下一代顯示技術Micro LED深度解密|半導體行業觀察

n n 來源：內容來自西南電子n n n n n n ，謝謝。n n n n n

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n 一、Micro LED，下一代顯示技術n n n

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n Micro LED即LED微縮技術，是指將傳統LED陣列化、微縮化後定址巨量轉移到電路基板上，形成超小間距LED，將毫米級別的LED長度進一步微縮到微米級，以達到超高像素、超高解析率，理論上能夠適應各種尺寸屏幕的技術。n

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n Micro LED具備無需背光源、能夠自發光的特性，與OLED相似，但相比OLED，Micro-LED色彩更容易準確的調試，有更長的發光壽命和更高的亮度。所以是OLED之後另一具輕薄及省電優勢的顯示技術，或許能成為OLED之後下一代顯示技術。n

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n Micro LED受制於產能和成本，完成商用化還需時間。現在各大廠商紛紛布局，關鍵技術進展迅速，預期三年後或將走上商用化的進程。n

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n 二、Micro LED技術路徑n n n

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n Micro LED主要通過將傳統LED晶體薄膜用微縮製程技術進行微縮化、陣列化、薄膜化，然後通過巨量轉移技術將晶體薄膜批量轉移到電路板上，利用物理沉積製造保護層，最後完成封裝。其中關鍵核心技術主要有兩步：n n n 微縮製程技術和巨量轉移技n n n 術n n 。n n

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n 2.1 微縮製程技術n

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n 微縮製程技術是指將原來LED晶片毫米級別的長度微縮後達到1~10μm等級左右。目前LED尺寸大多是10~30mil，既250~750 μm，單一晶片最小尺寸是100μm，而通過微縮製程技術可以打破這一極限設定。業界評估，室內用途的顯示器尺寸至少要做到5μm，目前LED晶片大小業界水平已普遍達到50μm，蘋果實力雄厚，已經能做到10μm的水平，Mikro Mesa實驗室內已經可以做出3μm大小的尺寸，n

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n 微縮製程技術的實現路徑主要有三種：Chip Bonding（晶元焊接）、Wafer Bonding（晶片焊接）、Thin film transfer（薄膜轉移）。

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三種技術路徑各有優劣，其中，薄膜轉移技術能夠突破尺寸限制完成批量轉移，且廠商Mikro Mesa已率先在實驗室完成3um尺寸的晶元，理論成本較低，或許能成為未來主要實現路徑。n

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n 2.2巨量轉移技術n

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n 磊晶部分結束後，需要將已點亮的LED晶體薄膜無需封裝直接搬運到驅動背板上，這種技術叫做巨量轉移。其中技術難點有兩個部分：n

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n 1）轉移的僅僅是已經點亮的LED晶體外延層，並不轉移原生基底，搬運厚度僅有3%，同時MicroLED尺寸極小，需要更加精細化的操作技術。n

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n 2）一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED，數量巨大，需要新技術滿足這一要求。n

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n 目前各大廠商在這個技術難關上各顯神通，在巨量轉移技術上各公司累計申請了十多項專利，預計這個技術門檻將會較快攻破。n

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n n n Luxvue轉移技術相關專利圖n n 圖片來源：Patentn n n

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n 2.3驅動系統n

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n LED晶元通過巨量轉移到電路板後，能藉由整合微透鏡陣列，提高亮度及對比度。 Micro LED陣列經由垂直交錯的正、負柵狀電極連結每一顆Micro LED的正、負極，透過電極線的依序通電，透過掃描方式點亮Micro LED以顯示影像。n

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n Micro LED結構圖 epoxy環氧樹脂 electrode電極n n 資料來源：LEDinsiden n n n

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n 2.4 Micro LED技術瓶頸n

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n Micro LED尚有較多技術工藝問題需要解決，從實現路徑到成本良率都有諸多挑戰。n

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n 在Micro LED轉移過程中，n n n 納米級LED的轉運是核心問題之一n n n 。在藍寶石類基板上生長出來的Micro LED需要轉移到玻璃基板上，由於尺寸不匹配，因此需要進行多次轉運。對於微器件的多次轉運技術難度都是特別高，而用在追求高精度顯示器的產品上難度就更大。Luxvue主要是採用電學方式完成轉運過程。n

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n 晶元一致化問題也需要解決n n n 。LED從wafer切成chip後，每個LED chip並不會呈現完美一致的波長，不同波長呈現出來的色彩不同，對於傳統LED來說，可以靠分Bin、配Bin達到顯示的要求。但Micro LED晶元數量巨大，採用傳統分Bin方式效率低且設備投資成本過大，不利於規模化生產。這個問題有兩類解決方案：一是以現有的晶元技術，將Micro LED應用做到小尺寸，高PPI的地方，比如可穿戴設備，並且小尺寸對精細度要求也相對較低。不過這種解決方案限制了Micro LED的市場空間。另一類解決方案就是在磊晶階段通過改善生產工藝或者設備直接控制均勻性。n

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n Luxvue抓取示意圖n n 資料來源：Patantn n n n

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n Micro LED實現單色比較簡單，通過倒裝結構封裝和驅動IC貼合就可以實現，但要實現全彩就相對複雜，用傳統的RGB三色列陣R需要分次轉貼紅、藍、綠三色的晶粒，嵌入幾十萬顆LED晶粒,對於LED晶粒光效、波長的一致性、良率要求更高。為結局屏幕色彩問題目前有三種路徑實現： RGB三色LED法、UV/藍光LED+2發光介質法、光學透鏡合成法。n

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資料來源：LEDinsiden n n

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n 為解決各種技術瓶頸，各家廠商各顯神通： VerLASE擁有色彩轉換技術專利，能夠讓全彩MicroLED陣列適用於近眼顯示器；Leti採用量子點實現全彩顯示，推出了iLED matrix，其藍光EQE9.5%，亮度可達107Cd/m2;綠光EQE5.9%，亮度可達108Cd/m2，Pitch只有10um，未來目標做到1um。台灣Play Nitride公布以氮化鎵為基礎的PixeLEDTM display技術，公司目前透過移轉技術轉移至面板，轉移良率可達99%。預計3-5年後Micro LED或可開始商用化進程。n

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n 三、超越OLED，應用前景廣泛n n n

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n 3.1 Micro LED應用前景廣泛n

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n 目前如果考慮現有技術能力，Micro-LED有兩大應用方向，一是可穿戴市場，以蘋果為代表，據傳蘋果將在新一代的蘋果手錶和iPhone上使用Micro-LED技術，並且有望在2018年推出Micro LED穿戴設備。；二是超大尺寸電視市場，以Sony為代表，今年，索尼在CES上展示的Micro-LED cledis已在解析度、亮度、對比度都具有優良的性能。n

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n 從短期來看Micro-LED市場集中在超小型顯示器，從中長期來看，Micro-LED的應用領域非常廣泛，橫跨穿戴式設備、超大室內顯示屏幕外，頭戴式顯示器(HUD)、抬頭顯示器(HUD)、車尾燈、無線光通訊 Li-Fi、AR/VR、投影機等多個領域。n

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n 3.2 Micro LED優勢n

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• n 高亮度、低功耗、超高解析度與色彩飽和度。Micro lED最大的優勢都來自於它最大的特點，微米等級的間距，每一點畫素（pixel）都能定址控制及單點驅動發光。比起其他LED，發光效率上，目前MICRO LED最高，且還在大幅提升空間；發光能量密度上，MICRO LED最高，且還有提升空間。——前者，有利於顯示設備的節能，其功率消耗量約為 LCD 的 10％、OLED 的 50％；後者則可以節約顯示設備有限的表面積，並部署更多的感測器，目前的理論結果是，MICRO LED和OLEDD比較，達到同等顯示器亮度，只需要後者10%左右的塗覆面積。與同樣是自發光顯示的 OLED 相較之下，亮度比其高 30 倍，且解析度可達 1500 PPI（像素密度），相當於 Apple Watch 採用 OLED 面板達到 300 PPI 的 5 倍之多。n

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• n 壽命長。由於Micro-LED使用無機材料，且結構簡易，幾乎無光耗，它的使用壽命非常長。這一點是OLED無法相比的，OLED作為有機材料、有機物質，有其固有缺陷——即壽命和穩定性，難以媲美無機材料的QLED和MICRO LED。n

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• n 較佳的材料穩定性與無影像烙印。n

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• n 奈秒（Nano Second）等級的高速響應特性使得Micro LED顯示器除適合做叄維（3D）顯示外，更能高速調變、承載訊號，做為智慧顯示器的可視光無線通訊功能。n

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• n 能夠適應各種尺寸。n

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• n 成本降低空間大。目前微投影技術以數位光線處理（Digital Light Processing， DLP）、反射式硅基板液晶顯示（Liquid Crystal on Silicon， LCoS）、微機電系統掃描（MEMS Scanning）叄種技術為主，但這叄種技術都須使用外加光源，使得模組體積不易進一步縮小，成本也較高。相較之下，採用自發光的Micro LED微顯示器，不須外加光源，光學系統較簡單，因此在模組體積的微型化及成本降低上具優勢n

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• n 無縫拼接。n

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• n 應用範疇廣。Micro LED解決了幾大問題，一個是消費型平板包括智能手機、可穿戴設備80%的能耗都在顯示器上，低能耗的Micro LED顯示器將大大延長電池續航能力，對於Micro LED顯示的應用，因其自發光的顯示特性，搭配幾乎無光耗元件的簡易結構，就可輕易實現低能耗或高亮度的顯示器設計。二是環境光較強致使顯示器上的影像泛白、辨識度變差的問題，Micro LED高亮度的顯示技術可以輕鬆解決這個問題，使其應用的範疇更加寬廣。n

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n 3.3 下一代顯示技術n

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n OLED和Micro LED對比LCD在各個功能性指標方面（PPI、功耗、亮度、薄度、顯色指數、柔性面板適應度）都有顯著優勢，雖然LCD面板應用時間較長，供應鏈成熟度較高，有價格優勢，但在將來必會被OLED和Micro LED替代。n

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n OLED和Micro LED都是面向未來的顯示技術，兩者從工業實踐的角度來看有不小的差距，Micro LED在性能上優於OLED。Micro LED是將微米等級的Micro LED巨量轉移到基板上，類似微縮的戶外LED顯示屏，每一個Micro LED都定址並且可以單獨驅動點亮，相較OLED更加省電，反應速度更快，OLED比LCD更薄、顯示更清晰，但如果要省電，得降低高亮度顯示和白色畫面，視覺表現會受到影響。Micro LED技術上已經突破了OLED的局限，亮度和飽和度相比之下都更高。此外OLED材料是有機發光二極體，在使用壽命上天然無法與Micro LED等有機發光二極體相比，在需要使用時候命的應用領域，如汽車抬頭顯示、大型屏幕投影等方面Micro LED更具競爭力。n

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n 從產業鏈的角度來說，OLED顯示的全部技術有7成上下可以被Micro LED公用或者吸收，即MicroLED技術突破後整個產業掉頭難度不大，為未來替代OLED奠定基礎。n

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n LCD/OLED/Micro LED區別n n 資料來源：LEDinsiden n n n

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n 四、多廠商加快布局Micro LEDn n n

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• SONY推出Micro LED顯示器CLEDIS：2016年6月索尼在德國IFA展展示Micro-LED大屏產品」cledis」，這個Micro-LED大屏顯示屏成功結合了RGB三個單個像素，形成大尺寸LED屏幕可應用於數字標牌、大眾大屏、展示廳、汽車設計審查等。n

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• n 蘋果收購LuxVue，或將MicroLED應用於Apple Watch：蘋果公司2014年收購LuxVue，開始研發Micro LED技術，2016年7月蘋果點燃「6 FHDMicro-LED「試點項目，據說正在開發面向未來Apple Watch的Micro-LED技術表型。n

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n Micro LED作為可能成為下一代顯示技術的新應用，吸引了各大國際巨頭的注意，目前參與Micro LED的相關廠商及機構達近百家，現在Micro LED已經在索尼手上率先實現商用，未來發展步伐將會進一步加快。n

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n 從具體產業鏈角度來說，台灣廠和大陸廠正在積極進行布局，台灣晶電已有許多設備製造商也已經開始開發Micro-LED生產設備，預計今年能夠進廠，明年可能會有部分產能放出；MikroMesa已經成功研發出3umx3um發光面積，這是世界上最小的尺寸；MikroMesa與重慶惠科金渝光電合作，共同建立在兩岸第一個MicroLED實驗室，實驗室預計將在2017年第四季度完成，並在2018開發出全彩MicroLED產品。根據SID開設在上海大學的Micro-LED學術沙龍，大陸企業已經在布局發展Micro-LED晶元，目前，在大陸廠商研發中Micro-LED已經可以達到15um，跟進速度很快，前景可觀。n

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n 五、Micro LED市場可看到百億美元n n n

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n 考慮MicroLED的特點，可穿戴設備與室內顯示屏將是最先切入的領域。如果未來這兩大領域均採用MicroLED顯示，將會消耗全球LED晶元近5成的產能。市場規模可達到300-400億美金。n

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n 在Micro-LED應用領域中，消費型面板包括智能手機、可穿戴裝置、電視屏幕，以及車用顯示器、公共顯示器包括戶外超大屏幕都是Micro-LED的未來發展趨勢，那麼Micro-LED是否能完全替代現有的屏幕LCD，OLED?我們認為有極大可能。目前蘋果宣布2018年蘋果顯示屏將全部採用OLED，OLED的優勢在於成熟的量產技術，而Micro-LED由於量化轉移技術目前生產成本過高，但Micro-LED一旦突破量產技術難關，將會大大減少成本，將以其獨特的高解析度、低損耗和高清晰度開創LED新時代，很重要的一點是，從LCD/OLED到Micro-LED的轉型並不像當年等離子屏與液晶屏的拼殺一樣困難，他們都使用FTF背板，有很大一部分資源是可以共用的，因此廠商轉型難度較小，在Micro-LED優勢明顯的情況下我們有理由認為Micro LED有極大可能全面取代液晶顯示屏。若以全面取代現有液晶顯示器的零組件的規模來推估，包括背光模塊、液晶、偏光板等，Micro LED未來的潛在市場規模約可達300~400億美元。n

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n 六、Micro LED屬於未來，首推三安光電n n n

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n Micro LED是屬於未來的應用，從設備供應鏈的開發情況來看，已有多家設備商開發Micro LED的生產設備，龍頭廠商要開始量產或將從2018年開始。n

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n Micro LED商業化進程n n 資料來源：LEDinsiden n n n

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n n 三安光電作為LED晶元大廠，Micro LED的研發已經在進程中，預計能夠趕上MicroLED商用化的第一波浪潮，是新技術最受益標的，強烈推薦！n n

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n 今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1277期內容，歡迎關注。n n

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