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

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(tīng)設備與信息系統集成技術(shù)展覽會(huì )(Integrated systems Europe,ISE2020)依然在荷蘭阿姆斯特丹舉行了。在這次展會(huì )上,代表未來(lái)顯示技術(shù)的Mini/MicroLED在展會(huì )上備受關(guān)注。

比如三星展出了其商用顯示設備The Wall商業(yè)版,它是三星的MicroLED產(chǎn)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(chǎng)商國星光電發(fā)布了可量產(chǎn)級MiniLED顯示應用新品IMD-M05,可無(wú)縫拼接實(shí)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(shù)的超高清0.6mm間距的MicroLED顯示屏。

其實(shí),在1月份的CES上,不少筆記本電腦廠(chǎng)商推出了搭載MiniLED技術(shù)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?？导岩残Q(chēng)已研發(fā)出首款MicroLED產(chǎn)品、友達推出了12.1英寸全彩主動(dòng)式MicroLED顯示器?？梢钥闯?MicroLED技術(shù)在接下來(lái)的幾年將會(huì )取得更大的進(jìn)步,也會(huì )有更多的產(chǎn)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(píng)果、Facebook、索尼、三星、LG顯示、友達光電和群創(chuàng )光電等企業(yè),都已經(jīng)投入到MicroLED的研發(fā)當中了。據統計,目前全球從事MicroLED開(kāi)發(fā)的機構或企業(yè)已經(jīng)超過(guò)140家,據Yole Développement統計,到目前為止創(chuàng )業(yè)公司已經(jīng)籌集了8億多美元來(lái)開(kāi)發(fā)MicroLED技術(shù),僅2019年就至少籌集了1億美元。而蘋(píng)果在MicroLED技術(shù)上已經(jīng)花了15~20億美元。國內的面板廠(chǎng),比如華星光電、京東方、天馬等也積極參與研發(fā),而三安光電也將MicroLED作為了未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的方向。

什么是MicroLED,什么是MiniLED?

通俗來(lái)講,MicroLED就是LED的微縮化和矩陣化技術(shù)。將LED(發(fā)光二極管)背光源進(jìn)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(shí)現每個(gè)像素單獨定制,單獨驅動(dòng)發(fā)光(自發(fā)光)。它既繼承了無(wú)機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時(shí)間快等特點(diǎn),又具有自發(fā)光無(wú)需背光源的特性,體積小、輕薄,還能輕易實(shí)現節能的效果。

一個(gè)MicroLED顯示產(chǎn)品,其基本構成是TFT基板、超微LED晶粒、驅動(dòng)IC三大塊。

Micro LED具有以下優(yōu)勢特點(diǎn):

(1)高亮度:亮度可達1000nit

(2)發(fā)光效率高,節能

(3)高對比度

(4)響應快

(5)更長(cháng)的使用壽命

(6)自發(fā)光,無(wú)需背光源

(7)高色域

(8)可以無(wú)縫拼接

雖然MicroLED有諸多優(yōu)點(diǎn),但是由于它還有不少技術(shù)問(wèn)題需要解決,比如工藝、巨量轉移、封裝技術(shù)和高成本問(wèn)題。

單拿巨量轉移來(lái)說(shuō),MicroLED需要將十萬(wàn)、百萬(wàn)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(shí)間也很長(cháng)。

不過(guò)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(guò)巨量修補,以及快速檢測等方式彌補。巨量轉移的速度與產(chǎn)品的尺寸、間距都有關(guān),近期實(shí)驗室的數據顯示可以達到1秒轉移1萬(wàn)顆的等級。

比如在上周利亞德的投資者交流會(huì )中,利亞德的董秘李楠楠就承認,MicroLED的制造難點(diǎn)主要集中在巨量轉移、檢測與修復方面,以及驅動(dòng)IC的設計和工藝上。巨量轉移方面,目前轉移一個(gè)4K屏幕的MicroLED需要一個(gè)多月,而且轉移設備的精密度也無(wú)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(diǎn)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(wèn)題的存在,MicroLED的大規模商業(yè)化一直難以推進(jìn),因此,為了避開(kāi)這些問(wèn)題,MiniLED就橫空出世了。它最早是由臺灣晶電提出來(lái)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(zhì)上來(lái)看,MicroLED和MiniLED一樣,都是基于微小的LED晶體顆粒作為像素發(fā)光點(diǎn), 區別在于MicroLED是采用1~10微米的LED晶體,實(shí)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(shí)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,最終實(shí)現1.0~2.0毫米像素顆粒顯示屏。

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(lèi)似,但是省電高達80%,適合應用于手機、電視、車(chē)用面板及電競筆記本電腦等產(chǎn)品上。

MicroLED產(chǎn)業(yè)鏈內的玩家及最近動(dòng)態(tài)

目前,全球有許多廠(chǎng)商都在積極發(fā)展MicroLED和MiniLED的相關(guān)應用,芯片廠(chǎng)商有晶電、隆達、三安光電、華燦和乾照等;封裝廠(chǎng)有億光、榮創(chuàng )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(chǎng)有聚積、瑞鼎和Dialog等;面板廠(chǎng)有友達、群創(chuàng )、京東方、三星、LG顯示等;顯示屏廠(chǎng)商則有利亞德、雷曼等?？梢哉f(shuō),整個(gè)行業(yè)都已經(jīng)聯(lián)動(dòng)起來(lái),共同推動(dòng)MicroLED和MiniLED的商業(yè)化。

三安光電在2019年4月宣布與湖北省葛店經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區管理委員會(huì )簽訂的項目投資合約,7月底就正式舉行Mini/MicroLED 項目的開(kāi)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(wàn)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(chǎn)品的研發(fā)基地。由于武漢附近涵蓋多家主要面板廠(chǎng)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(lái)將會(huì )推出6寸磊芯片,目前三安MicroLED開(kāi)發(fā)進(jìn)度達到10x20微米,2020年將有更積極的微小化目標,并在開(kāi)發(fā)三色轉移的技術(shù),相關(guān)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(jìn)行測試,其效率較高,是三安取得技術(shù)的重要突破,未來(lái)芯片效能也會(huì )持續提升。三安MicroLED研發(fā)進(jìn)度已取得具體成果,并開(kāi)始爭取量產(chǎn)出貨的機會(huì )。

京東方10 月開(kāi)始量產(chǎn)Micro OLED。京東方正以AR/VR 用眼鏡、無(wú)人機用第一人稱(chēng)視角(First Person View;FPV)護目鏡、投影機等應用為目標,持續研發(fā)中。正積極爭取供應Micro OLED 給華為、大疆創(chuàng )新、小米等業(yè)者機會(huì )。以客戶(hù)所要求的光學(xué)、材料、產(chǎn)能等三大要素而言,在光學(xué)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A(yíng)R/VR 用眼鏡。

材料方面,京東方量產(chǎn)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(fā)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(chǎn)能方面,京東方將以投影機用Micro OLED 月產(chǎn)50 萬(wàn)片為目標。相較于既有采玻璃基板的LCD 面板已屬成熟技術(shù),現以降低生產(chǎn)成本與改善良率等為重點(diǎn),在硅晶圓上制作的Micro OLED 新技術(shù)尚處起步階段,相對須重視拓展應用,強化與各領(lǐng)域業(yè)者合作,以滿(mǎn)足光學(xué)、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(jiǎn)稱(chēng)“晶元光電”)的全資子公司—— 元豐新科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“元豐新科技”),及無(wú)錫市梁溪區人民政府 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)錫市梁溪區”)簽署了《關(guān)于Mini LED和Micro LED顯示項目合作框架協(xié)議》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“框架協(xié)議”)。

根據協(xié)議內容顯示,利亞德與元豐新科技將共同推動(dòng)Mini LED和Micro LED顯示技術(shù)在研發(fā)、生產(chǎn)和應用領(lǐng)域的發(fā)展,雙方擬在無(wú)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(wú)錫光電新材料科技園內元亮科技工業(yè)廠(chǎng)房,該項目計劃于2019年12月啟動(dòng)實(shí)施,2020年正式投產(chǎn),2023年1月達產(chǎn)。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(fā)布可量產(chǎn)的最小規格MiniLED。在第十六屆“中國光谷”國際光電子博覽會(huì )上,武漢光電工研院及孵化企業(yè)華引芯科技聯(lián)合發(fā)布了自主研發(fā)的MiniLED芯片級封裝產(chǎn)品,這是目前可量產(chǎn)的最小規格MiniLED,據了解,該MiniLED封裝產(chǎn)品規格為380×380微米,產(chǎn)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(diǎn)可獨立控制的全彩像素光源。其像素點(diǎn)間距可低至0.5毫米,這是當前RGB自發(fā)光顯示應用MiniLED能做到的點(diǎn)間距極限值。

結語(yǔ)

過(guò)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(shí)驗和試做成果來(lái)看,3微米巨量轉移已經(jīng)做出不錯的成果了,以目前顯示技術(shù)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(chǎn)可能要面臨一些挑戰,但是已經(jīng)看到目標。只要能夠把良品率做上去,成本降下來(lái),那MicroLED的前景將充滿(mǎn)想象力。

至于MiniLED,據李楠楠透露,蘋(píng)果的新一代iPad Pro和Macbook Pro將會(huì )采用MiniLED模組,供應商應該就是臺灣晶電,因此,晶電的MiniLED產(chǎn)能基本已經(jīng)被蘋(píng)果占滿(mǎn)。而隨著(zhù)想蘋(píng)果這樣的大客戶(hù)的采用,要是反響不錯的化,對市場(chǎng)將有著(zhù)強大的號召作用,其他的廠(chǎng)商也會(huì )跟進(jìn),這將給MiniLED的大規模商用鋪平了道路。

可以預見(jiàn),2020年將會(huì )有一批MiniLED的產(chǎn)品推向市場(chǎng),但MicroLED的真正商用估計要等到2021年了。