雖然MWC2020由于新冠疫情的影響取消了,但2月10日至14日的視聽設(shè)備與信息系統(tǒng)集成技術(shù)展覽會(Integrated systems Europe,ISE2020)依然在荷蘭阿姆斯特丹舉行了。在這次展會上,代表未來顯示技術(shù)的Mini/MicroLED在展會上備受關(guān)注。

比如三星展出了其商用顯示設(shè)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(dá)到了583英寸,分辨率達(dá)到了8K。國內(nèi)廠商國星光電發(fā)布了可量產(chǎn)級MiniLED顯示應(yīng)用新品IMD-M05,可無縫拼接實現(xiàn)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,在1月份的CES上,不少筆記本電腦廠商推出了搭載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(dǎo)體推出Micro Clean LED?？导岩残Q已研發(fā)出首款MicroLED產(chǎn)品、友達(dá)推出了12.1英寸全彩主動式MicroLED顯示器?？梢钥闯?MicroLED技術(shù)在接下來的幾年將會取得更大的進(jìn)步,也會有更多的產(chǎn)品推出。

MicroLED可應(yīng)用在智能手表、電視、手機(jī)、平板電腦、以及AR/VR眼鏡等頭戴式設(shè)備中。目前,蘋果、Facebook、索尼、三星、LG顯示、友達(dá)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(dāng)中了。據(jù)統(tǒng)計,目前全球從事MicroLED開發(fā)的機(jī)構(gòu)或企業(yè)已經(jīng)超過140家,據(jù)Yole Développement統(tǒng)計,到目前為止創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)籌集了8億多美元來開發(fā)MicroLED技術(shù),僅2019年就至少籌集了1億美元。而蘋果在MicroLED技術(shù)上已經(jīng)花了15~20億美元。國內(nèi)的面板廠,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作為了未來重點發(fā)展的方向。

什么是MicroLED,什么是MiniLED?

通俗來講,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?qū)崿F(xiàn)每個像素單獨定制,單獨驅(qū)動發(fā)光(自發(fā)光)。它既繼承了無機(jī)LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時間快等特點,又具有自發(fā)光無需背光源的特性,體積小、輕薄,還能輕易實現(xiàn)節(jié)能的效果。

一個MicroLED顯示產(chǎn)品,其基本構(gòu)成是TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動IC三大塊。

Micro LED具有以下優(yōu)勢特點:

(1)高亮度:亮度可達(dá)1000nit

(2)發(fā)光效率高,節(jié)能

(3)高對比度

(4)響應(yīng)快

(5)更長的使用壽命

(6)自發(fā)光,無需背光源

(7)高色域

(8)可以無縫拼接

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

單拿巨量轉(zhuǎn)移來說,MicroLED需要將十萬、百萬量級的MicroLED批量轉(zhuǎn)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(zhǔn)安放至基板上,形成特定序列,難度是非常大的,需要的時間也很長。

不過現(xiàn)在的數(shù)據(jù)顯示,目前MicroLED巨量轉(zhuǎn)移至少可達(dá)到99.9%以上,但并不需要真的拉升至99.999%,可以通過巨量修補(bǔ),以及快速檢測等方式彌補(bǔ)。巨量轉(zhuǎn)移的速度與產(chǎn)品的尺寸、間距都有關(guān),近期實驗室的數(shù)據(jù)顯示可以達(dá)到1秒轉(zhuǎn)移1萬顆的等級。

比如在上周利亞德的投資者交流會中,利亞德的董秘李楠楠就承認(rèn),MicroLED的制造難點主要集中在巨量轉(zhuǎn)移、檢測與修復(fù)方面,以及驅(qū)動IC的設(shè)計和工藝上。巨量轉(zhuǎn)移方面,目前轉(zhuǎn)移一個4K屏幕的MicroLED需要一個多月,而且轉(zhuǎn)移設(shè)備的精密度也無法達(dá)到MicroLED巨量轉(zhuǎn)移的精密度規(guī)格要求。而IC設(shè)計和工藝的難點在于高精度CMOS電路設(shè)計和加工,高精度共晶焊工藝控制方面。

由于這些問題的存在,MicroLED的大規(guī)模商業(yè)化一直難以推進(jìn),因此,為了避開這些問題,MiniLED就橫空出世了。它最早是由臺灣晶電提出來的,指的是晶粒尺寸約在100~200微米的LED,介于傳統(tǒng)LED與MicroLED之間,是傳統(tǒng)LED背光基礎(chǔ)上的改良版本。

從本質(zhì)上來看,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, 區(qū)別在于MicroLED是采用1~10微米的LED晶體,實現(xiàn)0.05毫米或更小尺寸像素顆粒的顯示屏;MiniLED則是采用數(shù)十微米級的LED晶體,實現(xiàn)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,最終實現(xiàn)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(dá)成高曲面背光的形式,厚度跟OLED類似,但是省電高達(dá)80%,適合應(yīng)用于手機(jī)、電視、車用面板及電競筆記本電腦等產(chǎn)品上。

MicroLED產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的玩家及最近動態(tài)

目前,全球有許多廠商都在積極發(fā)展MicroLED和MiniLED的相關(guān)應(yīng)用,芯片廠商有晶電、隆達(dá)、三安光電、華燦和乾照等;封裝廠有億光、榮創(chuàng)光電、宏齊、光磊、瑞豐光電、國星光電、兆馳、首爾半導(dǎo)體等;IC設(shè)計廠有聚積、瑞鼎和Dialog等;面板廠有友達(dá)、群創(chuàng)、京東方、三星、LG顯示等;顯示屏廠商則有利亞德、雷曼等?？梢哉f,整個行業(yè)都已經(jīng)聯(lián)動起來,共同推動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(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會簽訂的項目投資合約,7月底就正式舉行Mini/MicroLED 項目的開工儀式。此項目總投資額為人民幣120億元,總建筑面積達(dá)47.77萬平方公尺,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如華星光電、天馬等,將可享有供應(yīng)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,但未來將會推出6寸磊芯片,目前三安MicroLED開發(fā)進(jìn)度達(dá)到10x20微米,2020年將有更積極的微小化目標(biāo),并在開發(fā)三色轉(zhuǎn)移的技術(shù),相關(guān)轉(zhuǎn)移設(shè)備已陸續(xù)導(dǎo)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,未來芯片效能也會持續(xù)提升。三安MicroLED研發(fā)進(jìn)度已取得具體成果,并開始爭取量產(chǎn)出貨的機(jī)會。

京東方10 月開始量產(chǎn)Micro OLED。京東方正以AR/VR 用眼鏡、無人機(jī)用第一人稱視角(First Person View;FPV)護(hù)目鏡、投影機(jī)等應(yīng)用為目標(biāo),持續(xù)研發(fā)中。正積極爭取供應(yīng)Micro OLED 給華為、大疆創(chuàng)新、小米等業(yè)者機(jī)會。以客戶所要求的光學(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(kuò)大視角才能適用于AR/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(xù)改善紅、綠、藍(lán)光(RGB)等有機(jī)發(fā)光材料,將亮度提升至3 倍以上,達(dá)5,000nit,才可應(yīng)用于投影機(jī)。產(chǎn)能方面,京東方將以投影機(jī)用Micro OLED 月產(chǎn)50 萬片為目標(biāo)。相較于既有采玻璃基板的LCD 面板已屬成熟技術(shù),現(xiàn)以降低生產(chǎn)成本與改善良率等為重點,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(yīng)用,強(qiáng)化與各領(lǐng)域業(yè)者合作,以滿足光學(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(以下簡稱“晶元光電”)的全資子公司—— 元豐新科技股份有限公司(以下簡稱“元豐新科技”),及無錫市梁溪區(qū)人民政府 (以下簡稱“無錫市梁溪區(qū)”)簽署了《關(guān)于Mini LED和Micro LED顯示項目合作框架協(xié)議》(以下簡稱“框架協(xié)議”)。

根據(jù)協(xié)議內(nèi)容顯示,利亞德與元豐新科技將共同推動Mini LED和Micro LED顯示技術(shù)在研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展,雙方擬在無錫市梁溪區(qū)累計總投資10億元人民幣,合資建設(shè)Mini LED和Micro LED顯示項目基地。

合資公司將租用梁溪區(qū)山北街道無錫光電新材料科技園內(nèi)元亮科技工業(yè)廠房,該項目計劃于2019年12月啟動實施,2020年正式投產(chǎn),2023年1月達(dá)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(guī)格MiniLED。在第十六屆“中國光谷”國際光電子博覽會上,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(guī)格MiniLED,據(jù)了解,該MiniLED封裝產(chǎn)品規(guī)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(lán)三色光的芯片封裝在一顆燈珠中,構(gòu)成單位點可獨立控制的全彩像素光源。其像素點間距可低至0.5毫米,這是當(dāng)前RGB自發(fā)光顯示應(yīng)用MiniLED能做到的點間距極限值。

結(jié)語

過去人們認(rèn)為MicroLED要做到10微米以下將面臨瓶頸,但從現(xiàn)在的實驗和試做成果來看,3微米巨量轉(zhuǎn)移已經(jīng)做出不錯的成果了,以目前顯示技術(shù)能夠轉(zhuǎn)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(wěn)定性生產(chǎn)可能要面臨一些挑戰(zhàn),但是已經(jīng)看到目標(biāo)。只要能夠把良品率做上去,成本降下來,那MicroLED的前景將充滿想象力。

至于MiniLED,據(jù)李楠楠透露,蘋果的新一代iPad Pro和Macbook Pro將會采用MiniLED模組,供應(yīng)商應(yīng)該就是臺灣晶電,因此,晶電的MiniLED產(chǎn)能基本已經(jīng)被蘋果占滿。而隨著想蘋果這樣的大客戶的采用,要是反響不錯的化,對市場將有著強(qiáng)大的號召作用,其他的廠商也會跟進(jìn),這將給MiniLED的大規(guī)模商用鋪平了道路。

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