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Micro LED技術原理,Micro LED與OLED技術對比
更新時間:2017-7-12 15:16:17 編輯:心怡 文章來源:中國視聽網(wǎng) 調(diào)整文字大小:【

【導讀】:Micro LED的概念風聲水起。成為不時攪動OLED主導的次世代顯示大潮的異類玩家。那么Micro LED到底是什么?Micro LED大潮之中,誰在拼力相博,誰在隔岸觀火,誰在竊竊暗語呢?

Micro LED:一場缺乏主導者的“賭注”。2016年下半年以來,Micro LED的概念風聲水起。成為不時攪動OLED主導的次世代顯示大潮的異類玩家。那么Micro LED到底是什么?Micro LED大潮之中,誰在拼力相博,誰在隔岸觀火,誰在竊竊暗語呢?

Micro LED——誰在發(fā)聲

在Micro LED概念上,最大的聲音是蘋果。Apple Watch 3將采用Micro LED顯示面板的消息,是這個行業(yè)最近最大的“興奮點”。

的確,蘋果卻曾大價錢收購過Micro LED研發(fā)公司LuxVue。但是,那是2014年的事情。這次收購蘋果也許儲備了一些技術、專利和研發(fā)能力。不過直至今日,蘋果并未拿出“可用的樣品”。按照一般規(guī)律,從原形研發(fā)、樣品研發(fā)、試產(chǎn)研發(fā)到量產(chǎn)爬坡和堪用,至少需要數(shù)年之久。Apple Watch 3估計是等不及的。

更為重要的是,蘋果方面的消息,大多數(shù)是二級、三級消息,甚至小道消息。一直缺乏蘋果戰(zhàn)略層的消息和表態(tài)。也就是說,可能的情況是,蘋果只是把Micro LED作為一個武器庫中的庫存而已。且現(xiàn)在,顯示技術上蘋果正在做的事情是OLED替代LCD。 

Micro LED概念另一個大佬是三星:不過,三星出價1.5億美元,收購Micro LED廠錼創(chuàng)科技的新聞已經(jīng)被辟謠。作為全球最大的顯示巨頭,同時也是LED產(chǎn)品制造商,三星如果說絲毫不關注Micro LED顯然不正常。但是,對比三星在QLED上的戰(zhàn)略高調(diào),在OLED上2000億人民幣的投資,三星Micro LED的“小道消息”幾乎可以忽略。

再說另一家Micro LED巨頭,索尼。2012年索尼展示了0.5級別間距的微間距LED產(chǎn)品。但是,索尼真正上市的卻是2016年的1.2間距的產(chǎn)品。索尼也有過類似“技術不是問題,但應用市場還需要酌情考慮”的表態(tài)。即作為一個顯示大廠,索尼的市場理性,要比媒體報道的聳人標題冷靜的多。

事實上,在Micro LED上真正的、高度的、官方的、長期一致性的“高調(diào)”表態(tài)的單位只有一個:“臺灣工研院”。不過,對此,一個顯然的事實是,在次世代顯示上OLED、QLED臺灣都已經(jīng)落后韓陸企業(yè),甚至進度不及日本企業(yè)。在韓陸資本數(shù)千億人民幣的投資之下,臺灣為其未來顯示產(chǎn)業(yè)的生存,獨辟蹊徑的支持Micro LED,本質(zhì)上是“下下策”。即,臺灣工研院的支持,只是“逼不得已要做些事情后的‘從易’”原則。

當然,很多媒體指出晶電、隆達、歐司朗、日亞化、CREE、三安這樣的LED廠商都表示在做Micro LED研發(fā)。但是,這個支撐團體的力量主要集中在LED發(fā)光晶體這一層。而制造超微型的LED發(fā)光晶體(10um級別),應該說是整個Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈中最為成熟的部分之一。即LED廠,可利用現(xiàn)有設備技術和研發(fā)實驗室,在不增加多少投資的情況下,成功開發(fā)Micro LED需要的白色和彩色晶體顆粒。這些LED外延片產(chǎn)業(yè)段的企業(yè)在Micro LED上的地位,類似于默克、住友化學、三菱化學在OLED產(chǎn)業(yè)上的地位。

綜上所述,Micro LED陣營呈現(xiàn)的是分散的基本狀態(tài)。且其中巨頭們的消息都是二線化的,缺乏戰(zhàn)略層的宏觀表態(tài)。作為積極的LED晶體企業(yè),則“所需投資和努力不多”、“所負責產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)難度不大”。這直接決定了Micro LED是一個“群蝦舞龍”的產(chǎn)業(yè),缺乏形成大規(guī)模的、快速市場化的領頭羊。

Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈如何,難點在哪里

對于一個Micro LED顯示產(chǎn)品,他的基本構(gòu)成是TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動IC三大塊。這三者有一個共同的特點,即大量繼承于已有的液晶和LED產(chǎn)業(yè)。因此,臺灣工研院認為,他們具有整條產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢。

但是,具有同樣產(chǎn)業(yè)基礎的地區(qū)還包括韓國、我國大陸、日本。其中日本在上游材料和設備上的領先性和完善度,要遠超過我國臺灣地區(qū)。不過,日本同仁對Micro LED的興趣可沒有臺系產(chǎn)業(yè)那么高漲。

為什么其它具有相當或者更好產(chǎn)業(yè)基礎的地區(qū),在Micro LED的熱情上低于臺系呢?答案分成兩個層次:第一是,大陸、韓國和日本顯示企業(yè),現(xiàn)在最忙的事情是OLED。第二,Micro LED有一個其他電子行業(yè)幾乎不會用到的高難度工藝——巨量微轉(zhuǎn)移(也叫巨量轉(zhuǎn)移)。臺灣Micro LED產(chǎn)業(yè)最大的動作之一,即是2016年12月以臺灣工研院為牽頭單位,成立“巨量微轉(zhuǎn)移”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。 

“巨量轉(zhuǎn)移”是一個什么技術呢?簡單說就是在指甲蓋大小的TFT電路基板上,按照光學和電氣學的必要規(guī)范,均勻焊接三五百,甚至更多個紅綠藍三原色LED微小晶粒,且允許的工藝失敗率是有幾十萬分之一!挥羞_到這樣工藝的產(chǎn)品,才能真正應用到Apple Watch 3等產(chǎn)品上。

對于Micro LED的工藝問題,很多人認為,可以從傳統(tǒng)LED屏中攝取經(jīng)驗。但是,Micro LED與傳統(tǒng)led顯示產(chǎn)品差別巨大。與傳統(tǒng)LED顯示屏比較,Micro LED的差別主要在于:1.精密程度數(shù)十倍的提升;2.集成工藝從直插、表貼、COB封裝等變成了“巨量微轉(zhuǎn)移”;3.缺陷可修復性幾乎為零;4.背板從印刷電路板,變成了液晶和OLED顯示所使用的TFT基板,或者CPU與內(nèi)存所采用的單晶硅基板。

即與傳統(tǒng)LED顯示屏比較,Micro LED在晶粒、封裝、集成工藝、背板、驅(qū)動等每一個方面都不一樣——所以,可以看到Micro LED產(chǎn)品的火熱沒有得到任何一個傳統(tǒng)LED大屏廠商的表態(tài)。

事實上,除了晶粒、TFT背板、IC這些“元組建”,繼承于LED晶粒(如三安)、半導體顯示(如京東方)、IC設計企業(yè)(如聚積、奇景)等之外,Micro LED正真的核心則是“如何將這些元件集成”,即“巨量轉(zhuǎn)移”技術。后者是整個行業(yè)的命門。如果有企業(yè)要牽頭Micro LED產(chǎn)品,最需要的即是從這里入手。

對此,目前比較確切的消息是:今年2月份Mikro Mesa與重慶惠科攜手打造了兩岸首座Micro LED面板實驗室的合作。該實驗室計劃在今年底完工,2018年制造出全彩色Micro LED樣品。Mikro Mesa目前在LED微晶粒上具有領先的研發(fā)技術,傳聞能做到3UM;菘苿t建設有A-SI LCD生產(chǎn)線,具有TFT背板等方面的技術資源。二者合作的目的是,利用近可能現(xiàn)成的資源突破“巨量轉(zhuǎn)移”技術。

不過,即便是這種比較深入的項目其對Micro LED的產(chǎn)業(yè)時間表預期亦不能樂觀:2018年實現(xiàn)全彩樣品,距離真實商業(yè)應用還有多遠依然不好說。以OLED為例,實現(xiàn)全彩,到目前手機行業(yè)的大規(guī)模認可,中間走了二十余年。且,惠科、Mikro Mesa都是顯示圈新手,二者關注Micro LED頗有企圖“四兩撥千斤”彎道超車之意。

綜上所述,從元件角度看,Micro LED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有難度;但是從工藝和產(chǎn)業(yè)進程看,巨量轉(zhuǎn)移橫亙在Micro LED愿景與現(xiàn)實之間,短期難以徹底跨越。

如果成功,Micro LED將怎樣改變顯示產(chǎn)業(yè)格局

現(xiàn)在,媒體動輒以《Micro LED產(chǎn)業(yè)化:蘋果/三星等巨頭積極搶進布局》這樣的標題,為Micro LED造勢,背后是媒體對既有顯示產(chǎn)業(yè)格局可能被顛覆的“擔憂”。不過,筆者說:你們有些過度擔心了。

首先,從基板看,Micro LED需要的是電流驅(qū)動的TFT結(jié)構(gòu)。這既是國內(nèi)目前大規(guī)模量產(chǎn)的低溫多晶硅和金屬氧化物TFT技術。代表廠商京東方、深天馬、華星光電、中電子、三星、LG、夏普、群創(chuàng)、友達。當然,也有些方案中,Micro LED利用單晶硅基板,cmos電路驅(qū)動結(jié)構(gòu),不過這種方案的成本不低,且無法在手機、電視等尺寸的屏幕上應用,不可能成為“大發(fā)展后的Micro LED”的主流。

更為重要的是,Micro LED在采用例如京東方TFT背板的時候,其對液晶乃至OLED顯示屏生產(chǎn)線的繼承性高到70%。即,半導體顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有的萬億資產(chǎn)中,大部分會被繼承下來。這一龐大的資產(chǎn)包也決定了Micro LED不是“另開新天地”,而是既有液晶顯示產(chǎn)業(yè)鏈的次世代升級——即,即便Micro LED極大的成功,今天的顯示圈巨頭們亦依然會“穩(wěn)坐釣魚臺”。

其次,Micro LED、oled、QLED作為次世代顯示方案之爭,他們的關鍵差別不在于IC、光學材料和薄膜、TFT等產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié),而在于“最終發(fā)光體”方面。上文提到三安在Micro LED中的地位,類似于默克在oled行業(yè)的地位。即,真正的競爭,尤其是替代性競爭來自于LED晶粒。

在傳統(tǒng)的液晶顯示時代,顯示器需要一個獨特的背光源組件。包括手機和電視機都是如此。但是OLED和QLED時代這個背光源就不需要了。液晶的背光源最核心的部分即是LED發(fā)光燈珠。如果次世代顯示是OLED和qled的天下,也就意味著LED產(chǎn)業(yè)鏈,除了工程大屏、投影光源外,基本告別大眾顯示(手機、PC和TV)領域。這會是一個巨大的市場損失。

同時,在LED的另一個應用空間,照明領域,隨著LED發(fā)光效率的提升(過去五年從50流明每瓦,發(fā)展到了近200流明每瓦),實際潛在市場對晶元、外延、封裝等上游產(chǎn)能的消耗也是大幅降低的。

以上兩點形成了LED產(chǎn)業(yè)鏈的一種危機感。即如何消化過剩的晶元和外延產(chǎn)能,F(xiàn)在,比較看好的領域就是“顯示”:包括小間距LED和本文討論的Micro LED。正因此種危機的可能性,從產(chǎn)業(yè)角度看,LED行業(yè)明顯比TFT行業(yè)對Micro LED更為熱情。

第三,從IC端看,筆者只有一句話,液晶、OLED、QLED或者Micro LED,IC設計者都需要一樣的創(chuàng)新和發(fā)展。這些顯示技術的區(qū)別,不構(gòu)成IC產(chǎn)業(yè)的革命。

當然,還有一個重要的事情要說:液晶、OLED、QLED、Micro LED的核心上游設備。大尺寸oled和QLED走的路線是噴墨印刷,中小尺寸OLED走的路線是蒸渡,液晶產(chǎn)品則是成盒灌注工藝,Micro LED需要的是“巨量轉(zhuǎn)移”。所以,在對發(fā)光體具有針對性的工藝環(huán)節(jié),這幾個技術的設備廠商具有“市場替代性”。

通過以上分析,可以看到Micro LED的產(chǎn)業(yè)鏈特點是既有繼承也有創(chuàng)新。其中最核心的是LED外延企業(yè)和巨量轉(zhuǎn)移設備商的地位。

不過對比細分研究,筆者更愿意從更大的場景看Micro LED的意義:我們可以將下一代顯示理解為自放光時代(區(qū)別于液晶的背光時代),OLED、QLED和Micro LED只是不同的自發(fā)光材料,他們都要“生長”在TFT基板之上——無論是誰勝利,死掉的都是液晶,卻亦都從液晶產(chǎn)業(yè)繼承至少70%的產(chǎn)業(yè)鏈和設備設施。

這個宏觀理解,也就可以解釋為何現(xiàn)今真正的顯示行業(yè)巨頭們,對Micro LED的關注不夠的原因:對比Micro LED在巨量轉(zhuǎn)移上的困難和產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段,OLED和QLED的成熟性、可行性、風險度都更為友好——從易避難,逐步實現(xiàn)自發(fā)光顯示,最優(yōu)的選擇當然是今天最火的OLED。至于Micro LED,那是第三位的備選方案。

臺灣業(yè)者的努力,Micro LED能否后發(fā)制人

目前,全球顯示行業(yè)對Micro LED最熱衷的莫過于臺灣業(yè)者。這與臺灣顯示行業(yè)在OLED項目上的落后有必然關系。臺灣顯示界希望利用Micro LED的成功對大陸和韓國的OLED戰(zhàn)略實現(xiàn)彎道超車。

但是,作為一項新技術,是否能成功需要從產(chǎn)業(yè)基礎和研發(fā)難度上做出基本衡量,而不是Micro LED幾乎逆天的節(jié)能性能這類技術優(yōu)勢!搓P鍵的、不可繞過的短板,決定命運。

從產(chǎn)業(yè)基礎看,LED、TFT、IC都不成問題,這一點上文再三說過。但是,從需要攻關的研發(fā)難點看,巨量轉(zhuǎn)移不是一個容易啃的骨頭。一方面,顯示系統(tǒng)今天的發(fā)達程度,決定了Micro LED必須以很高的起點,突破巨量轉(zhuǎn)移技術:1.避免Micro LED的高亮化,晶?赡苄枰苄,例如5um,這樣小的器件做電氣結(jié)構(gòu)上的焊接,保持百萬級別的有效性,難度可想而知。2.處于液晶、oled競爭時代的Micro LED,必須有可行的市場經(jīng)濟性。雖然Micro LED能夠讓顯示屏能好大幅降低,但由此帶來的節(jié)能效果應該與其成本增加成比例。這兩點概括起來即是,巨量轉(zhuǎn)移,不僅要克服“巨大的量、超微小的結(jié)構(gòu)”,還要一上來就有很好的“成熟性”。

更為重要的是,巨量轉(zhuǎn)移課題是電子產(chǎn)業(yè)的一個全新課題。沒有多少可參照的經(jīng)驗可以利用。這決定了這個工藝路線的研發(fā)難度進一步提升。

回想液晶稱王的顯示時代,也有過等離子、sed、場致發(fā)光等不同技術路線的競爭。但是,在液晶的規(guī)模和成本優(yōu)勢下,各個都很快敗下陣來。這一點也是臺灣同仁要認真考慮的問題。從技術進步看,不斷的發(fā)展的顯示技術不是Micro LED的專利。面對規(guī)模更為龐大、支持者眾多、資金充沛、技術不斷進步的OLED和qled, Micro LED作為第三路線,在競爭上已經(jīng)是最危險的選擇。

所以,筆者不認為研發(fā)Micro LED是一件壞事情:多元化的嘗試,才最有利于找到最優(yōu)解。但是,從產(chǎn)業(yè)化角度看,Micro LED不值得簡單的看好。在OLED已經(jīng)砸下重金的今天,抓住主流是顯示企業(yè)生存的基本面和緊迫點,Micro LED作為可能選項,更多的應該是未來的某種可能性的儲備,而不是確切答案。這也是為何Micro LED行業(yè)一直沒有真正的行業(yè)巨頭來做龍頭,帶領大家奮斗的原因。

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