原文標題：《Micro-LED 如何解鎖高清無碼？》
五年前，蘋果 iPhone X 開始搭載 OLED（有機小分子電致發(fā)光顯示）屏幕；2021 年，蘋果在新款 MacBook Pro 上搭載了新的顯示技術：Mini-LED（次毫米發(fā)光二極管）。但 Mini-LED 不是終點站，蘋果涉足的另一項儲備技術，新秀 Micro-LED（微米發(fā)光二極管）顯示技術或有望一統(tǒng)江湖。
之所以升級顯示技術，都是為了看得更清晰、更還原真實世界。但目前，搭載 Micro-LED 技術的產品過于昂貴，如三星 110 英寸的 Micro-LED 電視，價格已超過百萬元，普通人根本無福消受。Micro-LED 產品價格何時才能親民，手機平板何時才能上 Micro-LED 屏幕？
改變人類生活的顯示技術
簡單來講，你可以把 Micro-LED 理解成將 LED 縮放到極小尺寸的一種新型顯示技術。其未來應用有望涉及顯示器、電視、手機平板顯示、增強現實 / 虛擬現實 / 混合現實（AR / VR / MR）、空間顯示、柔性透明顯示、可穿戴 / 可植入光電器件、光通訊 / 光互聯、醫(yī)療探測、智能車燈等領域。
業(yè)界使用兩種方法界定 Micro-LED 的技術規(guī)格。
一是通過芯片尺寸界定，將 LED 芯片縮放至小于 100μm，便可稱為 Micro-LED 芯片（也有學者認為應以 50μm 為界）。根據觀看距離和人眼的極限分辨率，對芯片尺寸的要求也不同：
VR / AR 應用觀看距離約 5cm，像素密度要達到 1800PPI 左右，此時 Micro-LED 芯片尺寸為 3~5 μm；
10 英寸~12 英寸的平板至少要達到 300PPI 的像素密度，對應芯片尺寸為 20~30μm；
75 英寸的電視則只需 43PPI，芯片尺寸往往為 200μm 左右。[1]
另一種是通過工藝界定，由于 Micro-LED 芯片尺寸非常小，其長寬甚至比芯片的高度還小，導致芯片高度大于固晶面尺寸，不利于芯片在基板上固定，因此會比傳統(tǒng) LED 增加一步激光剝離芯片基板的操作。
縱觀整個顯示行業(yè)，技術持續(xù)涌現，目前市場主流技術包括 TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示）、AMOLED（主動矩陣有機發(fā)光二極管顯示）、QD-OLED（混合 OLED 和 QLED 的技術）、QNED（以藍光 LED 作為光源的 QD-OLED 顯示）、Mini-LED、Micro-LED、Micro-OLED。
可以簡單將現階段顯示技術分為 LCD、OLED、QLED、Micro-LED 四個大類，其他技術是在此基礎上的改良版或過渡版，而 Micro-LED 被認為是理想的顯示技術，是新型顯示時代的終極目標，有望替代現階段大面積使用的 LCD 和 OLED。
從黑白到高清彩色，CRT 技術滿足了一代人對影響世界的夢想。從又厚又重到平板顯示，LCD 和 OLED 滿足了人們對輕薄、便攜、對視力友好的要求。而現階段，唯一能達到更接近現實，甚至是能夠騙過人眼的下一代顯示技術，是 Micro-LED。[3]
行業(yè)人士認為，當多種顯示技術集中爆發(fā)后，最終可能只會有一兩種技術能主導市場，而最有希望的無疑是 Micro-LED。[1]
Micro-LED 憑什么能獲得如此高的評價？因為它不僅擁有 LED 的大部分優(yōu)點，還具有高亮度、高分辨率、高響應速度、低功耗、體積小、易拆解、靈活度高、無拼縫等特征，能夠覆蓋絕大多數顯示應用場景 [5]。與此同時，它的響應速度能夠達到幾十納秒，沒有殘像且不存在壽命問題。[3]
除此之外，對比 LCD、OLED、QLED 等前輩，Micro-LED 的主要性能參數均較為優(yōu)異。
過渡技術已大規(guī)模商業(yè)化
Micro-LED 還有一個近親：Mini-LED，可以將后者理解為 LED 與 Micro-LED 間的過渡技術。由于技術原理極為類似，業(yè)界普遍將二者歸結于一個路線中，有些情況也會被合稱為 MLED。
作為前序技術，Mini-LED 主要解決的問題是芯片尺寸斷層問題，相關技術發(fā)展對 Micro-LED 具備一定的借鑒作用，其芯片尺寸一般為 75μm~300μm。
Mini-LED 要比 Micro-LED 實現起來簡單地多，不僅在芯片尺寸上更容易被實現，而且在材料上也沒有科學性的難題，已被量產投入到市場中，蘋果、三星、TCL 等品牌已實現規(guī)?；慨a。
但 Mini-LED 與 Micro-LED 有不同應用場景，市面上 Mini-LED 一般作為 LCD 背光源出現，再結合量子點技術，實現高動態(tài)范圍顯示，而 Micro-LED 則直接用于制作顯示像素 [7]。簡單來說，市售的 Mini-LED 顯示器本質上還是 LCD，Mini-LED 只是 LCD 的一個陪襯，而 Micro-LED 顯示器則直接發(fā)光成像。[8]
自 2018 年開始，面板廠商陸續(xù)發(fā)布使用 Mini-LED 作為背光的樣機，產品尺寸達到 152.4mm~685.8mm（6~27 英寸），至今為止，Mini-LED 背光的顯示器已擁有 1398mm（55 英寸）、1651mm（65 英寸）、1905 mm（75 英寸）和 2159 mm（85 英寸）等型號，可達 8K 分辨率、120Hz 刷新率的高指標，可將現有顯示器對比度由 10000∶1 拉升至 1000000∶1。[9]
Mini-LED 產業(yè)化行徑明晰，已具備一定出貨量。2021 年，全球中尺寸 Mini-LED 背光面板出貨量達 740 萬片。到 2023 年，智能汽車將成為 Mini-LED 的新陣地。[10]
作為中間過渡的 Mini-LED 產業(yè)一派欣欣向榮之勢，而 Micro-LED 依然小眾，那想讓么 Micro-LED 出圈，究竟難在哪里？
想造，沒那么容易
Micro-LED 什么都好，就是貴。究其原因，在于制造環(huán)節(jié)的難題較多，導致難以大量生產、良率較低，引發(fā)價格攀升。
從表面看，Micro-LED 芯片只是將 LED 芯片微縮化，但實際情況遠比想象中要難。從毫米級到微米級轉換的過程，本質是 LED 微小化、薄膜化和矩陣化，在該過程中材料生長、器件制備、驅動技術、生產工藝等步驟都發(fā)生了變化，最終產生質變。[11]
Micro-LED 采用的是 RGB（紅綠藍）顏色標準，由于是自發(fā)光元件，想讓 Micro-LED 顯現圖像，就要分別做出三基色的發(fā)光芯片，以此構成一個個像素。
用不同材料，可以制備不同顏色的 Micro-LED 芯片，如 InGaN / GaN 基材料用于制備綠光 / 藍光 Micro-LED 陣列，AlInGaP / GaAs 基材料用于制備紅光 Micro-LED 陣列，藍寶石、砷化鎵和硅等襯底上生長外延層，制備 Micro-LED 陣列。[12]
從襯底到產品，Micro-LED 顯示器會經過外延生長、芯片制造、巨量轉移、性能檢測四大工藝。
從技術上來看，芯片制備相關的材料和設備上相對成熟，問題癥候在于制造環(huán)節(jié)，具體來說，Micro-LED 的壁壘包括以下幾點：
都是小惹的禍
對芯片來說，尺寸做得越小，制造難度就越大，Micro-LED 亦如此。Micro-LED 芯片的尺寸實在太小了，將其制作成各種顯示器件時，都要考慮小尺寸帶來的影響。
要取得小尺寸的 Micro-LED，就要使用微縮制程技術，將 LED 芯片微縮后到滿足應用要求的尺寸。微縮制程技術包括芯片焊接、晶圓焊接、薄膜轉移三種路徑，技術實施得越好，像素密度就會越高。
Micro-LED 還有個不得不面對的致命問題：在微縮過程中，時常會產生側壁缺陷。比如，同樣是 2μm 的誤差缺陷，在 250μm×250μm 尺寸的 LED 上，剩余可使用率為 97%，但在 5μm×5μm 的 Micro-LED 上，剩余可使用率僅為 4%。[14]
不僅如此，Micro-LED 芯片尺寸越小，電感耦合等離子體（ICP）刻蝕區(qū)域（側壁）與有源區(qū)體積的比率就會越大，刻蝕損傷所形成的缺陷占比越高 [15]。導致非輻射復合比例逐漸上升，發(fā)光效率和使用壽命下降。如尺寸從 400μm 減小至 20μm，電流密度光效下降比例可達 50%[7]。這還會導致有源區(qū)內肖克利?雷德?霍爾（SRH）非輻射復合幾率增加、輻射復合幾率和發(fā)光效率降低、引入新的漏電通道加重器件反向漏電。這些問題，在尺寸小于 10μm 的 Micro-LED 上尤為顯著。[16]
芯片尺寸問題還會讓提高驅動器與 Micro-LED 陣列集成的效率和穩(wěn)定性成為難題。簡言之，量產 LED 或是 Mini-LED 的工藝流程，對 Micro-LED 來說可能不再適用。
巨量轉移的困境
LED 顯示器的每個像素點都由點陣組合而成，一個個小 LED 芯片組成的陣列的間距基本一致。Micro-LED 也是同理。制造出芯片后，也要將大批量的 Micro-LED 芯片定點巨量地轉移到電路基板上，這個過程就是“巨量轉移”。
與傳統(tǒng)的 LED 不同，Micro-LED 的巨量轉移不僅對轉移精度、轉移速率、色彩均勻度的控制有更高要求，轉移數量也更大，4K 的 Micro-LED 顯示器需完成兩千多萬顆的 Micro-LED 芯片倒裝，而 8K 則達到了上億顆。[17]
目前巨量轉移技術有多種技術方案，包括精準拾取技術、激光釋放技術、流體自組裝技術及滾輪轉印技術等，不同技術擁有不同特性，但都存在一定弊端。
具體來說，精準拾取技術對轉移設備精準度及穩(wěn)定度要求極高；激光釋放技術在實施過程中可能會對芯片表面造成損傷，降低良率，此外激光設備價格昂貴；流體組裝技術需經歷 3 次才能完成轉移，效率較低；滾輪轉印技術可在柔性基底上實現轉移，但同樣需要 3 次轉移才能完成巨量轉移。[17]
部分方法在實驗室可達 99.99% 的良率，但比起至少要達到 99.9999% 良率的產業(yè)化要求，相差距離較大。業(yè)界正在探尋一種易實現、良率高又較為便宜的技術方案。[18]
繽紛色彩背后的挑戰(zhàn)
為什么顯示器能夠呈現得如此豐富多彩？因為顯示界普遍采用了 RGB（紅綠藍）顏色系統(tǒng)，通過 RGB 三原色疊加合成，能夠實現肉眼可見的大部分色彩。想要 Micro-LED 能夠正確描繪出畫面，就要做好色彩方案，即全彩化。
Micro-LED 彩色化主要有兩種解決方案：一種是藍色源轉色方案，但色轉換材料存在涂布均勻性和信賴性等問題，應用較少；另一種是直接使用 LED 的 RGB 三色方案，但對 Micro-LED 來說，這種方案并不是拿來就能用，需要對 LED 大小進行相應調整，此外由于各色波長均一性差異，還會面臨光效率和良率不足的問題。[14]
產業(yè)鏈上的難題
造出 Micro-LED 芯片并不代表著結束，要讓它真正顯現在人們眼前，在多個技術領域上都要有所突破。
與其它芯片技術相同，Micro-LED 也將牽扯龐大的產業(yè)鏈與原材料問題，從原料到點亮屏幕，分為上游、中游和下游，每個環(huán)節(jié)都與最終成品息息相關，其中較為關鍵的技術包括驅動 IC、驅動背板和封裝。[19]
產業(yè)正蓄勢待發(fā)
作為終極目標，Micro-LED 無疑是顯示領域的明星。
2000 年以來，得州理工大學教授提出 Micro-LED 的概念，堪薩斯州立大學制備基于 Ⅲ 族氮化物 Micro-LED[20]，學術界自此掀起研究浪潮。尤其在 2006 年后，開始呈指數型增長。谷歌學術數據顯示，截止目前，Micro-LED 領域已有近 6000 篇文獻。
世界各地研究機構與廠商也相繼投入 Micro-LED 的研究，在消費電子巨頭牽動下，Micro-LED 初步產業(yè)化。
2012 年，索尼發(fā)布 55 英寸高清 Micro-LED 電視面板 Crystal LED，它是首個作為商業(yè)產品出現的產品；
2014 年，蘋果公司收購 Lux Vue，入場 Micro-LED 的技術研究，這項技術真正開始進入大眾視野，迄今為止，蘋果不僅持續(xù)推動 Micro-LED 技術發(fā)展，還發(fā)布了多款 Mini-LED 相關產品；
2018 年，三星于 CES 展推出全球首款模組化拼接的 146 英寸 Micro-LED TV“The Wall”；
2020 年 12 月，三星發(fā)售 110 英寸 Micro-LED 電視；
2021 年 1 月，Vuzix 發(fā)布首款商業(yè)化的 Micro-LED AR 智能眼鏡。[17]
從專利上來看，2002 年～2014 年，Micro-LED 專利申請總量較小。而自 2017 年開始，申請量開始大幅提升。[21]
由于技術難題較多，現階段 Micro-LED 整體市場規(guī)模有限，業(yè)內預計，Micro-LED 在 2024 年將實現大規(guī)模商用化。[22]
據 Research And Markets 統(tǒng)計，2020 年，Micro-LED 的全球市場規(guī)模為 10 億美元，預計到 2027 年將以 77.1% 的年復合增長率增長 [23]。另據高工產研 LED 研究所（GGII）預測，2025 年全球市場規(guī)模將超過 35 億美元，2027 年有望突破 100 億美元 [24]。反觀國內方面，有望在大規(guī)模商用化之后沖擊 800 億元市場規(guī)模。[22]
目前市場側 Micro-LED 應用分為兩大方向，一是以蘋果為代表的可穿戴市場，另一個是以三星、索尼為代表的超大尺寸電視市場。短期來看，市場將集中在超小型顯示器上，中長期來看，Micro-LED 將會橫跨可穿戴設備、超大室內外顯示屏幕、抬頭顯示器（Head-Up Display，HUD）、車尾燈、AR / VR / MR、投影機等多領域。[25]
推進產業(yè)化的企業(yè)主要包括三類：第一類為傳統(tǒng) LED 芯片和封裝企業(yè)，如日亞、晶電 Lumens 等企業(yè)；第二類為 TFT-LCD 和 OLED 等新型顯示企業(yè)，如京東方；第三類為終端企業(yè)，如索尼、三星、LG。
產業(yè)化形式上則以合作為主，Micro-LED 以定制化設計為主，加之技術要求較高，行業(yè)呈現高度整合態(tài)勢，面板、芯片、巨量轉移及驅動 IC 等廠商抱團式發(fā)展。[26]
國際上，相關融資也此起彼伏，目標均指向大規(guī)模產業(yè)化。
Micro-LED 在國內也受到熱捧，在政策上不斷傾斜，且投融資動作頻繁。《2022 Mini / Micro LED 顯示產業(yè)白皮書》顯示，僅 2022 年 1 月~8 月，國內就有 30 多家企業(yè)有投資動作，涉及資金總計達 415 億元。[10]
我國產業(yè)鏈上下游企業(yè)也紛紛在 LED、巨量轉移、彩色化、檢測、修復等關鍵技術開展技術合作，形成“京東方 + 華燦光電”“三安 + 華星光電”“富采 + 錼創(chuàng) + 友達 + 群創(chuàng)”三大陣營 [27]。與此同時，國內已展開可穿戴顯示、高清移動顯示、車載顯示、高清大尺寸顯示、超大尺寸拼接商用顯示樣機的研發(fā)及試產工作。[18]
對產業(yè)來說，Micro-LED 未來之路非黑即白，從好的方面來看，市場前景一片光明，從壞的方面來看，短時是銷量的博弈。
一方面，市場下行，面板行業(yè)則是砍單風暴的第一批“受害者”，消費電子需求不濟，不知道這種情況是否會在大規(guī)模商業(yè)化時有所緩解。
另一方面，對普通消費者而言，他們更多關注的是產品的性能、功能及價格，對于采用是哪種技術，并不會過多關心。對于顯示廠商來說，最為重要的，可能便是思考如何讓更多普通消費者感受到 Micro-LED 對生活的改變。
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本文來自微信公眾號：果殼硬科技 （ID：guokr233），作者：付斌，編輯：李拓
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