從短中長期看Micro LED的應用

2018-10-31 18:00 瀏覽次數：14951

Micro LED是指在芯片上集成的高密度微尺寸LED陣列，每個像素點定址化、單獨驅動，具有自發光特性。相比於當前顯示技術主流OLED和LCD，Micro LED結構更加簡單，性能優勢更加明顯，具有高亮度、低能耗、使用壽命長、響應速度快等優點，可廣泛應用於手機、平板、筆記本電腦、電視、AR/VR設備、戶外顯示器、抬頭顯示器(HUD)等領域。早在2014年蘋果就通過收購LuxVue科技公司布局Micro LED應用。最近三星、LG布局Micro LED大屏顯示應用，分別推出Micro LED產品“The Wall”和175英寸電視。

Micro LED作為新一代的顯示產品，未來主要與LCD、OLED的現有市場展開應用，目前眾多企業的應用方向包括智能手表、智能手機、平板、汽車儀表與中控、電視(包括大尺寸電視和超大尺寸電視)，但是Micro LED還麵臨LED芯片微縮和巨量轉移兩個難題：

1、微縮製程：微縮製程技術是指將原有的LED鏡片毫米級的長度微縮至預期目標10μm一下，即1-10μm，也將μLED芯片技術。Micro LED的μLED芯片與現有量產的LED紅藍黃芯片相比，在材質和外延工藝上通用。差別之處以及相應的技術難點在於：

(1)Micro LED需要用到微米級別的LED製程，現有的LED芯片量產工藝及設備無法滿足μLED芯片加工要求。

(2)μLED芯片需要做襯底剝離，現有的激光剝離襯底工藝，成本高、效率低，需要開發適合於μLED芯片的襯底剝離技術。μLED芯片尺寸縮小到了10μm，但是現有設備的加工極限在100μm以上，需要開發更高精度的工藝和設備。

2、巨量轉移，是指將數以千計的LED chip搬到驅動背板上並實現發光的功能。其目標不僅僅是一次搬運好幾萬、好幾十萬顆LED，還要能 “隻搬運發光層”。 

    Micro LED製造廠商麵臨的挑戰集中於如何既能實現巨量轉移又保持高良率高精度：

(1)轉移的僅僅是已經點亮的LED晶體外延層，並不轉移原生基底，搬運厚度僅有3%，同時Micro LED尺寸極小，需要更加精細化的操作技術。

(2)一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED，數量巨大，需要新技術滿足這一要求。巨量轉移需要突破的技術難題，不僅包括如何吸取、選擇、放置，還包括轉移的設備與吸嘴，選擇的各種技巧等，同時還需考慮如何將轉移良率提升到99.9999％又保證每顆芯片的精準度控製在正負0.5μm以內。

一般來說，Micro LED顯示麵積越大，所需的芯片就越多，這就會造成Micro LED中出現不良的概率提升，顯示器修複的成本就越高，而顯示的PPI越高，顯示器所需的芯片尺寸就越小，芯片之間的距離就越小，芯片微縮和巨量轉移的難度就越大，我們將目前Micro LED顯示有可能的應用所需要的芯片數量和PPI羅列如下：

短期內，考慮到顯示屏尺寸越小，LED芯片尺寸越大，則Micro LED的生產技術難度越小，因此我們判斷Micro LED將率先從顯示尺寸最小的智能手表應用和LED顯示芯片尺寸最大的超大電視(100-150寸)應用開始滲透。

目前，智能手表用戶的主要痛點之一便是電池容量有限、續航時間較短。智能手表上添加LTE芯片，可以擺脫手機連接到移動網絡獨立工作。獨立的移動網絡模塊必將帶來耗電量的增加，將進一步使有限的電池容量變得捉襟見肘，而Micro LED發光效率高、功耗低的特點極大的滿足了這一需求。而智能手表顯示尺寸小的特點也大幅度降低了前期Micro LED顯示器的技術難度，蘋果公司開發的Micro LED顯示最有可能的應用就是其iWatch產品。

在8K清晰度情況下，100寸LCD屏幕價格是65寸大概16倍，OLED大概是37倍，而Micro LED 可以實現11倍左右的成本，因此Micro LED顯示在100寸以上的超大電視上對比現有的OLED和LCD產品價格提高幅度較小，同時顯示效果有較大幅度提升，再加上超大尺寸電視屬於高端電視市場，主要麵向高端商業結構或高淨值人群，因此這類消費群體對於價格的敏感度也比較低，這就為Micro LED在超大尺寸電視中的應用提供了經濟基礎，而超大尺寸電視因為LED顯示芯片的尺寸較小，巨量轉移的難度和顯示器修複的成本也會比較低，正是因為上述原因，目前三星電子在2018年初發布了全球首款MicroLED 商用顯示“The Wall”，並根據市場的反應決定提前B2C市場的Micro LED上市時間，預計在CES 2019發布後年初提前進入市場，而LG也在IFA 2018上展出了173英寸Micro LED電視。

中期內，隨著Micro LED在小尺寸顯示和超大電視中的滲透和技術的進步，我們認為Micro LED顯示第二階段進入的市場將是車載顯示領域，包括儀表盤顯示和中控顯示，車載市場對顯示的可靠性要求較高，同時人眼距離顯示器的距離較手機、平板、VR等遠，因此對PPI的要求比較低，且車載顯示的麵板相對比較小，因此對Micro LED的技術要求也相對比較低。

長遠來看，智能手機、平板電腦、VR/AR的PPI要求比較高，芯片尺寸小，芯片微縮和巨量轉移的難度最高，特別是智能手機，LCD和OLED應用成熟，市場競爭激烈，因此我們認為智能手機、平板電腦、VR/AR這三個領域將是Micro LED最後才能滲透進去的市場。

智能手機和平板電腦，對於手機和平板而言，Micro LED還有著和OLED屏幕一樣高對比度、廣色域、高反應速度等優點。同時手機平板屏幕耗電占整體耗電量可達40%-80%。Micro LED耗電量大約為OLED的50%，LCD的10%。

目前智能手機均麵臨續航焦慮，如果將智能手機中的LCD或OLED屏幕換成Micro LED，現有手機續航可以提升至1.5-2倍。再加上OLED和LCD屏由於發光材料和顯示結構的限製，發出的光相對更柔和，在戶外高亮環境的表現比LED要差，Micro在戶外的顯示效果也會遠遠好於LCD和OLED。

VR/AR，Micro LED在納秒級別的響應速度保證低餘暉顯示，降低延時。顯示器上的像素點被點亮的時間為餘暉時間，LCD屏由於背光源發光，像素點在每一幀都是被點亮的，稱為全餘暉屏。餘暉會導致視覺效果產生拖尾現象，從而使人產生頭暈。為了降低餘暉，除了提高刷新率外，就是增加反應速度。VR設備延時的最主要原因是顯示屏延時，占比達60%以上。

Oculus的總延時為19.3ms，其中顯示屏延時為13.3ms。Micro LED響應速度媲美OLED顯示，有望將顯示屏延時降至當前的十分之一。故我們認為Micro LED是應用在VR器件商的優異屏幕選擇。台灣工研院自2009年即投入Micro LED技術研發，產品應用方向即為VR產品，目前產品正在研發階段，預計不久的將來就會有產品成功量產供應台VR品牌廠，並建構Micro LED完整供應鏈。

 

 

                                                來源：高工 LED