,智能手機(jī)作為小尺寸應(yīng)用的主要市場,對于Micro-LED而言依然意味著“尺寸偏大”,即成本偏高;VR作為最佳潛力股,需要極高的像素密度,OLED已經(jīng)在發(fā)展1000PPI+的VR面板,這無疑加大了Micro-LED的制造難度;智能手表上顯示的核心需要除了節(jié)能,并沒有特別要求,但這一市場總?cè)萘繒容^有限——因?yàn)樗膯闻_顯示面積很小。
所以,選擇Micro-LED作為逆襲方向,首先是放棄中大尺寸顯示市場;第二是核心技術(shù)“還在突破的路上”,恐怕時間不等人;第三是預(yù)期目標(biāo)市場前有OLED后有QLED,“壓力山大”。
Micro-LED的發(fā)展瓶頸Micro-LED如果做成類似LED顯示屏這樣的顯示面板,以數(shù)十英寸到上百英寸這樣的面積,在技術(shù)上是可行的,但離商業(yè)化量產(chǎn)還要很遠(yuǎn),就是需要更高速度的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù),把一顆顆小型LED移到基板上,否則以現(xiàn)有技術(shù)與良率,要打造一臺可用的顯示器,費(fèi)時過久,無法大規(guī)模量產(chǎn)。
根據(jù)LED inside統(tǒng)計(jì),目前Micro-LED顯示技術(shù)上帶來的制造成本仍高達(dá)現(xiàn)有顯示產(chǎn)品的3~4倍,因而廠商正積極透過增加產(chǎn)品附加價(jià)值,以及改善芯片、轉(zhuǎn)移技術(shù)良率以達(dá)到成本下降目標(biāo),估計(jì)若要取代現(xiàn)有LCD產(chǎn)品還需3~5年的時間。
Micro- LED產(chǎn)品要求高波長均勻性,小間距用LED產(chǎn)品波長均一性更是要求嚴(yán)苛。目前量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)下的藍(lán)光LED波長均一性要求在±5~12nm,然而小間距顯示屏波長均一性要求,甚至要低到±1-1.5 nm。如果是Micro LED,要求會更嚴(yán)格。
換言之,量產(chǎn)規(guī)模下,高精度轉(zhuǎn)移制程去提升制程產(chǎn)率,至少須達(dá)到99.9%以上的水準(zhǔn),甚至是99.999%這樣更好的狀態(tài)。
這樣一來,產(chǎn)業(yè)需要用到的PCB板,也要能夠完成客制化的要求,透過細(xì)線寬/線距與小鉆孔開發(fā),借由這種超高密度線路,才有辦法承載巨量Micro-LED畫素,對消費(fèi)者與用戶來說,就可呈現(xiàn)高解析度、高畫質(zhì)的顯示效果。
此外,Micro-LED制造成本居高不下,原因在于相關(guān)技術(shù)瓶頸仍待突破,如良率的提升、「巨量轉(zhuǎn)移」(Mass Transfer)技術(shù)等,且由于涉及的產(chǎn)業(yè)橫跨LED、半導(dǎo)體、面板上下游供應(yīng)鏈,舉凡芯片、機(jī)臺、材料、檢測設(shè)備等都與過去的規(guī)格相異,提高了技術(shù)的門坎,而異業(yè)間的溝通整合也增加了研發(fā)時程。
Micro-LED制造過程中關(guān)鍵的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)可用來轉(zhuǎn)移微型LED,同時也可轉(zhuǎn)移傳感器等微小電子組件,讓Micro-LED的應(yīng)用更添想象空間。未來無論在車用顯示、VR裝置,甚至是AR投影、光學(xué)感測、指紋辨識等領(lǐng)域,都有機(jī)會是Micro-LED技術(shù)大放異彩的舞臺。
此外,對于Micro-LED的發(fā)展,如果要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模Micro-LED顯示的制造,必須要將包含LED制造、顯示制造和技術(shù)轉(zhuǎn)移與組裝這三個主要的不同的專業(yè)知識和供應(yīng)鏈結(jié)合在一起。
與傳統(tǒng)顯示器相比,Micro-LED顯示的供應(yīng)鏈復(fù)雜而冗長,每個過程至關(guān)重要,有效管理每一個方面將是具有挑戰(zhàn)性的。沒有一個人可以解決所有的問題,似乎不太可能實(shí)現(xiàn)完全垂直整合。