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从短中长期看Micro LED的应用

发布时间:2018/10/29 15:17:24   编辑:hxr
提要: Micro LED是指在芯片上集成的高密度微尺寸LED阵列,每个像素点定址化、单独驱动,具有自发光特性。
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Micro LED是指在芯片上集成的高密度微尺寸LED阵列,每个像素点定址化、单独驱动,具有自发光特性。相比于当前显示技术主流OLED和LCD,Micro LED结构更加简单,性能优势更加明显,具有高亮度、低能耗、使用寿命长、响应速度快等优点,可广泛应用于手机、平板、笔记本电脑、电视、AR/VR设备、户外显示器、抬头显示器(HUD)等领域。早在2014年苹果就通过收购LuxVue科技公司布局Micro LED应用。最近三星、LG布局Micro LED大屏显示应用,分别推出Micro LED产品“The Wall”和175英寸电视。

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Micro LED作为新一代的显示产品,未来主要与LCD、OLED的现有市场展开应用,目前众多企业的应用方向包括智能手表、智能手机、平板、汽车仪表与中控、电视(包括大尺寸电视和超大尺寸电视),但是Micro LED还面临LED芯片微缩和巨量转移两个难题:

1、微缩制程:微缩制程技术是指将原有的LED镜片毫米级的长度微缩至预期目标10μm一下,即1-10μm,也将μLED芯片技术。Micro LED的μLED芯片与现有量产的LED红蓝黄芯片相比,在材质和外延工艺上通用。差别之处以及相应的技术难点在于:

(1)Micro LED需要用到微米级别的LED制程,现有的LED芯片量产工艺及设备无法满足μLED芯片加工要求。

(2)μLED芯片需要做衬底剥离,现有的激光剥离衬底工艺,成本高、效率低,需要

开发适合于μLED芯片的衬底剥离技术。μLED芯片尺寸缩小到了10μm,但是现有设备的加工极限在100μm以上,需要开发更高精度的工艺和设备。

2、巨量转移,是指将数以千计的LED chip搬到驱动背板上并实现发光的功能。其目标不仅仅是一次搬运好几万、好几十万颗LED,还要能“只搬运发光层”,即晶圆上通过MOCVD产出的薄薄外延层(thin-film layers)。

Micro LED制造厂商面临的挑战集中于如何既能实现巨量转移又保持高良率高精度:

(1)转移的仅仅是已经点亮的LED晶体外延层,并不转移原生基底,搬运厚度仅有3%,同时Micro LED尺寸极小,需要更加精细化的操作技术。

(2)一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED,数量巨大,需要新技术满足这一要求。巨量转移需要突破的技术难题,不仅包括如何吸取、选择、放置,还包括转移的设备与吸嘴,选择的各种技巧等,同时还需考虑如何将转移良率提升到99.9999%又保证每颗芯片的精准度控制在正负0.5μm以内。

一般来说,Micro LED显示面积越大,所需的芯片就越多,这就会造成Micro LED中出现不良的概率提升,显示器修复的成本就越高,而显示的PPI越高,显示器所需的芯片尺寸就越小,芯片之间的距离就越小,芯片微缩和巨量转移的难度就越大,我们将目前Micro LED显示有可能的应用所需要的芯片数量和PPI罗列如下:

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短期内,考虑到显示屏尺寸越小,LED芯片尺寸越大,则Micro LED的生产技术难度越小,因此我们判断Micro LED将率先从显示尺寸最小的智能手表应用和LED显示芯片尺寸最大的超大电视(100-150寸)应用开始渗透。

目前,智能手表用户的主要痛点之一便是电池容量有限、续航时间较短。智能手表上添加LTE芯片,可以摆脱手机连接到移动网络独立工作。独立的移动网络模块必将带来耗电量的增加,将进一步使有限的电池容量变得捉襟见肘,而Micro-LED发光效率高、功耗低的特点极大的满足了这一需求。而智能手表显示尺寸小的特点也大幅度降低了前期Micro LED显示器的技术难度,苹果公司开发的Micro LED显示最有可能的应用就是其iWatch产品。

在8K清晰度情况下,100寸LCD屏幕价格是65寸大概16倍,OLED大概是37倍,而Micro LED 可以实现11倍左右的成本,因此Micro LED显示在100寸以上的超大电视上对比现有的OLED和LCD产品价格提高幅度较小,同时显示效果有较大幅度提升,再加上超大尺寸电视属于高端电视市场,主要面向高端商业结构或高净值人群,因此这类消费群体对于价格的敏感度也比较低,这就为Micro LED在超大尺寸电视中的应用提供了经济基础,而超大尺寸电视因为LED显示芯片的尺寸较小,巨量转移的难度和显示器修复的成本也会比较低,正是因为上述原因,目前三星电子在2018年初发布了全球首款MicroLED 商用显示“The Wall”,并根据市场的反应决定提前B2C市场的Micro LED上市时间,预计在CES 2019发布后年初提前进入市场,而LG也在IFA 2018上展出了173英寸Micro LED电视。

中期内,随着Micro LED在小尺寸显示和超大电视中的渗透和技术的进步,我们认为Micro LED显示第二阶段进入的市场将是车载显示领域,包括仪表盘显示和中控显示,车载市场对显示的可靠性要求较高,同时人眼距离显示器的距离较手机、平板、VR等远,因此对PPI的要求比较低,且车载显示的面板相对比较小,因此对Micro LED的技术要求也相对比较低,在2018年的SEMICON Taiwan上錼创发表多款车载RGB Micro LED全彩显示面板,片内含数十万颗R/G/B Micro LED芯片,运用于车内仪表板、照后镜及车上娱乐系统。錼创采用自发光的RGB纯色全彩显示技术展示令人惊艳的显示效果。

据了解錼创已经能将尺寸小于20?m的RGB Micro LED大量转移到各种应用需求的面板上,良率可高达99.9%。而目前积极开发中的巨量定址修复技术,并取得一定成果。

长远来看,智能手机、平板电脑、VR/AR的PPI要求比较高,芯片尺寸小,芯片微缩和巨量转移的难度最高,特别是智能手机,LCD和OLED应用成熟,市场竞争激烈,因此我们认为智能手机、平板电脑、VR/AR这三个领域将是Micro LED最后才能渗透进去的市场。

智能手机和平板电脑,对于手机和平板而言,Micro LED还有着和OLED屏幕一样高对比度、广色域、高反应速度等优点。同时手机平板屏幕耗电占整体耗电量可达40%~80%。Micro LED耗电量大约为OLED的50%,LCD的10%。

目前智能手机均面临续航焦虑,如果将智能手机中的LCD或OLED屏幕换成Micro LED,现有手机续航可以提升至1.5-2倍。再加上OLED和LCD屏由于发光材料和显示结构的限制,发出的光相对更柔和,在户外高亮环境的表现比LED要差,Micro在户外的显示效果也会远远好于LCD和OLED。

VR/AR,Micro LED在纳秒级别的响应速度保证低余晖显示,降低延时。显示器上的像素点被点亮的时间为余辉时间,LCD屏由于背光源发光,像素点在每一帧都是被点亮的,称为全余晖屏。余晖会导致视觉效果产生拖尾现象,从而使人产生头晕。为了降低余晖,除了提高刷新率外,就是增加反应速度。VR设备延时的最主要原因是显示屏延时,占比达60%以上。

Oculus的总延时为19.3ms,其中显示屏延时为13.3ms。Micro LED响应速度媲美OLED显示,有望将显示屏延时降至当前的十分之一。故我们认为Micro LED是应用在VR器件商的优异屏幕选择。台湾工研院自2009年即投入Micro LED技术研发,产品应用方向即为VR产品,目前产品正在研发阶段,预计不久的将来就会有产品成功量产供应台VR品牌厂,并建构Micro LED完整供应链。

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