四大亮点 | 解读行业首份《Micro LED显示技术与应用白皮书》

  2020年10月29日,国内首个MicroLED研究院正式成立。研究院由利亚德、晶元光电、利晶微电子联合发起,旨在加速推进Micro LED晶片的开发与应用,Micro LED产品驱动技术和系统方案、巨量转移技术以及表面防护技术等的研究,从而高效推进Micro LED技术的攻关和落地,引领Micro LED显示技术新纪元。

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中共无锡市委书记黄钦与利亚德董事长李军共同为Micro LED研究院揭牌

  研究院揭牌现场,由利亚德联合晶元光电、利晶共同撰写,Micro LED研究院系列行业技术白皮书的第一卷——《Micro LED显示技术和应用白皮书》(以下简称“《白皮书》”)也正式发布。《白皮书》旨在阐释Micro LED的定义和标准,为行业可持续发展提供导向支撑。利亚德集团首席运营官姜毅通过直播现场解读白皮书内容亮点。

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利亚德首席运营官姜毅现场解读《Micro LED显示技术和应用白皮书》

  亮点1:定义Micro LED

  定义Micro LED,明确相关标准,不但有助于大众认知,其实也是促进行业向下一代显示技术发展,从而推动我国LED显示应用产业转型升级的基本要求。

  实际上,Micro LED技术已经发展了近二十年。2012年,Sony展出了Micro LED的55英寸高清LED电视样品,这是Micro LED作为商业化产品第一次出现在大众视野,也让大众看到了Micro LED大规模商业化的可能性。2016年后,Micro LED进入高速发展阶段。直到2020年7月,利亚德全球首发四款标准化2K Micro LED(最小点间距0.4mm)商用显示产品,标志着Micro LED大尺寸商用显示时代的到来。

  因此,在充分考虑产业链各端实际量产能力的基础上,《白皮书》根据行业发展的现状和前景预判,对Micro LED技术界定出相应标准。

  Mini LED显示:芯片长宽均在100μm~300μm之间的LED,采用普通或巨量转移方式及无焊线工艺实现的LED显示产品。

  Micro LED显示:芯片长宽任意一边小于100μm的LED,采用巨量转移方式和无焊线工艺实现的LED显示产品。

  而确定是否属于Micro LED显示产品的关键维度包括以下三点:Micro LED芯片、巨量转移技术、驱动技术。

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  亮点2:Micro LED显示技术解析

  我们认为每一次显示技术的跃迁都是行业竞争格局的重新洗牌,因此把握显示创新的驱动因子和未来趋势具有重要意义。通过《白皮书》的梳理,我们可以总结出显示技术发展的两点规律:画质(分辨率、色彩、响应速度、对比度等)与形态(轻薄、可挠等)决定技术替代的可行性。

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  消费者的这两大需求,是LCD 替代 CRT、OLED 崛起、 Micro LED 充满想象空间的核心驱动力;成本决定技术替代的渗透率。无论是 LCD 还是 LED 背光,其能够大范围的替代早期技术都基于成本的快速下降;同理,随着技术成熟,成本下降,Micro LED技术将带来巨大的成长空间。

  对比LCD、OLED等其他显示技术,Micro LED显示技术有三大优势:响应速度达到纳秒级、PPI到1500以上、应用场景由上至下。

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  Micro LED无论从LED芯片、工艺实现方法和驱动技术来看,均与传统LED显示技术存在显著差别。

  首先是LED芯片。有别于传统正装芯片和Mini LED芯片,Micro LED芯片尺寸更小,此处不再赘述。

  再次是工艺实现方法。Micro LED显示的几种实现方式:

  COB,即Chip on Board,顾名思义,就是将LED芯片直接固晶至显示模组板,省去先行封装流程;此处的模组基板,可以是FR4基材,也可以是BT基材,甚至可以是柔性PI、SI驱动板等。COB的优势是,免除封装步骤,工艺流程缩短,理论而言可节省基板材料费,但实际现状却是,FR4基板无法承载Micro LED芯片,而多层BT板制作困难,成本居高不下,柔性板和玻璃基板技术仍在研发中。此外,因为混BIN困难,COB的墨色和颜色一致性仍需进一步改善。

  COG,即Chip on Glass,与COB相同,COG是指将LED芯片直接固晶到玻璃基板,利用TFT驱动实现Micro LED显示。

  封装体,即先将Micro LED封装成灯,再将灯贴片至模组基板。这种实现方式的优势是,可以对封装体进行筛选混装,整屏一致性较好。

  再次是巨量转移技术。无论是上述哪种方案,都需要将Micro LED从蓝膜转移固晶至基板,对于普通LED,可采用Pick-place的机械转移方法;但转移小于100μm 的LED对传统固晶方法的精度和良率都是不小的挑战;如果说未剥离衬底的Micro LED还勉强可以采用传统转移方法,那衬底剥离后的LED则完全无法采用该技术转移。随着LED芯片尺寸越来越小,可实现的显示屏像素密度越来越高,单位面积LED数量成倍增长,机械转移方法的效率和良率无法保证,于是业界提出Micro LED的巨量转移技术。

  所谓巨量转移,即每次可转移上万、数十万乃至数百万颗LED芯片至承载基板,转移的效率和精度得到有效提升。

  最后是Micro LED的驱动。高密度的LED必然需要更多的驱动芯片,因此如何降低显示屏功耗,提升显示质量,也是Micro LED显示与小间距显示的差异之处。

  亮点3:Micro LED显示应用场景

  任何技术和产品的出现都不是凭空产生的,是市场需求使然。

  正如当年的小间距显示产品。虽然开始其成本很高,但是随着研发和上游原材料使用方面不断加大技术投入,现在的小间距产品比原有替代产品的价格更低。这个成本降低需要一个过程,市场空间会随着成本下降越来越大,Mini/Micro LED显示产品一定也会走出小间距这样的成本下降、市场空间逐步打开的势头,且其未来潜在市场比小间距市场规模有几倍甚至几何倍数的扩大。

  【Mini LED背光应用】LED背光源应用是LED下游市场重要组成部分,过去曾是LED行业高速发展的主要推动力,具体主要包括手机背光、液晶电视背光、笔电背光、显示器背光等。2010-2013年,在海兹定律驱动下,LED亮度提升、价格下降,LED背光渗透率迅速提升,市场规模扩大。2013 年LED背光市场出现顶峰,达到 50亿美元左右市场规模。2013 年后LED背光出现饱和,且由于产能周期导致低价化严重,市场规模大幅下滑。加之OLED以及小间距LED对LED背光产生替代效应,LED背光市场逐步萎缩。但2018年下半年,随着 Mini/Micro LED背光领域商业化进程加速,助推 LED背光市场规模回暖。

  2019 年下半年,Mini LED首先应用到了电竞显示器和电视领域;2020年开始,苹果屡传要在中尺寸产品上导入Mini LED(背光)显示器,这些应用都有利于 Mini LED 加速渗透,带动整体 Mini LED 产业链发展。

  据LEDinside研究报告预测,下一代Mini LED背光技术将是各家厂商的开发重点,预估至2023年Mini LED市场规模达10亿美元。Yole Research数据显示,全球Mini LED显示设备将从2019年的324万台增长至2023年的8070万台,年复合增长率高达90%。

  【Micro LED自发光应用】Micro LED自发光的应用有望分为三个阶段进行。目前Micro LED 处于应用的第一阶段,主要用于户外或公共显示的超大尺寸解决方案,这是由于Micro LED的拼接能力好于LCD,且商显的价格的敏感度低,可以承受高成本;第二阶段,Micro LED 将发挥高刷新率、高对比度、极致轻薄化的特性,将应用范围可拓展至 AR、VR 等特定应用领域;第三阶段,Micro LED 将开始渗透到电视等大众消费型电子市场。

  近年来,由于超高清电视的普及和 8K 电视的逐渐推广,对 LED 显示屏也提出了更高解析度的需求,传统的 LED 显示屏采用普通正装LED及单像素封装的形式,目前其主要应用在像素间距大于1mm 以上的显示产品中。正装LED芯片面积、焊线距离和封装尺寸等因素,限制了传统方案在p1.0以下显示产品中的应用,这为Micro LD提供了广阔的应用空间。

  Micro LED 显示的出现,在一定程度上是对传统应用市场的更新升级。此外,其在新兴市场的开拓方面也体现了极强的优势,在大尺寸商用显示领域,尤其是100寸以上商用显示屏相比LCD有着无需背光、低功耗及抗反射防眩光的优点,而传统LCD显示面板随着尺寸的变大,工艺难度成倍增加,良率很低。若能进一步缩小Micro LED尺寸,降低成本,并能实现高效的大规模装配,Micro LED在大尺寸商用显示领域将更具备价格优势,从而全面取代LCD;另一方面,Micro LED是自发光技术,在色彩表现力上远远优于LCD,并能实现DCI-P3色域和HDR显示,这为Micro LED大尺寸商显进入家庭影院打下坚实基础。

  亮点4:Micro LED显示技术发展趋势

  随着5G+8K超高清智能微显示时代的到来,Micro LED显示技术发展趋势主要为以下三点:

  【趋势一:Micro LED芯片的发展】MicroLED未来的发展趋势必然是无衬底及尺寸越来越小。像素材料成本不再是Micro LED显示系统的最大组成部分。

  【趋势二:玻璃基板技术(TFT)】玻璃基板将很可能是Micro LED技术继续进步的“绝配”:玻璃基板将与超微LED晶体、COB和倒装、巨量转移共同组成下一代独立显示屏和新一代液晶显示背光产品进步的“四梁八栋”。

  【趋势三:量子点Micro LED显示】基于量子点的Micro LED方案,即将量子点作为色转换介质,采用蓝光或者紫外LED激发,实现Micro LED全彩显示。


  诚然,任何前沿技术的成功,都需要跨过无数的困难甚至是穿越无人区。而往往新技术、新产品的起始之处都是依靠行业龙头企业推动发展起来。

  Micro LED量产基地正式投产背后,是利亚德人长达数年来持续不断投入的成果。利亚德很早就开始了对Micro LED技术的研发和储备,其中遇到的最大苦难与挑战有:芯片技术、巨量转移技术、驱动IC技术和检测维修。

  在此过程中,利亚德充分发挥供应链优势,携手产业链上下游合作伙伴,不断突破技术壁垒,并累积了几十项驱动技术、Micro LED工艺技术核心发明专利和国际专利,以实际行动推动Micro LED显示技术的产业化进程。

  据了解,利亚德与晶元光电多年联合研发,在Micro LED芯片技术、巨量转移技术方面取得突破性进展;2020年5月利亚德联合国际知名面板驱动厂家开发的新一代自主知识产权Micro LED驱动芯片,实现规模量产并应用;而随着Micro LED显示产品需求的不对增加,利亚德与参股公司Saphlux也在不断加深合作,加速推进全球首款NPQD Micro LED显示屏的开发。

  从全彩LED显示屏的诞生,到小间距LED电视的发布,再到今日引领Micro LED,利亚德的每一步都致力于“让世界看见”,书写历史的同时创造未来!

编辑:严志祥

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