機(jī)會(huì)平權(quán)的MicroLED賽道，機(jī)遇大挑戰(zhàn)也不少

近年來(lái)，MicroLED（μLED）顯示技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。作為一種新型顯示技術(shù)，其在高亮度、高對(duì)比度、廣色域、快速響應(yīng)等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是顛覆產(chǎn)業(yè)的“終極顯示技術(shù)”。

MicroLED顯示器在許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，如高端電視、商業(yè)廣告、AR/VR等。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，MicroLED顯示器的市場(chǎng)需求將進(jìn)一步增加。

MicroLED顯示技術(shù)目前面臨的主要問(wèn)題是制造成本高和良率低。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這些問(wèn)題將逐漸得到解決，能夠與其他顯示技術(shù)如OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）、LCD（液晶顯示器）等競(jìng)爭(zhēng)，并取得更多的市場(chǎng)份額。

根據(jù)IDTechEx預(yù)測(cè)，到2034年，全球MicroLED顯示器市場(chǎng)將超過(guò)52億美元。為了抓住MicroLED的市場(chǎng)機(jī)遇，一些廠商都在加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新投入，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝和降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)業(yè)鏈上下游的合作也在推動(dòng)MicroLED顯示器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

MicroLED獨(dú)特的價(jià)值取向

MicroLED是一種微發(fā)光二極管，尺寸只有LED的1%。它是將LED結(jié)構(gòu)薄膜化、微小化、陣列化，縮小到1-10μm，將微米級(jí)三色RGB MicroLED批量轉(zhuǎn)移到基板上，再利用物理沉積制備保護(hù)層和電極，并封裝成各種尺寸的MicroLED顯示器。

MicroLED的目標(biāo)應(yīng)用涵蓋AR/VR/MR等微型顯示器，電視、汽車、手機(jī)、可穿戴設(shè)備、平板電腦、筆記本電腦等中型顯示器，以及大型視頻公共顯示器等應(yīng)用。

不同顯示技術(shù)對(duì)比

MicroLED的引爆還要從LuxVue說(shuō)起，這家2009年成立的初創(chuàng)公司主要研發(fā)用于消費(fèi)電子的低功耗MicroLED顯示技術(shù)，歷經(jīng)三輪融資募得4300萬(wàn)美元。其在批量轉(zhuǎn)移（mass transfer）領(lǐng)域的專利布局令蘋果垂涎欲滴，遂于2014年將其收入囊中。

之后，MicroLED逐漸成為一種有吸引力的發(fā)射顯示技術(shù)，受到行業(yè)玩家的追捧。與傳統(tǒng)顯示器相比，基于微發(fā)光二極管陣列的MicroLED顯示器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

雖然LCD、OLED和QLED（量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示）等可以提供一些功能，但MicroLED顯示器有其獨(dú)特的價(jià)值取向：寬色域、高亮度、低功耗、優(yōu)異的穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命、寬視角、高動(dòng)態(tài)范圍、高對(duì)比度、快刷新率、透明性、無(wú)縫連接和傳感器集成能力。

直到2016年，索尼才正式推出首款MicroLED商用產(chǎn)品Crystal LED黑彩晶顯示器，用MicroLED取代了傳統(tǒng)的封裝LED。這些微小間距的LED視頻顯示器瞄準(zhǔn)to-B市場(chǎng)，成本和價(jià)格都比當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品貴很多。但技術(shù)不成熟、成本壁壘和供應(yīng)鏈不完整是MicroLED顯示器沒(méi)能大規(guī)模商業(yè)化的三大障礙。

制造MicroLED的挑戰(zhàn)

MicroLED的制造挑戰(zhàn)在于：技術(shù)難度高，制造過(guò)程復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高；由于MicroLED顯示器像素密度高，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求較高，需要高度集成和低功耗驅(qū)動(dòng)芯片；此外，MicroLED顯示器的制造需要高精度和高穩(wěn)定性的設(shè)備，這也增加了制造成本。

制造MicroLED顯示器涉及許多技術(shù)和工藝，如外延、光刻、芯片制造、襯底去除、檢查、批量轉(zhuǎn)移、裝配和集成、鍵合和互連、測(cè)試、缺陷管理、修復(fù)、光管理、全彩實(shí)現(xiàn)、背板和驅(qū)動(dòng)IC等。

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，一些技術(shù)難題已經(jīng)得到解決，但新的挑戰(zhàn)也擺在面前。例如，幾年前的主要努力集中在管芯小型化、芯片設(shè)計(jì)和批量轉(zhuǎn)移等方面。最近，越來(lái)越多的玩家意識(shí)到對(duì)所有工藝的完整理解才是關(guān)鍵，因此將更多精力集中于檢查、修復(fù)、驅(qū)動(dòng)、圖像改善、光線管理等技術(shù)以及提高良率和生產(chǎn)力。

不同顯示技術(shù)——LCD、OLED、QLED的特性不同，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

LCD具有圖像質(zhì)量高、視角廣、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，通常用于電視和計(jì)算機(jī)顯示器。LCD反應(yīng)速度相對(duì)較慢，且需要背光源，在黑色純度和色彩鮮艷度上有所欠缺。

OLED具有自發(fā)光特性，黑色純度和色彩表現(xiàn)力出色，視角很廣，反應(yīng)速度快，適用于高端電視、智能手機(jī)等。不過(guò)，OLED壽命比較短，且制造成本較高。

QLED是近年來(lái)新興的一種顯示技術(shù)，結(jié)合了LCD和OLED的優(yōu)點(diǎn)，具有高亮度、高對(duì)比度、廣色域等特性，其色彩鮮艷度、純度和動(dòng)態(tài)范圍都非常出色，適用于高端電視、商業(yè)廣告等。然而，QLED的制造成本也較高。

不同顯示技術(shù)的特性比較

隨著MicroLED技術(shù)成熟度、成本壁壘和供應(yīng)鏈問(wèn)題的解決，它有望滿足更多目標(biāo)需求，替代現(xiàn)有的顯示器，如65英寸以下LCD、OLED智能手機(jī)顯示屏及電視，以及LED公共顯示器，并創(chuàng)造新的市場(chǎng)，如模塊化顯示器和感知集成。

MicroLED技術(shù)探討

典型RGB LED的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而綠色和藍(lán)色LED相對(duì)簡(jiǎn)單?？梢钥闯觯涿繉雍穸炔皇前幢壤s放。例如，外延在10μm范圍內(nèi)，而襯底厚度可高達(dá)500μm。不同制造商選擇的層結(jié)構(gòu)也不一樣。

目前，MicroLED面臨的“三座大山”是芯片效率、批量轉(zhuǎn)移和全彩化。從轉(zhuǎn)移、裝配和集成技術(shù)類型看，在MicroLED批量轉(zhuǎn)移裝配中，顯示像素間距與原生外延晶圓上的LED間距不同。其中，Chiplet批量轉(zhuǎn)移是在加工、制造MicroLED芯片后進(jìn)行信號(hào)處理，然后將芯片轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)電路背板。不同工藝包括：印模（Stamp）轉(zhuǎn)移、流體自裝配、激光轉(zhuǎn)移、靜電/電磁自裝配等。

一體化轉(zhuǎn)移是為了形成MicroLED和TFT/驅(qū)動(dòng)IC，然后進(jìn)行整個(gè)器件的Chiplet批量轉(zhuǎn)移。

在陣列集成中，顯示器的像素間距與原生外延晶圓上的LED間距相同。對(duì)于異質(zhì)晶圓，混合（Hybridization）是對(duì)MicroLED外延層進(jìn)行加工和制造的過(guò)程，然后作為一個(gè)單元來(lái)處理，與驅(qū)動(dòng)電路背板鍵合。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，Chiplet批量轉(zhuǎn)移是一種特殊混合，不同之處在于MicroLED芯片是否單獨(dú)存在。單片混合集成是先將MicroLED外延層與驅(qū)動(dòng)電路背板鍵合，然后進(jìn)行pLED（聚合物電致發(fā)光LED）制備。

下表以一些廠商為例對(duì)批量轉(zhuǎn)移技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，包括傳統(tǒng)拾取與貼裝、彈性印模、靜電陣列轉(zhuǎn)移、輥對(duì)板轉(zhuǎn)移、流體裝配、激光輔助轉(zhuǎn)移。

批量轉(zhuǎn)移技術(shù)比較

流體裝配是通過(guò)重力和毛細(xì)管力驅(qū)使并將MicroLED捕獲到驅(qū)動(dòng)IC陣列上，自裝配在異丙醇、丙酮或純水等流體中進(jìn)行。光電化學(xué)流體自裝配過(guò)程是將涂有光電化學(xué)功能層的器件放入溶液中，光電化學(xué)層與光相互作用產(chǎn)生電流，將器件引導(dǎo)到接收襯底上的電極，與表面具有功能化區(qū)域的器件形成連接。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以一次處理多個(gè)MicroLED，間距可以隨機(jī)變化，未裝配芯片可回收再使用。缺點(diǎn)是需要功能性光電化學(xué)層，處理器件繁瑣，增加了額外難度和成本，至少需要3道工藝才能實(shí)現(xiàn)全彩。

單片集成是除了異質(zhì)晶圓以外處理同一襯底上制備的方法。它可以在MicroLED上形成驅(qū)動(dòng)電路；也可以在驅(qū)動(dòng)晶圓上形成MicroLED；還可以將兩者并排放置。

幾種單片集成類型

單片集成方法通常存在以下問(wèn)題：

首先制造驅(qū)動(dòng)電路，然后在頂部沉積或生長(zhǎng)MicroLED，因?yàn)榧庸囟缺仨毐３衷?00℃以下，在完成的驅(qū)動(dòng)電路上生長(zhǎng)或轉(zhuǎn)移MicroLED可能很困難。而高質(zhì)量、高效率的MicroLED外延生長(zhǎng)通常需要高溫，可能會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)電路。

其次，如果直接在MicroLED晶圓背面生長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)電路（如CMOS有源矩陣或薄膜晶體管），為避免損壞MicroLED的光學(xué)特性，這種方法熱預(yù)算比較有限；銦/金污染可能是另一個(gè)難題。

第三，并排沉積或生長(zhǎng)MicroLED陣列和驅(qū)動(dòng)電路需要更多空間，從商業(yè)角度看，這種方法不太可取。

實(shí)現(xiàn)MicroLED全彩的策略包括：使用直接RGB實(shí)現(xiàn)全彩；白光穿透帶損耗的濾光片獲得RGB色彩；通過(guò)三棱鏡集成3塊RGB LED面板形成全彩；將高能光轉(zhuǎn)換為低能量（較長(zhǎng)波長(zhǎng)）光等。

MicroLED的全彩策略

在彩色濾光片工藝流程中，需要制作黑色矩陣（BM），其主要作用是隔絕RGB，防止外觀上的混色；另一個(gè)作用是遮光，制作材料有Cr、CrOx等。主要制作步驟有濺射、涂布、蝕刻線等。

黑色矩陣制作步驟

QD（量子點(diǎn)）濾光片是量子點(diǎn)顯示應(yīng)用的最新技術(shù)之一，量子點(diǎn)粒子被分散在光刻膠中，然后用圖案化替換子像素中的有色染料，每個(gè)像素點(diǎn)由3個(gè)次像素點(diǎn)構(gòu)成，分別噴墨印刷上紅色、綠色量子點(diǎn)和擴(kuò)散粒子。

在藍(lán)背光激發(fā)下，量子點(diǎn)彩色濾光片可發(fā)出色純度非常高的三原色，從而提升顯示色域。與傳統(tǒng)濾光片不同，量子點(diǎn)類似有源元件，對(duì)通過(guò)的光進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而不是阻擋。QD濾光片的缺點(diǎn)在于：藍(lán)光泄漏和環(huán)境光激發(fā)，需要在效率/再吸收和泄漏之間進(jìn)行權(quán)衡；量子點(diǎn)會(huì)向所有方向發(fā)射非偏振光，在兼容性、材料研究和穩(wěn)定性要求方面有待進(jìn)一步研究。

MicroLED供應(yīng)鏈格局

在現(xiàn)有LED行業(yè)和發(fā)展良好的顯示行業(yè)基礎(chǔ)上，新興的批量轉(zhuǎn)移和集成在連接這兩個(gè)行業(yè)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，有可能建立一個(gè)新的供應(yīng)鏈。由于成本優(yōu)勢(shì)，當(dāng)前LCD制造業(yè)正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移，韓國(guó)正在主導(dǎo)OLED顯示器，而那些能夠迅速做出反應(yīng)，在供應(yīng)鏈中占據(jù)重要地位的廠商將抓住下一個(gè)重大機(jī)遇。這場(chǎng)游戲?qū)τ趥鹘y(tǒng)LED供應(yīng)商、顯示器供應(yīng)商、先進(jìn)材料供應(yīng)商、組件供應(yīng)商、OEM、集成商、工具供應(yīng)商機(jī)會(huì)均等。

隨著越來(lái)越多的參與者投身于MicroLED行業(yè)，直接合作已成為大家的共同選擇?；诘乩砦恢眯纬闪藥讉€(gè)供應(yīng)鏈集群，跨大陸合作越來(lái)越普遍。這表明，全球化仍然是MicroLED行業(yè)未來(lái)的趨勢(shì)。從周期來(lái)看，目前正處于合并和整合階段。

盤點(diǎn)全球主要LED公司，中國(guó)臺(tái)灣和大陸廠商最多，其次是美國(guó)。

機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)并存

MicroLED作為一種新型顯示技術(shù)，具有高亮度、高對(duì)比度、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，被視為下一代顯示技術(shù)的重要發(fā)展方向。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年MicroLED顯示市場(chǎng)將保持高速增長(zhǎng)，有望成為顯示市場(chǎng)的主流技術(shù)之一。同時(shí)，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的普及和應(yīng)用，MicroLED顯示技術(shù)在智能終端、可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景將不斷拓展。

MicroLED技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)涉及材料、工藝、設(shè)備等多個(gè)方面，在目前階段，其批量轉(zhuǎn)移、像素光源和超高密度封裝等環(huán)節(jié)仍有待突破，從而提高生產(chǎn)效率和良品率，降低成本，加快落地進(jìn)程。