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2016年6月，索尼在InfoComm展和德国IFA展上以“改头换面”地推出了“CLEDIS”显示技术。这是索尼继2012年，沉寂了几年之后，再次推出了基于Micro LED技术的产品。在苹果和索尼等大牌厂商的推动下，Micro LED的相关技术壁垒似乎已经被攻破，正在进入“量产”阶段。 Micro LED的发展概况 Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，如LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮，可看成是户外LED显示屏的微缩版，将像素点距离从毫米级降低至微米级。而Micro LED display，则是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路，然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从而实现了微型显示屏，也就是所说的LED显示屏的缩小版。 Micro LED受到业界的关注是近几年的事情，但其实Micro LED的发展已经走过了十多年的历史。据悉，最早可以追溯到2001年。下面例举几个在Micro LED发展进程中有较大突破的研究成果。 2001年，日本的Satoshi Takano团队公布的一组micro-LED阵列。该阵列采用无源驱动方式，且使用打线连接像素与驱动电路，并将红绿蓝三个LED芯片放置在同一个硅反射器上，通过RGB的方式实现彩色化。 同年，H. X. Jiang团队也做出了一个无源矩驱动的10×10 micro-LED array。这个阵列创新性的使用四个公共n电极和100个独立p电极。并采用复杂的版图设计以尽量最优化连线布局。 H. X. Jiang团队的10×10 阵列连线布局 2006年，香港科技大学团队公布同样采用无源驱动，使用倒装焊技术集成Micro LED阵列。 香港科技大学团队成果展示 2008年，Z. Y. Fan团队公布另一个无源驱动的120×120的微阵列，其芯片尺寸为3.2mm×3.2mm，像素尺寸为20×12μm，像素间隔为22μm。同年，Z. Gong团队采用相同的技术，做出了蓝光（470nm）micro-LED阵列和UV micro-LED（370nm）阵列，并成功通过UV LED阵列激发了绿光和红光量子点证明了量子点彩色化方式的可行性。 UV micro-LED 阵列 另一个团队，B. R. Rae则成功集成了 Si-CMOS 电路，该电路可为UV LED提供合适的电脉冲信号，并集成了SPAS （single photo avalanche diode ）探测器，主要应用于在便携式荧光寿命读写器。 Micro-LED 阵列与Si-CMOS的集成 2009年，香港科技大学Z. J. Liu所在团队利用UV micro-LED阵列激发红绿蓝三色荧光粉，得到了全彩色的微LED显示芯片。 2010年，Z. J. Liu团队又分别利用红绿蓝三种LED外延片制备出360 PPI的微LED显示芯片，并把三个芯片集成在一起实现了世界上首个去背光源化的全彩色微LED投影机。 世界上首个去背光源的全彩色micro-LED投影机 随后，Z. J. Liu所在的香港科技大学团队与中山大学团队合力将微LED显示的分辨率提高到1700 PPI，像素点距缩小到12微米，采用无源选址方式+倒装焊封装技术。与此同时他们还成功制备出分辨率为846 PPI的WQVGA 有源选址微LED显示芯片，并在该芯片中集成了光通讯功能。 正是在各个研发组织和品牌厂商的大力推动下，Micro LED的技术壁垒被不断突破。但是，Micro LED技术离大规模应用，还有一段距离。Micro LED最关键的“巨量转移”（Mass Transfer）技术，可以说是现阶段开发Micro LED 最难克服的环节，要将几十上百万的超微小LED芯片搬移至IC或基板上，这不是一件轻易可以之完成的事情。芯片搬动技术，一次搬运数百万颗超小LED芯片，尚有门槛要克服。另外包括电路驱动、色彩转换、检测、晶圆波长均匀度等，也都是尚待突破的技术瓶颈。 Micro LED发展的两大方向 尽管Micro LED离真正的大规模量产，仍有一段距离，但作为下一代显示技术，它的出现被认为可以与OLED分庭抗礼，未来甚至有可能取代当前主流小间距的格局。 理论上Micro LED可以适用于制造成任何尺寸的应用产品，但当前Micro LED分别走向了两个方向：一是以苹果为代表的穿戴类消费品；二是以索尼为代表的大荧幕。 Micro LED承继了 LED 的特性，优点包括低功耗、高亮度、超高解析度与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等，其功率消耗量约为 LCD 的 10%、OLED 的 50%。而与同样是自发光显示的 OLED 相较之下，亮度比其高 30 倍，且解析度可达 1500 PPI(像素密度)，相当于 Apple Watch 採用 OLED 面板达到 300 PPI 的 5 倍之多。另外，具有较佳的材料稳定性与无影像烙印也是其优势之一。正是藉由整合LuxVue 技术，苹果可望为旗下穿戴式装置、手机等产品提高屏幕亮度，并降低电池能耗、延长续航力，为硬件装置拓展创新可能。 不过，与OLED相比，Micro LED也有其短板，那就是难以做成卷曲和柔性显示。OLED的柔性显示前景很好，对Micro LED来说做成卷曲和柔性都显得比较困难。 如果说Micro LED的出现挑战了OLED，另一方面，以索尼为代表的大屏方向，则直接威胁了当前主流的小间距LED。 小间距发展到今天，虽然在技术上和市场都已经较为成熟，但目前主流的小间距产品主要在P1.6、P1.5、P1.2，要制造P1以下的小间距LED显示屏，目前已遇到技术与成本瓶颈，即使有个别LED显示屏厂可生产P1以下显示屏，也都无法量产，这个缺口正是micro-LED的机会。不过，也有人认为，技术和成本问题同样也是困扰Micro LED，摆在它面前的一道难题。索尼的“CLEDIS”价格是当前高端小间距产品的3~5倍，正是这个原因，所以才导致索尼目前还无法量产。 需要指出来的是，Micro LED被视为下一代显示技术，除了苹果的穿戴式装置、索尼的大屏显示外，还有车尾灯、无线光通讯 Li-Fi、AR／VR、投影机等，相当具前景的发展方向。 未来Micro-LED能否取代小间距？ 一个有趣的现象是，尽管Micro LED看起来发展前景无限，但国内大陆的厂商对此似乎并不是特别感兴趣。目前国内积极布局，押宝Micro LED的多是台湾厂商，如晶电、隆达；面板双虎友达、群创均等。其他也在 Micro LED 争战行列的国际大厂商包括三星、乐金、日亚化学、夏普等，而从英国史崔克莱大学(University of Strathclyde)拆分出来的公司 mLED、美国德州理工大学(Texas Tech University)、法国原子能署电子暨资讯技术实验室(Leti)、从伊利诺大学(University of Illinois)分拆出来的 X-celeprint 也都积极研发 Micro LED 技术。 国内厂商的“观望态度”，原因是当然是多方面的，但主要还是体现在技术和工艺制造问题。 毕竟，Micro LED不仅转移技术门槛高，Micro LED 要达到 RGB 三色 LED 自发光，又以红光 LED 最具难度。另外，LED 晶片以现有制程微缩也已达极限，要微缩到 Micro LED 的微米等级，需要全新的生产制程技术，与当前既然的生产工艺流程截然不同。 而且，Micro LED 良率对显示技术来说绝对是关键，从前端磊晶制程开始就必须有所调整，到后端转移过程，以及面板、驱动 IC 等一系列技术都要有完整配套考量。 更重要的是，Micro LED 技术对现有厂商所造成的冲击，可以称得上是“破坏式”创新，将颠覆现有的供应链，产生结构性改变。Micro LED 牵涉产业范围十分广泛，包括了 LED、面板、驱动 IC、设备与材料等领域，要实现 Micro LED 技术无法只凭单打独斗或压低成本就能做到，毕竟供应链各个环节都有技术瓶颈待突破，彼此应串联合作、打团体战，才能加速推动发展加以实现。而这，恐怕就是让国内大多数厂商“望而却步”的根本原因。 然而，传统 LED 在显示技术中扮演背光角色，而随着技术的发展，显示技术从背光转成自发光型态，包括有机发光二极体（OLED）、Micro LED 等技术类型已是大势所趋。 OLED 技术发展多时，相关专利多半已由韩厂商所掌握，若现在才投入发展恐怕难以追赶，而 Micro LED 技术则开启了另一发展空间。面对如此形势，LED企业是继续观望，还是毅然决然投入到Micro LED的研发生产中，可能事关企业的未来发展。 目前，市场上除索尼以外，尚未有使用Micro-LED的灯板或显示屏。但随着Micro LED技术壁垒不断被攻破，未来Micro LED能否代替小间距，这点让我们拭目以待。 |
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