機會平權的MicroLED賽道，機遇大挑戰(zhàn)也不少

近年來，MicroLED（μLED）顯示技術受到了廣泛關注。作為一種新型顯示技術，其在高亮度、高對比度、廣色域、快速響應等方面具有明顯優(yōu)勢，被認為是顛覆產業(yè)的“終極顯示技術”。

MicroLED顯示器在許多領域有廣泛的應用前景，如高端電視、商業(yè)廣告、AR/VR等。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術的發(fā)展，MicroLED顯示器的市場需求將進一步增加。

MicroLED顯示技術目前面臨的主要問題是制造成本高和良率低。然而，隨著技術的不斷進步和產業(yè)的發(fā)展，這些問題將逐漸得到解決，能夠與其他顯示技術如OLED（有機發(fā)光二極管）、LCD（液晶顯示器）等競爭，并取得更多的市場份額。

根據(jù)IDTechEx預測，到2034年，全球MicroLED顯示器市場將超過52億美元。為了抓住MicroLED的市場機遇，一些廠商都在加強技術研發(fā)和創(chuàng)新投入，不斷優(yōu)化生產工藝和降低生產成本，產業(yè)鏈上下游的合作也在推動MicroLED顯示器產業(yè)的發(fā)展。

MicroLED獨特的價值取向

MicroLED是一種微發(fā)光二極管，尺寸只有LED的1%。它是將LED結構薄膜化、微小化、陣列化，縮小到1-10μm，將微米級三色RGB MicroLED批量轉移到基板上，再利用物理沉積制備保護層和電極，并封裝成各種尺寸的MicroLED顯示器。

MicroLED的目標應用涵蓋AR/VR/MR等微型顯示器，電視、汽車、手機、可穿戴設備、平板電腦、筆記本電腦等中型顯示器，以及大型視頻公共顯示器等應用。

不同顯示技術對比

MicroLED的引爆還要從LuxVue說起，這家2009年成立的初創(chuàng)公司主要研發(fā)用于消費電子的低功耗MicroLED顯示技術，歷經(jīng)三輪融資募得4300萬美元。其在批量轉移（mass transfer）領域的專利布局令蘋果垂涎欲滴，遂于2014年將其收入囊中。

之后，MicroLED逐漸成為一種有吸引力的發(fā)射顯示技術，受到行業(yè)玩家的追捧。與傳統(tǒng)顯示器相比，基于微發(fā)光二極管陣列的MicroLED顯示器具有明顯的優(yōu)勢。

雖然LCD、OLED和QLED（量子點發(fā)光二極管顯示）等可以提供一些功能，但MicroLED顯示器有其獨特的價值取向：寬色域、高亮度、低功耗、優(yōu)異的穩(wěn)定性和長壽命、寬視角、高動態(tài)范圍、高對比度、快刷新率、透明性、無縫連接和傳感器集成能力。

直到2016年，索尼才正式推出首款MicroLED商用產品Crystal LED黑彩晶顯示器，用MicroLED取代了傳統(tǒng)的封裝LED。這些微小間距的LED視頻顯示器瞄準to-B市場，成本和價格都比當時的產品貴很多。但技術不成熟、成本壁壘和供應鏈不完整是MicroLED顯示器沒能大規(guī)模商業(yè)化的三大障礙。

制造MicroLED的挑戰(zhàn)

MicroLED的制造挑戰(zhàn)在于：技術難度高，制造過程復雜，導致生產成本較高；由于MicroLED顯示器像素密度高，對驅動電路的要求較高，需要高度集成和低功耗驅動芯片；此外，MicroLED顯示器的制造需要高精度和高穩(wěn)定性的設備，這也增加了制造成本。

制造MicroLED顯示器涉及許多技術和工藝，如外延、光刻、芯片制造、襯底去除、檢查、批量轉移、裝配和集成、鍵合和互連、測試、缺陷管理、修復、光管理、全彩實現(xiàn)、背板和驅動IC等。

經(jīng)過多年發(fā)展，一些技術難題已經(jīng)得到解決，但新的挑戰(zhàn)也擺在面前。例如，幾年前的主要努力集中在管芯小型化、芯片設計和批量轉移等方面。最近，越來越多的玩家意識到對所有工藝的完整理解才是關鍵，因此將更多精力集中于檢查、修復、驅動、圖像改善、光線管理等技術以及提高良率和生產力。

不同顯示技術——LCD、OLED、QLED的特性不同，適用于不同的應用場景。

LCD具有圖像質量高、視角廣、壽命長的特點，通常用于電視和計算機顯示器。LCD反應速度相對較慢，且需要背光源，在黑色純度和色彩鮮艷度上有所欠缺。

OLED具有自發(fā)光特性，黑色純度和色彩表現(xiàn)力出色，視角很廣，反應速度快，適用于高端電視、智能手機等。不過，OLED壽命比較短，且制造成本較高。

QLED是近年來新興的一種顯示技術，結合了LCD和OLED的優(yōu)點，具有高亮度、高對比度、廣色域等特性，其色彩鮮艷度、純度和動態(tài)范圍都非常出色，適用于高端電視、商業(yè)廣告等。然而，QLED的制造成本也較高。

不同顯示技術的特性比較

隨著MicroLED技術成熟度、成本壁壘和供應鏈問題的解決，它有望滿足更多目標需求，替代現(xiàn)有的顯示器，如65英寸以下LCD、OLED智能手機顯示屏及電視，以及LED公共顯示器，并創(chuàng)造新的市場，如模塊化顯示器和感知集成。

MicroLED技術探討

典型RGB LED的結構比較復雜，而綠色和藍色LED相對簡單。可以看出，其每層厚度不是按比例縮放。例如，外延在10μm范圍內，而襯底厚度可高達500μm。不同制造商選擇的層結構也不一樣。

目前，MicroLED面臨的“三座大山”是芯片效率、批量轉移和全彩化。從轉移、裝配和集成技術類型看，在MicroLED批量轉移裝配中，顯示像素間距與原生外延晶圓上的LED間距不同。其中，Chiplet批量轉移是在加工、制造MicroLED芯片后進行信號處理，然后將芯片轉移到驅動電路背板。不同工藝包括：印模（Stamp）轉移、流體自裝配、激光轉移、靜電/電磁自裝配等。

一體化轉移是為了形成MicroLED和TFT/驅動IC，然后進行整個器件的Chiplet批量轉移。

在陣列集成中，顯示器的像素間距與原生外延晶圓上的LED間距相同。對于異質晶圓，混合（Hybridization）是對MicroLED外延層進行加工和制造的過程，然后作為一個單元來處理，與驅動電路背板鍵合。嚴格來說，Chiplet批量轉移是一種特殊混合，不同之處在于MicroLED芯片是否單獨存在。單片混合集成是先將MicroLED外延層與驅動電路背板鍵合，然后進行pLED（聚合物電致發(fā)光LED）制備。

下表以一些廠商為例對批量轉移技術的特點進行了比較，包括傳統(tǒng)拾取與貼裝、彈性印模、靜電陣列轉移、輥對板轉移、流體裝配、激光輔助轉移。

批量轉移技術比較

流體裝配是通過重力和毛細管力驅使并將MicroLED捕獲到驅動IC陣列上，自裝配在異丙醇、丙酮或純水等流體中進行。光電化學流體自裝配過程是將涂有光電化學功能層的器件放入溶液中，光電化學層與光相互作用產生電流，將器件引導到接收襯底上的電極，與表面具有功能化區(qū)域的器件形成連接。這種方法的優(yōu)點是可以一次處理多個MicroLED，間距可以隨機變化，未裝配芯片可回收再使用。缺點是需要功能性光電化學層，處理器件繁瑣，增加了額外難度和成本，至少需要3道工藝才能實現(xiàn)全彩。

單片集成是除了異質晶圓以外處理同一襯底上制備的方法。它可以在MicroLED上形成驅動電路；也可以在驅動晶圓上形成MicroLED；還可以將兩者并排放置。

幾種單片集成類型

單片集成方法通常存在以下問題：

首先制造驅動電路，然后在頂部沉積或生長MicroLED，因為加工溫度必須保持在400℃以下，在完成的驅動電路上生長或轉移MicroLED可能很困難。而高質量、高效率的MicroLED外延生長通常需要高溫，可能會損壞驅動電路。

其次，如果直接在MicroLED晶圓背面生長驅動電路（如CMOS有源矩陣或薄膜晶體管），為避免損壞MicroLED的光學特性，這種方法熱預算比較有限；銦/金污染可能是另一個難題。

第三，并排沉積或生長MicroLED陣列和驅動電路需要更多空間，從商業(yè)角度看，這種方法不太可取。

實現(xiàn)MicroLED全彩的策略包括：使用直接RGB實現(xiàn)全彩；白光穿透帶損耗的濾光片獲得RGB色彩；通過三棱鏡集成3塊RGB LED面板形成全彩；將高能光轉換為低能量（較長波長）光等。

MicroLED的全彩策略

在彩色濾光片工藝流程中，需要制作黑色矩陣（BM），其主要作用是隔絕RGB，防止外觀上的混色；另一個作用是遮光，制作材料有Cr、CrOx等。主要制作步驟有濺射、涂布、蝕刻線等。

黑色矩陣制作步驟

QD（量子點）濾光片是量子點顯示應用的最新技術之一，量子點粒子被分散在光刻膠中，然后用圖案化替換子像素中的有色染料，每個像素點由3個次像素點構成，分別噴墨印刷上紅色、綠色量子點和擴散粒子。

在藍背光激發(fā)下，量子點彩色濾光片可發(fā)出色純度非常高的三原色，從而提升顯示色域。與傳統(tǒng)濾光片不同，量子點類似有源元件，對通過的光進行轉換，而不是阻擋。QD濾光片的缺點在于：藍光泄漏和環(huán)境光激發(fā)，需要在效率/再吸收和泄漏之間進行權衡；量子點會向所有方向發(fā)射非偏振光，在兼容性、材料研究和穩(wěn)定性要求方面有待進一步研究。

MicroLED供應鏈格局

在現(xiàn)有LED行業(yè)和發(fā)展良好的顯示行業(yè)基礎上，新興的批量轉移和集成在連接這兩個行業(yè)方面發(fā)揮著關鍵作用，有可能建立一個新的供應鏈。由于成本優(yōu)勢，當前LCD制造業(yè)正在向中國轉移，韓國正在主導OLED顯示器，而那些能夠迅速做出反應，在供應鏈中占據(jù)重要地位的廠商將抓住下一個重大機遇。這場游戲對于傳統(tǒng)LED供應商、顯示器供應商、先進材料供應商、組件供應商、OEM、集成商、工具供應商機會均等。

隨著越來越多的參與者投身于MicroLED行業(yè)，直接合作已成為大家的共同選擇。基于地理位置形成了幾個供應鏈集群，跨大陸合作越來越普遍。這表明，全球化仍然是MicroLED行業(yè)未來的趨勢。從周期來看，目前正處于合并和整合階段。

盤點全球主要LED公司，中國臺灣和大陸廠商最多，其次是美國。

機會和挑戰(zhàn)并存

MicroLED作為一種新型顯示技術，具有高亮度、高對比度、低功耗、長壽命等優(yōu)點，被視為下一代顯示技術的重要發(fā)展方向。據(jù)市場研究機構預測，未來幾年MicroLED顯示市場將保持高速增長，有望成為顯示市場的主流技術之一。同時，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等技術的普及和應用，MicroLED顯示技術在智能終端、可穿戴設備、虛擬現(xiàn)實等領域的應用場景將不斷拓展。

MicroLED技術的研發(fā)和生產涉及材料、工藝、設備等多個方面，在目前階段，其批量轉移、像素光源和超高密度封裝等環(huán)節(jié)仍有待突破，從而提高生產效率和良品率，降低成本，加快落地進程。