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MicroLED商用化在即,一文了解从上游芯片到下游面板的所有玩家

荷叶塘 来源:电子发烧友网 作者:程文智 2020-02-18 09:56 次阅读

虽然MWC2020由于新冠疫情的影响取消了,但2月10日至14日的视听设备与信息系统集成技术展览会(Integrated systems Europe,ISE2020)依然在荷兰阿姆斯特丹举行了。在这次展会上,代表未来显示技术的Mini/MicroLED在展会上备受关注。

比如三星展出了其商用显示设备The Wall商业版,它是三星的MicroLED产品,外形方面做到了几乎零边框,尺寸更是达到了583英寸,分辨率达到了8K。国内厂商国星光电发布了可量产级MiniLED显示应用新品IMD-M05,可无缝拼接实现102英寸4K屏幕和204英寸8K屏幕;雷曼光电则推出了新一代基于COB技术的超高清0.6mm间距的MicroLED显示屏

其实,在1月份的CES上,不少笔记本电脑厂商推出了搭载MiniLED技术的笔记本电脑和电竞显示器等高端新品。三星推出了面向家庭的模块化MicroLED、首尔半导体推出Micro Clean LED。康佳也宣称已研发出首款MicroLED产品、友达推出了12.1英寸全彩主动式MicroLED显示器。可以看出,MicroLED技术在接下来的几年将会取得更大的进步,也会有更多的产品推出。

MicroLED可应用在智能手表、电视、手机、平板电脑、以及AR/VR眼镜等头戴式设备中。目前,苹果、Facebook、索尼、三星、LG显示、友达光电和群创光电等企业,都已经投入到MicroLED的研发当中了。据统计,目前全球从事MicroLED开发的机构或企业已经超过140家,据Yole Développement统计,到目前为止创业公司已经筹集了8亿多美元来开发MicroLED技术,仅2019年就至少筹集了1亿美元。而苹果在MicroLED技术上已经花了15~20亿美元。国内的面板厂,比如华星光电、京东方、天马等也积极参与研发,而三安光电也将MicroLED作为了未来重点发展的方向。


图1:Yole Développement预计的MicroLED产业未来4年的发展路线图。

什么是MicroLED,什么是MiniLED?

通俗来讲,MicroLED就是LED的微缩化和矩阵化技术。将LED(发光二极管)背光源进行薄膜化、微小化、阵列化,可以让LED单元小于50微米,与OLED一样能够实现每个像素单独定制,单独驱动发光(自发光)。它既继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,又具有自发光无需背光源的特性,体积小、轻薄,还能轻易实现节能的效果。

一个MicroLED显示产品,其基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三大块。

Micro LED具有以下优势特点:

(1)高亮度:亮度可达1000nit

(2)发光效率高,节能

(3)高对比度

(4)响应快

(5)更长的使用寿命

(6)自发光,无需背光源

(7)高色域

(8)可以无缝拼接

虽然MicroLED有诸多优点,但是由于它还有不少技术问题需要解决,比如工艺、巨量转移、封装技术和高成本问题。

单拿巨量转移来说,MicroLED需要将十万、百万量级的MicroLED批量转移到TFT背板上,而由于MicroLED芯片尺寸不到100微米,要将微小芯片精准安放至基板上,形成特定序列,难度是非常大的,需要的时间也很长。

不过现在的数据显示,目前MicroLED巨量转移至少可达到99.9%以上,但并不需要真的拉升至99.999%,可以通过巨量修补,以及快速检测等方式弥补。巨量转移的速度与产品的尺寸、间距都有关,近期实验室的数据显示可以达到1秒转移1万颗的等级。

比如在上周利亚德的投资者交流会中,利亚德的董秘李楠楠就承认,MicroLED的制造难点主要集中在巨量转移、检测与修复方面,以及驱动IC的设计和工艺上。巨量转移方面,目前转移一个4K屏幕的MicroLED需要一个多月,而且转移设备的精密度也无法达到MicroLED巨量转移的精密度规格要求。而IC设计和工艺的难点在于高精度CMOS电路设计和加工,高精度共晶焊工艺控制方面。

由于这些问题的存在,MicroLED的大规模商业化一直难以推进,因此,为了避开这些问题,MiniLED就横空出世了。它最早是由台湾晶电提出来的,指的是晶粒尺寸约在100~200微米的LED,介于传统LED与MicroLED之间,是传统LED背光基础上的改良版本。

从本质上来看,MicroLED和MiniLED一样,都是基于微小的LED晶体颗粒作为像素发光点, 区别在于MicroLED是采用1~10微米的LED晶体,实现0.05毫米或更小尺寸像素颗粒的显示屏;MiniLED则是采用数十微米级的LED晶体,实现0.5~1.2毫米像素颗粒的显示屏。

而我们熟知的小间距LED,采用的是亚毫米级LED晶体,最终实现1.0~2.0毫米像素颗粒显示屏。


图2:MiniLED与MicroLED的性能对比。

相比较而言,MiniLED在工艺上相较于MicroLED良率高,具有异型切割特性,搭配软性基板亦可达成高曲面背光的形式,厚度跟OLED类似,但是省电高达80%,适合应用于手机、电视、车用面板及电竞笔记本电脑等产品上。

MicroLED产业链内的玩家及最近动态

目前,全球有许多厂商都在积极发展MicroLED和MiniLED的相关应用,芯片厂商有晶电、隆达、三安光电、华灿和乾照等;封装厂有亿光、荣创光电、宏齐、光磊、瑞丰光电、国星光电、兆驰、首尔半导体等;IC设计厂有聚积、瑞鼎和Dialog等;面板厂有友达、群创、京东方、三星、LG显示等;显示屏厂商则有利亚德、雷曼等。可以说,整个行业都已经联动起来,共同推动MicroLED和MiniLED的商业化。

三安光电在2019年4月宣布与湖北省葛店经济技术开发区管理委员会签订的项目投资合约,7月底就正式举行Mini/MicroLED 项目的开工仪式。此项目总投资额为人民币120亿元,总建筑面积达47.77万平方公尺,将作为Mini/MicroLED氮化镓芯片、Mini/Micro LED 砷化镓芯片、4K显示屏用封装等三大产品的研发基地。由于武汉附近涵盖多家主要面板厂如华星光电、天马等,将可享有供应地利之便。三安对于MicroLED 的定义为50~60微米以下,磊芯片目前虽然是以4寸为主流,但未来将会推出6寸磊芯片,目前三安MicroLED开发进度达到10x20微米,2020年将有更积极的微小化目标,并在开发三色转移的技术,相关转移设备已陆续导入。由于采取MicroLED串连的测试方式,不需要逐一针对单颗LED进行测试,其效率较高,是三安取得技术的重要突破,未来芯片效能也会持续提升。三安MicroLED研发进度已取得具体成果,并开始争取量产出货的机会。

京东方10 月开始量产Micro OLED。京东方正以AR/VR 用眼镜、无人机用第一人称视角(First Person View;FPV)护目镜、投影机等应用为目标,持续研发中。正积极争取供应Micro OLED 给华为大疆创新、小米等业者机会。以客户所要求的光学、材料、产能等三大要素而言,在光学要素的80 度视角方面,京东方Micro OLED 目前仅具46度水平,尚须扩大视角才能适用于AR/VR 用眼镜。

材料方面,京东方量产中的Micro OLED 面板具1,500nit(cd/m2)亮度水平,须持续改善红、绿、蓝光(RGB)等有机发光材料,将亮度提升至3 倍以上,达5,000nit,才可应用于投影机。产能方面,京东方将以投影机用Micro OLED 月产50 万片为目标。相较于既有采玻璃基板的LCD 面板已属成熟技术,现以降低生产成本与改善良率等为重点,在硅晶圆上制作的Micro OLED 新技术尚处起步阶段,相对须重视拓展应用,强化与各领域业者合作,以满足光学、材料等新要求条件。

利亚德在2019年12月25日与台湾晶元光电股份有限公司(以下简称“晶元光电”)的全资子公司—— 元丰新科技股份有限公司(以下简称“元丰新科技”),及无锡市梁溪区人民政府 (以下简称“无锡市梁溪区”)签署了《关于Mini LED和Micro LED显示项目合作框架协议》(以下简称“框架协议”)。

根据协议内容显示,利亚德与元丰新科技将共同推动Mini LED和Micro LED显示技术在研发、生产和应用领域的发展,双方拟在无锡市梁溪区累计总投资10亿元人民币,合资建设Mini LED和Micro LED显示项目基地。

合资公司将租用梁溪区山北街道无锡光电新材料科技园内元亮科技工业厂房,该项目计划于2019年12月启动实施,2020年正式投产,2023年1月达产。合资公司首期注册资本为3亿元人民币。 

在芯片方面,武汉光电工研院携手华引芯发布可量产的最小规格MiniLED。在第十六届“中国光谷”国际光电子博览会上,武汉光电工研院及孵化企业华引芯科技联合发布了自主研发的MiniLED芯片级封装产品,这是目前可量产的最小规格MiniLED,据了解,该MiniLED封装产品规格为380×380微米,产品厚度小于200微米,采用三合一方式,将分别显示红、绿、蓝三色光的芯片封装在一颗灯珠中,构成单位点可独立控制的全彩像素光源。其像素点间距可低至0.5毫米,这是当前RGB自发光显示应用MiniLED能做到的点间距极限值。

结语

过去人们认为MicroLED要做到10微米以下将面临瓶颈,但从现在的实验和试做成果来看,3微米巨量转移已经做出不错的成果了,以目前显示技术能够转移2~5微米大小的芯片,可以制造出搞到1800dpi等级的高精密度显示器,虽然稳定性生产可能要面临一些挑战,但是已经看到目标。只要能够把良品率做上去,成本降下来,那MicroLED的前景将充满想象力。

至于MiniLED,据李楠楠透露,苹果的新一代iPad Pro和Macbook Pro将会采用MiniLED模组,供应商应该就是台湾晶电,因此,晶电的MiniLED产能基本已经被苹果占满。而随着想苹果这样的大客户的采用,要是反响不错的化,对市场将有着强大的号召作用,其他的厂商也会跟进,这将给MiniLED的大规模商用铺平了道路。

可以预见,2020年将会有一批MiniLED的产品推向市场,但MicroLED的真正商用估计要等到2021年了。

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