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1.Micro-LED將會成為主流顯示技術(shù)之一

1.1自發(fā)光顯示時代的新選擇：Micro-LED

彩色顯示技術(shù)一直向著更高畫質(zhì)、更低能耗的方向發(fā)展。更高畫質(zhì)，意味著色域更廣、對比度更高，更為真實的色彩顯示;而更低能耗對于移動設(shè)備意義非凡，意味著更持久的續(xù)航以及更多可以添加的功能。

彩色顯示，經(jīng)過了CRT顯像管、等離子等顯示技術(shù)，目前液晶顯示(LCD)已成為顯示技術(shù)的主流，OLED則是正在快速成長的下一代顯示方式。區(qū)別于LCD必須使用背光模組，OLED利用有機發(fā)光二極管作為自發(fā)光光源，多項指標優(yōu)于LCD。這也意味著自發(fā)光顯示技術(shù)將成為未來的顯示技術(shù)主流。

Micro-LED即微型發(fā)光二極管，是指高密度集成的LED陣列，陣列中的LED像素點距離在10微米量級，每一個LED像素都能自發(fā)光。相比于使用LED背光背板的LCD顯示技術(shù)以及LED顯示技術(shù)，Micro-LED具有發(fā)光效率高、功耗低、響應(yīng)快、壽命長的特點。目前，包括索尼、蘋果、三星等廠商都將Micro-LED視為次世代顯示技術(shù)，不斷加強研發(fā)投入。

Micro-LED顯示技術(shù)是將傳統(tǒng)的無機LED陣列微小化，每個尺寸在10微米尺寸的LED像素點均可以被獨立的定址、點亮。簡單的講，可以看作是小間距LED的尺寸進一步縮小至10微米量級。Micro-LED的顯示方式十分直接，將10微米尺度的LED芯片連接到TFT驅(qū)動基板上，從而實現(xiàn)對每個芯片放光亮度的精確控制，進而實現(xiàn)圖像顯示。

Micro-LED實現(xiàn)彩色顯示，主要有兩種解決方案，RGB三色LED法、紫外(UV)LED/藍光LED+發(fā)光介質(zhì)法。RGB三色方案即每個像素中包含三個RGB三色LED，一般采用倒裝或檢核的方式，將每個LED的正負極(P、N電極)與電路基連接。使用LED全彩驅(qū)動芯片對每個LED芯片進行定址、獨立的電流驅(qū)動，從而實現(xiàn)成像。

紫外(UV)LED或藍光LED疊加發(fā)光介質(zhì)的方法同樣可以用來實現(xiàn)全彩色化顯示。使用藍光LED為例，需要搭配紅、綠色發(fā)光介質(zhì)即可實現(xiàn)彩色顯示，這與前文所述的面板內(nèi)(In panel)的QD LCD顯示方案十分類似。發(fā)光介質(zhì)一般可分為熒光粉和量子點材料。量子點具有發(fā)光效率高、単色性好的特點，因而量子點顯示效果具有高色彩純度的特點。此外，目前常采用的涂覆技術(shù)有旋轉(zhuǎn)涂布、霧狀噴涂技術(shù)等，將霧狀的量子點材料均勻的噴涂到紫外Micro-LED、藍光Micro-LED上實現(xiàn)色彩轉(zhuǎn)換。目前該方案需要解決的主要問題主要是量子點技術(shù)不夠成熟，難以承受高溫，因而必須與Micro-LED芯片做好隔熱處理;保證噴涂過程中個顏色的均勻性、避免不同顏色的量子點之間的相互干擾等問題也需要進一步解決。

綜上，無機LED材料天然的性能優(yōu)勢使得Micro-LED顯示技術(shù)成為一項極具潛力的新技術(shù)。首先，與OLED、量子點材料相比，無機LED材料不僅具有發(fā)光效率高的特點，更為重要的是不會受水汽、氧氣或高溫的影響，因而在穩(wěn)定性、使用壽命、工作溫度等方面具有明顯的優(yōu)勢。其次，作為顯示屏應(yīng)用于手機、穿戴式設(shè)備、VR/AR設(shè)備，Micro-led顯示屏具有低功耗、高解析度的特點，對于提升使用體驗有著同樣明顯的優(yōu)勢。

目前，led顯示屏的像素尺寸都很大，在厘米、毫米量級，這就導(dǎo)致圖像顯示的細膩程度并不理想。隨著技術(shù)的發(fā)展進步，具有更小像素尺寸的Micro-LED技術(shù)體現(xiàn)出了巨大的潛力。

1.2低功耗引來高關(guān)注，Micro-LED優(yōu)勢明顯

Micro-LED技術(shù)最大的優(yōu)勢便是低功耗。目前顯示屏幕所消耗的電量，約占到手機日常使用消耗總電量的30%。由于無需背光模組、且LED發(fā)光效率優(yōu)于OLED，Micro-LED具有發(fā)光效率高、功耗低的優(yōu)勢。

目前主流的TFT-LCD顯示技術(shù)，由于其實現(xiàn)彩色顯示不可避免的依賴背光源的使用，導(dǎo)致了其能耗較高的缺點。AMOLED的出現(xiàn)，由于從顯示原理上避免了使用背光源，因而顯示能耗得到了顯著的提高。當然，AMOLED的功耗與顯示的畫面有很大的關(guān)系。畫面以黑色為主時，AMOLED的耗電量僅為LCD的40%左右;大部分圖像顯示情況下，AMOLED的耗電量占LCD的60-80%;而在全白的顯示情況下，AMOLED的耗電量甚至要超過LCD。

概括來講，以手機為例，在游戲、影音使用過程中，AMOLED的低功耗優(yōu)勢明顯;而在短信等使用情境下，由于顯示白色的區(qū)域較多，因而AMOLED的耗電量也相對偏高。因此，降低AMOLED的功耗不僅需要從關(guān)鍵材料、硬件設(shè)計等方面優(yōu)化，也需要從軟件層面優(yōu)化改進用戶界面。

與AMOLED相比，Micro-LED的功耗將更低。由于OLED材料自身的特點，決定了其發(fā)光效率要遠小于傳統(tǒng)的III-V族半導(dǎo)體材料，約為傳統(tǒng)LED的一半。由此可以推測，在相同的使用情況下，由于發(fā)光效率的提高，Micro-LED的耗電量將為AMOLED的一半，也就是LCD的20-40%。

1.3各大廠商爭先布局，未來顯示主流技術(shù)之一

蘋果和Sony是Micro-LED領(lǐng)域最有力的推動者，兩家選擇了截然不同的商業(yè)化路徑。Sony選擇將Micro-LED首先應(yīng)用在室內(nèi)大屏顯示領(lǐng)域，并已推出多款產(chǎn)品。蘋果則是將以Apple Watch為代表的智能手表，作為Micro-LED最先落地的領(lǐng)域。

自2009年起，各大廠商已在Micro-LED領(lǐng)域早有布局。該領(lǐng)域最主要的推動者是蘋果。為了制衡三星在OLED領(lǐng)域的優(yōu)勢，蘋果積極推動下一代顯示技術(shù)的研發(fā)。2014年，蘋果收購LuxVue，這家公司是Micro-LED領(lǐng)域的先驅(qū)，掌握眾多技術(shù)專利。據(jù)報道，蘋果今年將在臺灣進行Micro-LED的試產(chǎn)，臺灣初創(chuàng)公司錼創(chuàng)(PlayNitride)負責試產(chǎn)。

臺灣廠商在Micro-LED積極推進產(chǎn)業(yè)鏈整合。臺工研院不僅是牽頭聯(lián)絡(luò)臺灣廠商實現(xiàn)共同研發(fā)和產(chǎn)業(yè)鏈整合，同時也可以稱得上是全球范圍內(nèi)Micro-LED最積極的倡導(dǎo)者。目前已開展相關(guān)研發(fā)布局的公司有LED外延片及芯片生產(chǎn)商晶電，驅(qū)動IC設(shè)計與生產(chǎn)商聚積，面板制造商友達，鴻海(包括旗下夏普、榮創(chuàng)、群創(chuàng))、半導(dǎo)體初創(chuàng)公司錼創(chuàng)(PlayNitride)，涉及領(lǐng)域涵蓋Micro-LED各個環(huán)節(jié)。

我們認為，以智能手表為代表的可穿戴設(shè)備將成為Micro-LED的首個需求引爆點，VR/AR設(shè)備、室內(nèi)大屏顯示、以及長期的智能手機、平板、電視等也是目前最具可行性和開發(fā)潛力的市場。

2.技術(shù)突破，市場空間巨大，芯片廠最受益

2.1巨量轉(zhuǎn)移是產(chǎn)業(yè)化進程最關(guān)鍵一步

以目前Micro-LED主流技術(shù)路徑來看，Micro-LED制造過程主要包括LED外延片生長、TFT驅(qū)動背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量轉(zhuǎn)移四部分組成。

LED外延片生長采用目前常規(guī)的LED外延片生產(chǎn)方式，一般采用MOCVD方法，在藍寶石或四元基片上外延生長藍綠或紅黃色LED外延片。但是，作為Micro-LED顯示所需的LED外延片，對LED外延片的均勻性、一致性要求很高，需要保證每個發(fā)光單元具有一致的發(fā)光特性。

Micro-LED芯片制作則是在LED外延片的基礎(chǔ)上，刻蝕成小于10微米尺度的單元，采用的技術(shù)與目前常規(guī)技術(shù)一致。Micro-LED使用與OLED、LCD類似的TFT驅(qū)動背板。因而，Micro-LED生產(chǎn)過程中的上述三步，均需要對現(xiàn)有技術(shù)進行升級，達到生產(chǎn)Micro-LED的需求。

目前，芯片巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是主要技術(shù)難點，也是各家廠商研發(fā)的重點。巨量轉(zhuǎn)移是指將切割完成的百萬量級的Micro-LED芯片，由LED外延片襯底，轉(zhuǎn)移至驅(qū)動背板的基底。再經(jīng)過一系列的封裝處理，實現(xiàn)彩色顯示。在RGB彩色顯示方案中，要實現(xiàn)三種Micro-LED芯片的巨量轉(zhuǎn)移，且需要保證三種顏色Micro-LED的準確排列，技術(shù)難度更高。目前，LuxVue(蘋果)、X-celeprint、eLux、臺灣工研院等團隊，均提出了各自的巨量轉(zhuǎn)移方案。

2.2芯片廠商最具潛力、最先獲益——與OLED產(chǎn)業(yè)鏈對比

OLED同樣作為一種自發(fā)光顯示技術(shù)，目前已得到廣泛的應(yīng)用。特別是最新發(fā)布的iPhone X采用了OLED屏幕，將極大的推動更多的消費電子產(chǎn)品采用Oled顯示屏幕。

目前，Oled顯示屏幕主要由韓國的三星、LGD兩家公司生產(chǎn)，其中三星主要從事中小尺寸的OLED屏幕生產(chǎn)，LGD主要從事大尺寸OLED屏幕的生產(chǎn)。過去一年，大陸廠商積極投資LTPS與OLED制造，主要目標集中在中小尺寸OLED屏幕。

OLED產(chǎn)業(yè)鏈較長，上游主要分為三部分：設(shè)備、原材料、組裝零件。設(shè)備方面，國內(nèi)企業(yè)實力明顯較弱，特別是刻蝕、鍍膜兩部分為外商壟斷。國內(nèi)企業(yè)依托在LCD顯示生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗，在后端檢測設(shè)備方面較有競爭力。原料方面，國內(nèi)僅能提供低端的玻璃基板;其他關(guān)鍵原料，如有機材料、偏光板、光刻膠、封裝材料等完全依賴進口。零件方面，也基本被外商壟斷。由此可以看出，國內(nèi)廠商在OLED產(chǎn)業(yè)鏈中實力較弱，主要設(shè)備、原材料依賴進口。 

目前，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，OLED材料、封裝材料的成本已經(jīng)不斷下降，但仍是顯示屏成本的主要組成部分。因此，在OLED產(chǎn)業(yè)鏈中，OLED材料作為必不可少的發(fā)光材料，其價格走勢必將對中下游的OLED面板生產(chǎn)和應(yīng)用產(chǎn)生重要影響。

通過對比Micro-LED與OLED的產(chǎn)業(yè)鏈，我們可以看出，Micro-LED與目前OLED的產(chǎn)業(yè)鏈具有很多相同、重疊的領(lǐng)域。對于這些相同的設(shè)備、材料、零件、制程，Micro-LED僅是對原有OLED的替代，并未產(chǎn)生新的需求點。唯一例外的是，對于LED外延片，Micro-LED是新的需求點，新的增量來自于芯片廠的擴產(chǎn)以及對巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的進步，那么至少LED外延片廠商將從Micro-LED的投產(chǎn)中顯著受益。

大陸LED外延片生產(chǎn)商，將是Micro-LED產(chǎn)業(yè)鏈中最優(yōu)先獲益的一環(huán)。目前全球LED外延片市場中，大陸廠商量、質(zhì)兼?zhèn)�。有別于OLED材料依賴進口的現(xiàn)狀，大陸廠商掌握Micro-LED發(fā)光材料，對于產(chǎn)業(yè)鏈中其他廠商來講，推動Micro-LED相關(guān)產(chǎn)線改造升級的動力更強，更容易實現(xiàn)Micro-LED產(chǎn)業(yè)鏈整合，降低成本，擴大市場。

提前布局巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，LED芯片商已做好準備，期望向下游延伸。由于目前Micro-LED尚處于實驗室產(chǎn)品階段，尚無批量生產(chǎn)，生產(chǎn)方案仍在探索中，尚未統(tǒng)一。目前，眾多LED外延片廠商已在Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)方面早有布局，期望能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的向下延伸，實驗從原料到成品的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)。無論最終何種巨量轉(zhuǎn)移方案脫穎而出，LED芯片商坐擁原材料、疊加相關(guān)技術(shù)儲備，將是Micro-LED產(chǎn)業(yè)鏈中最具潛力、最先獲益的一環(huán)。

2.3市場空間廣闊，LED外延片市場需求量多達千臺

預(yù)計以智能手表為代表的可穿戴設(shè)備將成為Micro-LED的首個需求引爆點，VR/AR設(shè)備、室內(nèi)大屏顯示、以及長期的智能手機、平板、電視等也是目前最具可行性和開發(fā)潛力的市場。

可穿戴設(shè)備中，智能手表占據(jù)半壁江山，且未來成長勢頭強勁。根據(jù)IDC預(yù)測，到2021年，智能手表的出貨量將從現(xiàn)在的7140萬，增長至1.61億，復(fù)合年增長率22.5%。智能手表占全部可穿戴市場的份額也將由現(xiàn)在的56.9%上升至67.0%。

目前，智能手表用戶的主要痛點之一便是電池容量有限、續(xù)航時間較短。iWatch手表上添加LTE芯片，可以擺脫手機連接到移動網(wǎng)絡(luò)獨立工作。獨立的移動網(wǎng)絡(luò)模塊必將帶來耗電量的增加，將進一步使有限的電池容量變得捉襟見肘。而Micro-LED發(fā)光效率高、功耗低的特點極大的滿足了這一需求。

Micro-LED具有的視角大、響應(yīng)快、發(fā)光效率高、功耗低、易實現(xiàn)高PPI(像素密度)等優(yōu)異特性，特別適合應(yīng)用于頭盔顯示器、立體顯示鏡以及眼鏡式顯示器等AR/VR顯示設(shè)備。目前主流的VR設(shè)備采用Oled顯示屏幕，存在像素密度較低的問題。

智能手機產(chǎn)業(yè)鏈無疑是市場現(xiàn)有體量最大的空間。同時屏幕依舊是整個手機成本中最高的一環(huán)。參照現(xiàn)階段iPhone X成本構(gòu)成比，OLED屏幕占據(jù)成本端的約80美元，占比約19.38%。倘若Micro-LED實現(xiàn)手機端屏幕的商業(yè)化運作，對于整個LED芯片市場將會是一場顯著的帶動。

我們參照OLED對于市場屏幕的滲透率作為對比，可以看到OLED在經(jīng)歷了兩到三年的時間就已經(jīng)拓展到市場上龍頭地位。這其中不僅僅是由于三星等核心廠商的推動，也是由于技術(shù)進步、下游需求拉動等多方面因素�？梢约僭O(shè)的是隨著Micro-LED的技術(shù)不斷兌現(xiàn)，優(yōu)良的顯示效果，成熟的產(chǎn)業(yè)鏈配套將會迎來新的一波機會。

根據(jù)智能手表、VR/AR設(shè)備、以及長期的智能手機、平板、電視等也是目前最具可行性和開發(fā)潛力的市場，我們估算Micro-LED整體的市場空間以及對應(yīng)的芯片廠商MOCVD的需求量。

在此基礎(chǔ)可以看到智能手機市場將會重點決定未來Micro-LED的市場需求量，智能手機市場的出貨量以及滲透率較為關(guān)鍵，我們對其做敏感性分析。

2.4巨量轉(zhuǎn)移：全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)難點

目前，Micro-LED制造的主要難點在于將十萬、百萬量級的Micro-LED批量轉(zhuǎn)移到TFT背板上，即巨量微轉(zhuǎn)移(巨量轉(zhuǎn)移)。目前，范德華力、靜電吸附、相變化轉(zhuǎn)移和雷射激光燒蝕四大技術(shù)是主要研發(fā)方向。其中范德華力、靜電吸附及激光燒蝕方式是目前較多廠商發(fā)展的方向。

Micro-LED與TFT驅(qū)動背板的連接方式，主要研究方向有芯片連接(chip bonding)、外延連接(wafer bonding)和薄膜連接(thin film bonding)。芯片連接(chip bonding)是指將LED切割成包括磊晶薄膜和基板的微米級單結(jié)構(gòu)，隨后使用SMD或COB方法與顯示基板連接。外延連接(wafer bonding)是指在LED的磊晶薄膜上，直接刻蝕形成微米級結(jié)構(gòu)，隨后將LED晶圓連接于驅(qū)動電路板，通過玻璃基板的方式實現(xiàn)最終顯示。

典型代表：蘋果收購的LuxVue公司技術(shù)獨到。2014年，蘋果收購了Luxvue公司，成為引發(fā)對Micro-LED持續(xù)與研發(fā)的關(guān)鍵事件。Luxvue公司成立于2009年專注于Micro-LED技術(shù)的研發(fā)，其所擁有的Micro-LED相關(guān)專利是各家廠商當中最多的。在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)方面，LuxVue公司主要采用靜電吸附技術(shù)。該公司開發(fā)出了具有雙極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭。轉(zhuǎn)移頭凸起的平臺部分有兩個硅電極。當轉(zhuǎn)移頭抓取基板上的Micro-LED時，兩個硅電極分別施加正負電壓，便可實現(xiàn)對Micro-LED的抓取。

通過以上介紹可以看出，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是決定目前Micro-LED顯示技術(shù)是否可行的關(guān)鍵難題。在考慮的工藝難度時，需要綜合考慮面板尺寸、分辨率、像素大小、總像素數(shù)量等問題。綜合來看，小尺寸的可穿戴設(shè)備以及低分辨率、大像素間距的室內(nèi)顯示領(lǐng)域，因相對難度較低，將成為Micro-LED最有可能首先落地的領(lǐng)域。而決定Micro-LED能否真正產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，仍有七大挑戰(zhàn)需要面對。

Micro-LED的產(chǎn)業(yè)化過程中，LED外延片廠商值得重點關(guān)注。一方面，要關(guān)注LED芯片廠商在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)上的研發(fā)，關(guān)注LED芯片供應(yīng)商向下游的延伸;另一方面，要關(guān)注一旦蘋果等Micro-LED產(chǎn)品落地，最先獲益的LED芯片供應(yīng)商。

文章來源：華強微電子