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不烧屏的MicroLED,是iPhone摆脱三星的关键

Micro-LED 一旦突破大规模量产的瓶颈,逐步降低成本,很可能将成为未来消费电子的核心技术之一,为所有显示设备消费者提供更好的体验。

今年一开始,彭博社 Mark Gurman 就在报道中指出,苹果将于 2024 年年底在 Apple Watch 上首发搭载自研的 Micro-LED 屏幕,后续还将用于旗下 iPhone 及其他产品,以替代原先来自三星和 LG 的 OLED 屏幕。这也是苹果的*全自研屏幕。

一方面,自研能让苹果在供应链上降低对合作伙伴尤其是三星的依赖,掌握更大的话语权;另一方面,Micro-LED 也代表了显示技术的未来方向。

三星显示部门也在去年启动了一项用于智能手表的 Micro-LED 开发项目。韩国媒体 ETnews 透露,三星显示接近完成将 Micro-LED 试验线生产设备搬至忠清南道牙山 A2 线的合同,预计该线将于明年上半年投产。

而仅苹果 Apple Watch 和三星 Galaxy Watch 两大智能手表品牌,就占据了全球智能手表市场的 40%(苹果 30%+三星 10%)份额,但智能手表不过是 Micro-LED 大规模商业化的起点。

「从 Micro-LED 现阶段技术看,其主要产业化应用是已经商用的大尺寸拼接显示、穿戴产品,以及 AR 产品上的单色 Micro-LED 设备。」京东方技术专家杨瑞智谈到。而天马 Micro-OLED 研究院院长秦峰还提到,车载也将是 Micro-LED 另一大用武之地。

今年的 CES 大会上,就有多家国产面板厂商展示了 Micro-LED 的应用场景。天马展示了一款 9.38 英寸车用显示屏,PPI 大于 100 情况下透过率也超过了 70%,像素间距为 222μm,可应用于车窗、抬头显示等。TCL 也推出基于单色微型显示器的双目全彩 MicroLED 光波导 AR 眼镜 RayNeo X2,类似小米正在*的米家眼镜相机上的 Micro-LED 方案。

据*财经报道,2 月 9 日举办的国际第三代半导体论坛上有数据显示,2020 年以来,全球 Micro-LED 领域的投资已超过 1000 亿元人民币。据高工 LED 不完全统计,2022 年投向 Mini/Micro LED 等领域新增投资超过了 700 亿元人民币。

但 Micro-LED 仍然还处在商业化的早期,为什么就已经被不少产业链企业视为下一代的*显示技术?

Micro-LED

超越 OLED 和 LCD

Micro-LED,就像它的名字一样,是将 LED 缩放到极小尺寸的一种新型显示技术。更具体地讲,是以自发光的微米量级的 LED 为发光单元,将其组装到驱动面板上形成高密度 LED 阵列的显示技术。

图/集邦咨询

相比于应用已经非常广泛的 LCD 技术和 OLED 技术,Micro-LED 集合并放大了 LCD 和 OLED 最突出的性能优势:不仅有 OLED 近乎无限的对比度、超薄和更快的反应速度,还有比 LCD 更高的亮度和寿命,以及更高的清晰度、更低的功耗和更强的色彩还原能力等。

尽管 Micro-LED 还没有获得大规模商用,但作为从 LED 到 Micro-LED 的过渡方案,Mini-LED 产品已经实现了大规模上市。

其中*代表性的产品就是苹果的 Pro Display XDR,尽管还解决不了 LCD 局部调光带来的光晕等问题,但 Pro Display XDR 还是在亮度、色彩还原、对比度等方面得到了普遍的赞誉,The Verge 高级动画设计师 Grayson Blackmon 评价其为「我用过*的显示器之一」。

Micro-LED 在 LED 芯片尺寸和显示技术上,都要比 Mini-LED 都更往前一步,是更为彻底的技术革新。区别于 LED,Micro-LED 不对单个显示单元进行封装,而是对整个模组进行封装,单个显示单元大小已经可以做到微米等级的 LED 阵列。

界定 Micro-LED 的方式一般分为两种。一是看芯片尺寸,将 LED 芯片缩放至小于 100μm,便可称为 Micro-LED 芯片,根据人眼与屏幕的距离还有不同的区别,比如 VR/AR 的观看距离极小,像素密度要求极高,对应的芯片尺寸要求则要达到 50μm 以下。

图/中国半导体协会

二是看工艺,由于 Micro-LED 芯片尺寸非常小,其长宽甚至比芯片的高度还小,不利于芯片在玻璃基板上的固定,因此比起传统的 LED 工艺还增加一步激光剥离芯片基板的操作。

不仅如此,Micro-LED 由于其高亮度、低功耗、体积小等优势,适用于绝大部分的显示应用场景,从巨屏电视到智能手表,再到 AR/VR 近眼显示所需的小尺寸超高清屏幕。

当然,这么好的东西一般都有同样的问题:贵和难。

微缩化、巨量转移

Micro-LED 商业化还有障碍

2018 年 1 月,三星在 CES 大会上秀肌肉般发布了一款巨屏电视—— The Wall。作为全球*消费级模块化 Micro-LED 显示屏,The Wall 足有 146 英寸大小,定价更是超过 100 万元人民币。屏幕大小、显示效果和产品定价,都可谓「震撼人心」。

四年后,三星在国内首发了新款 110 英寸的 The Wall 电视,售价为 105 万元。一如既往的贵。

The Wall 更多承担了三星 Micro-LED 技术集中展示的产品定位,三星自然没有指望真从这款产品中赚到多少利润。但现在的情况是,Micro-LED 的成本已经有了大幅下降,却依然不便宜。

彭博社的那篇报道还援引参与苹果 Micro-LED 项目的人士称,苹果早前的目标是将自研 Micro-LED 率先应用于大屏显示器,但由于成本、技术实现难度、项目风险等诸多因素考虑,最终决定在 Apple Watch 上先「试试水」。

同理,三星显示选择智能手表作为 Micro-LED 大规模应用的原因,大概也是出于成本和技术实现难度上。智能手表一方面更看重高亮度、低功耗等优势,保证续航和户外的显示效果,对其他方面要求相对较低;另一方面小尺寸和业务规模也意味着在成本和风险上相对可控。

而 Micro-LED 的贵和难其实是一体的,正是量产环节存在大量问题,导致良率较低,价格居高不下。核心的原因,还是太小了。类似情况在芯片制造工艺领域也是,目前*进的工艺制程是 3nm,全球只有台积电和三星掌握,每前进一步背后都是大量的工程和技术挑战。

可能发生侧壁缺陷,图/赛迪智库:Micro LED 显示研究报告(2019)

首先,Micro-LED 需要通过微缩制程技术将 LED 芯片微缩到满足要求的尺寸,过程中会产生侧壁缺陷,导致外延部分不可用,大幅降低可使用率,提高成本。

之后的巨量转移也是目前 Micro-LED 实现大规模商用的主要障碍之一。在上述 Micro-LED 芯片制造出来后,要将其定点大批量地转移到电路基板上,整个过程就被称为「巨量转移」。

巨量转移的不同路线,图/艾邦 LED

不同于 LED 上的转移,Micro-LED 的转移数量更大,4K Micro-LED 就需要完成两千多万颗芯片的倒装,8K 更是达到了上亿,同时还对精度、良率和工艺的可靠性等有更高的要求。到目前巨量转移技术还有好几种并行的技术路线,各有优势和缺陷,还没有哪一种方式获得了比较普遍的认同。

此外,整个 Micro-LED 产业链的上游、中游、下游还存在大量未解和待优化的问题。好消息是,至少我们已经看到上下游厂商的巨额研发投入和陆续的结果。

比如 2 月初,韩国厂商 TLI 宣布成功将用于 Micro-LED 驱动板的驱动 IC 商用化,可以使用更少的芯片实现更高分辨率的 Micro-LED 屏幕,或者用 1 颗 TLi 的驱动 IC 替代竞品的 6 颗驱动 IC,实现同等分辨率水平的 Micro-LED 屏幕。

Micro-LED 的大规模商用,要依靠的正是每一个环节在成本、良率和可靠性上每一次推进。

写在最后

事实上,最早在 2018 年就有媒体报道指出苹果正在自行研发 Micro-LED 屏幕,彼时苹果才刚刚在 iPhone X 上从 LCD 切换到 OLED。但在更早之前,苹果就已经看好了 Micro-LED 技术的应用前景。

2014 年,苹果收购 Micro-LED 初创公司 LuxVue,整个团队随之整体并入苹果,目前由负责自研芯片的苹果硬件高级副总裁 Johny Srouji 领导。

而 Micro-LED 作为显示技术想法最早可以追溯到上世纪 90 年代,到 2000 年后被正式提出。但以当时的半导体工艺水平,完全无法实现 Micro-LED 的产业化。也是到了最近几年,随着半导体技术的快速发展和对高性能显示器的需求不断增加,Micro LED 技术才取得了长足的进步。

尽管在大规模量产上还有许多问题等待优化和攻克,但考虑到苹果对于新技术采用的评估过程一直都是谨慎且耗时长,苹果自研 Micro-LED 距离打通量产上市的环节应该不远了。同时,苹果对新技术的采用通常也不会只导入单一产品。以 OLED 为例,从最早的 Apple Watch 扩展到 iPhone,再到预计明年推出的新 iPad。

但 Micro-LED 能不能取代 LCD 和 OLED,成为下一代显示技术的*解决方案,现在下判断显然还为时尚早。而且对消费者来说,技术是什么不重要,重要的是技术带来的功能、价格和性能提升。

但另一方面,Micro-LED 一旦突破大规模量产的瓶颈,逐步降低成本,很可能将成为未来消费电子的核心技术之一,为所有显示设备消费者提供更好的体验。

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