未來顯示之爭再起，下個(gè)潛力技術(shù)會(huì)是Micro LED？

OLED在顯示行業(yè)的熱度還沒達(dá)到頂峰，Micro LED就出來“截胡”。今年伊始Micro LED頻頻出現(xiàn)在公眾視野，而蘋果秘密研發(fā)Micro LED的傳言一經(jīng)出現(xiàn)，似乎就讓未來顯示大戰(zhàn)的風(fēng)向，又出現(xiàn)了改變，三星在今年的CES2018上最為重磅的一條消息就是推出了搭載Micro LED技術(shù)的The Wall電視新品，國內(nèi)面板行業(yè)巨頭京東方也已經(jīng)加入了Micro LED的研發(fā)，LG又向歐盟提交了三個(gè)Micro LED相關(guān)新商標(biāo)的申請(qǐng)，巨頭們紛紛加入Micro LED市場，顯示格局將變，Micro LED會(huì)引發(fā)下一次顯示器革命嗎?

被視為終極LED，期待很高

OLED屏幕因其比液晶屏幕具有可彎折、較省電的特性，而被寄予厚望，但iPhone X的銷量卻不如市場預(yù)期，加上華為、小米、Oppo等中國廠商可能不會(huì)那么快采用這種技術(shù)，這種屏幕目前正面臨過產(chǎn)和降價(jià)疑慮。

同時(shí)，OLED屏幕容易顯色錯(cuò)誤和屏幕殘影(burn-in)的缺點(diǎn)也是問題。屏幕測試公司DisplayMate執(zhí)行長Raymond Soneira表示：“OLED能存活下來，只是因?yàn)橛腥?、蘋果、LG這些口袋深的大廠在持續(xù)投入，從我?guī)啄觊_始關(guān)注OLED，其表現(xiàn)就一直在排行榜最底。”去年蘋果iPhone X也未帶起廠商搶用OLED屏幕的熱潮，使這種屏幕面臨過產(chǎn)和降價(jià)危機(jī)，OLED已經(jīng)面臨后起之秀技術(shù)Micro LED的長期威脅了。

Micro LED又被稱為μLED或者微型LED，由發(fā)光二極管構(gòu)成，因此和OLED一樣都屬于自發(fā)光技術(shù)的屏幕。之所以叫Micro LED，是因?yàn)檫@種技術(shù)的本質(zhì)是把LED微縮化和矩陣化，把LED單元微縮至小于50微米的級(jí)別，從而實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)自發(fā)光。

一圖看懂Micro LED相對(duì)LCD和OLED的優(yōu)勢(shì)：

從上面的結(jié)構(gòu)圖也不難看出，Micro LED一大優(yōu)勢(shì)是薄，而且體積很小。

相比起LCD和OLED，Micro LED擁有無機(jī)LED高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，而且也更容易實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

另外，Micro LED的發(fā)光效率和發(fā)光能量密度比LCD和OLED更高，其中高發(fā)光效率令Micro LED的功率消耗量約為 LCD 的 10%、OLED 的 50%，而高發(fā)光能量密度讓Micro LED達(dá)到同等亮度只需要OLED 10%左右的涂覆面積，還能夠達(dá)到超高的1500 PPI(像素密度)，各項(xiàng)指標(biāo)在理論上都非常棒。

Micro LED本質(zhì)上是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)

今天，micro LED還沒有一個(gè)普遍認(rèn)可的定義。但是，一般來說，micro LED被認(rèn)為是總表面小于2500mm2的LED芯片，這相當(dāng)于是50mm×50mm的正方形，或直徑為55mm的圓形芯片。根據(jù)這一定義，micro LED今天已經(jīng)出現(xiàn)在市場上了：索尼在2016年再次亮相，采用小間距大型LED視頻墻的形式，傳統(tǒng)的LED封裝由micro LED替代。

制造micro LED顯示器的技術(shù)涉及方方面面：將LED基板加工成準(zhǔn)備用于拾取和轉(zhuǎn)移到接收基板的micro LED陣列，用于集成到非均勻集成的系統(tǒng)中：顯示器。顯示器又集成LED、像素驅(qū)動(dòng)晶體管、光學(xué)器件等。外延片可容納數(shù)億micro LED芯片。

實(shí)現(xiàn)MicroLED顯示屏有兩個(gè)主要選項(xiàng)。一個(gè)是將micro LED單獨(dú)或分組地拾取并轉(zhuǎn)移到薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)矩陣上，這類似于OLED顯示器中使用的;另一個(gè)是使用CMOS驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)十萬個(gè)Micro LED的完整單片陣列組合起來。如果采用這兩種方法中的第一種，則組裝一個(gè)4K顯示器需要拾取、放置和單獨(dú)連接2500萬個(gè)micro LED芯片(假設(shè)沒有像素冗余)到晶體管背板。用傳統(tǒng)的拾放設(shè)備操縱這樣的小型設(shè)備，每小時(shí)的加工速度約為25，000個(gè)單位。這太慢了，組裝單個(gè)顯示器將需要一個(gè)月的時(shí)間。為了解決這個(gè)問題，像蘋果、X-Celeprint等數(shù)十家公司已經(jīng)開發(fā)出大規(guī)模的并聯(lián)抓取技術(shù)。他們可以同時(shí)加工數(shù)萬到數(shù)百萬的micro LED。但是，當(dāng)micro LED尺寸僅為10μm時(shí)，以足夠的精度加工和放置非常具有挑戰(zhàn)性。

還有一些與LED芯片相關(guān)的問題要克服。當(dāng)其尺寸非常小時(shí)，其性能會(huì)受到與表面和內(nèi)部缺陷(例如開放式粘合、污染和結(jié)構(gòu)損壞)相關(guān)的側(cè)壁效應(yīng)的影響。這些缺陷導(dǎo)致非輻射載體重組加速。側(cè)壁效應(yīng)可以延伸到類似于載體擴(kuò)散長度的距離(通常為1mm至10mm)：這在傳統(tǒng)的LED中并不重要，因?yàn)槠渚哂袛?shù)百微米的邊緣，但在micro LED中卻是十分致命的。在這些設(shè)備中，它可以限制芯片整個(gè)體積的效率。由于這些缺陷，micro LED的峰值效率通常低于10%，當(dāng)設(shè)備尺寸低于5mm時(shí)，它的峰值效率可能小于1%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前最好的傳統(tǒng)藍(lán)光發(fā)射的‘macro’LED，它現(xiàn)在可以產(chǎn)生超過70%的外部量子峰值效率。

更糟的是，micro LED通常必須以非常低的電流密度運(yùn)行。它們通常在低于1-10Acm-2峰值效率區(qū)域驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榧词乖谶@種低效率下，LED也是非常明亮的。如果一臺(tái)帶micro LED的手機(jī)以其最高效率運(yùn)行，其顯示屏將提供高達(dá)數(shù)以萬計(jì)nits的亮度，比目前市場上更亮的手機(jī)高出一個(gè)級(jí)別。屏幕會(huì)很亮，以至于膽大的用戶都不敢看。

當(dāng)LED以非常低的電流密度工作時(shí)，它們的效率非常低，使得該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)其削減能量消耗的承諾。因此，解決這個(gè)問題就成為microLED公司的優(yōu)先事項(xiàng)。提高效率的辦法包括引入新的芯片設(shè)計(jì)和改進(jìn)制造技術(shù)。這兩種方法都可以減少側(cè)壁缺陷并使電載體遠(yuǎn)離芯片的邊緣。

要實(shí)現(xiàn)microLED顯示需要結(jié)合三個(gè)層級(jí)的主要專業(yè)技術(shù)：LED、晶體管背板(玻璃或Si-CMOS)以及芯片轉(zhuǎn)移技術(shù)。相比傳統(tǒng)顯示屏，其供應(yīng)鏈非常復(fù)雜且漫長，每一步都很關(guān)鍵，非常高效地管理各個(gè)方面極具挑戰(zhàn)。目前還沒有一家公司能夠單獨(dú)應(yīng)對(duì)所有的技術(shù)挑戰(zhàn)，完成所有組件的垂直整合。從該領(lǐng)域所涉獵的公司中就可以側(cè)面反應(yīng)這些紛雜的挑戰(zhàn)。

顯示行業(yè)格局全面開花 崛起的可能性很大

近年來臺(tái)灣廠商積極抓住Micro LED未來商用熱潮,包含關(guān)鍵零組件PCB及早投入研發(fā)與相關(guān)專利布局加速。

業(yè)界觀察,Micro LED終端應(yīng)用不只局限于手機(jī),更多新創(chuàng)智慧家庭裝置與高畫質(zhì)顯示應(yīng)用的需求也相當(dāng)強(qiáng)勁,Samsung(三星)在2018年拉斯維加斯CES(消費(fèi)電子展)上展示的巨幅146英寸microLED電視——“The Wall”無疑是現(xiàn)場最?yuàn)Z目的明星產(chǎn)品之一。盡管嚴(yán)格來說，實(shí)際上它并不是真正基于microLED技術(shù)，而是更傳統(tǒng)的SMD LED封裝，類似已經(jīng)很成熟的小間距LED電視墻。不管怎么說，這款價(jià)值30萬美元的顯示屏賺足了眼球，使microLED在技術(shù)圈獲得了極大的關(guān)注。重點(diǎn)在于實(shí)際降低生產(chǎn)成本,導(dǎo)入商用的速度?，F(xiàn)階段Micro LED受到不少企業(yè)“追捧”。

LG更是一口氣向歐盟提交了三個(gè)新商標(biāo)的申請(qǐng)，且全都與Micro LED面板有關(guān)，分別為XLED、SLED 與XLLED。

Yole發(fā)布的《MicroLED顯示專利全景分析-2018版》報(bào)告確認(rèn)了蘋果公司確實(shí)一直在microLED顯示技術(shù)領(lǐng)域暗暗發(fā)力，并申請(qǐng)了大量的相關(guān)專利。Yole的這份報(bào)告深入分析了microLED顯示領(lǐng)域的全球1500多件專利，而蘋果公司憑借該領(lǐng)域的60多個(gè)專利家族，無論是在專利數(shù)量還是專利強(qiáng)度和深度方面都占據(jù)行業(yè)榜首。

MicroLED顯示領(lǐng)域全球主要專利申請(qǐng)人排名

MicroLED顯示領(lǐng)域全球主要專利申請(qǐng)人排名，依次為：Apple/Luxvue(美國)、X-Celeprint(英國)、Facebook-Oculus(美國)、ITRI(臺(tái)灣工研院)、China Star Optoelec Tech(中國華星光電)、Mikro Mesa(臺(tái)灣)、BOE(中國京東方)、Changchun Institute CIOMP(中國長春光機(jī)所)、Sharp/Elux/Foxconn(日本)、Samsung(韓國)、Vuereal(加拿大)、Goertek(中國歌爾股份)和SONY(日本)

蘋果公司的專利組合覆蓋了許多microLED顯示相關(guān)的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，意欲解決所有影響該技術(shù)商業(yè)化的主要技術(shù)瓶頸。從專利分析看，蘋果公司的研發(fā)投入主要專注于轉(zhuǎn)移、組裝和互連技術(shù)，關(guān)于這些技術(shù)申請(qǐng)了40余件專利。其中的重點(diǎn)，同時(shí)也是Luxvue之前研究的核心，在于其基于MEMS技術(shù)的微芯片轉(zhuǎn)移技術(shù)。其他的核心專利還覆蓋了microLED技術(shù)相關(guān)的多個(gè)領(lǐng)域，例如microLED芯片效率的提升，這是microLED顯示能夠提供但又令很多開發(fā)商頭疼的另一挑戰(zhàn)。蘋果公司的專利組合解決的其他關(guān)鍵技術(shù)還包括顏色轉(zhuǎn)換、光管理、像素和顯示結(jié)構(gòu)、測試和傳感器集成等。

蘋果公司microLED顯示技術(shù)重點(diǎn)領(lǐng)域的專利結(jié)構(gòu)圖

microLED顯示領(lǐng)域的專利申請(qǐng)已經(jīng)涉及了120多家公司和科研機(jī)構(gòu)，在技術(shù)方面已經(jīng)獲得了足夠的發(fā)展動(dòng)力，根據(jù)大多數(shù)業(yè)內(nèi)觀察家的預(yù)測，首款商業(yè)化的microLED顯示產(chǎn)品預(yù)計(jì)能夠在2020年上市。而最終哪款產(chǎn)品會(huì)率先脫穎而出，則需要看技術(shù)成熟度、OLED和量子點(diǎn)等競爭技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、公司的戰(zhàn)略，以及各應(yīng)用對(duì)供應(yīng)鏈的特定要求等多方面的相互影響。

小結(jié)：

無論是OLED，還是量子點(diǎn)、Micro LED，可以看到自發(fā)光必然是顯示的趨勢(shì)。MicroLED雖然是一項(xiàng)很酷的新技術(shù)，但它的成熟度和造價(jià)相比OLED仍有相當(dāng)大的距離。它的確擁有自己的優(yōu)勢(shì)和特色，但現(xiàn)在就下定論它會(huì)取代OLED還有點(diǎn)為時(shí)過早。吃瓜群眾們還是默默關(guān)注貴圈的發(fā)展吧~