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觸摸屏原理

Micro LED技術(shù)原理,Micro LED與OLED技術(shù)對比

   Micro LED:一場(chǎng)缺乏主導者的“賭注”。2016年下半年以來(lái),Micro LED的概念風(fēng)聲水起。成為不時(shí)攪動(dòng)OLED主導的次世代顯示大潮的異類(lèi)玩家。那么Micro LED到底是什么?Micro LED大潮之中,誰(shuí)在拼力相博,誰(shuí)在隔岸觀(guān)火,誰(shuí)在竊竊暗語(yǔ)呢?

  Micro LED——誰(shuí)在發(fā)聲

  在Micro LED概念上,最大的聲音是蘋(píng)果。Apple Watch 3將采用Micro LED顯示面板的消息,是這個(gè)行業(yè)最近最大的“興奮點(diǎn)”。

  的確,蘋(píng)果卻曾大價(jià)錢(qián)收購過(guò)Micro LED研發(fā)公司LuxVue。但是,那是2014年的事情。這次收購蘋(píng)果也許儲備了一些技術(shù)、專(zhuān)利和研發(fā)能力。不過(guò)直至今日,蘋(píng)果并未拿出“可用的樣品”。按照一般規律,從原形研發(fā)、樣品研發(fā)、試產(chǎn)研發(fā)到量產(chǎn)爬坡和堪用,至少需要數年之久。Apple Watch 3估計是等不及的。

  更為重要的是,蘋(píng)果方面的消息,大多數是二級、三級消息,甚至小道消息。一直缺乏蘋(píng)果戰略層的消息和表態(tài)。也就是說(shuō),可能的情況是,蘋(píng)果只是把Micro LED作為一個(gè)武器庫中的庫存而已。且現在,顯示技術(shù)上蘋(píng)果正在做的事情是OLED替代LCD。

  Micro LED概念另一個(gè)大佬是三星:不過(guò),三星出價(jià)1.5億美元,收購Micro LED廠(chǎng)錼創(chuàng )科技的新聞已經(jīng)被辟謠。作為全球最大的顯示巨頭,同時(shí)也是LED產(chǎn)品制造商,三星如果說(shuō)絲毫不關(guān)注Micro LED顯然不正常。但是,對比三星在QLED上的戰略高調,在OLED上2000億人民幣的投資,三星Micro LED的“小道消息”幾乎可以忽略。

  再說(shuō)另一家Micro LED巨頭,索尼。2012年索尼展示了0.5級別間距的微間距LED產(chǎn)品。但是,索尼真正上市的卻是2016年的1.2間距的產(chǎn)品。索尼也有過(guò)類(lèi)似“技術(shù)不是問(wèn)題,但應用市場(chǎng)還需要酌情考慮”的表態(tài)。即作為一個(gè)顯示大廠(chǎng),索尼的市場(chǎng)理性,要比媒體報道的聳人標題冷靜的多。

  事實(shí)上,在Micro LED上真正的、高度的、官方的、長(cháng)期一致性的“高調”表態(tài)的單位只有一個(gè):“臺灣工研院”。不過(guò),對此,一個(gè)顯然的事實(shí)是,在次世代顯示上OLED、QLED臺灣都已經(jīng)落后韓陸企業(yè),甚至進(jìn)度不及日本企業(yè)。在韓陸資本數千億人民幣的投資之下,臺灣為其未來(lái)顯示產(chǎn)業(yè)的生存,獨辟蹊徑的支持Micro LED,本質(zhì)上是“下下策”。即,臺灣工研院的支持,只是“逼不得已要做些事情后的‘從易’”原則。

  當然,很多媒體指出晶電、隆達、歐司朗、日亞化、CREE、三安這樣的LED廠(chǎng)商都表示在做Micro LED研發(fā)。但是,這個(gè)支撐團體的力量主要集中在LED發(fā)光晶體這一層。而制造超微型的LED發(fā)光晶體(10um級別),應該說(shuō)是整個(gè)Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈中最為成熟的部分之一。即LED廠(chǎng),可利用現有設備技術(shù)和研發(fā)實(shí)驗室,在不增加多少投資的情況下,成功開(kāi)發(fā)Micro LED需要的白色和彩色晶體顆粒。這些LED外延片產(chǎn)業(yè)段的企業(yè)在Micro LED上的地位,類(lèi)似于默克、住友化學(xué)、三菱化學(xué)在OLED產(chǎn)業(yè)上的地位。

  綜上所述,Micro LED陣營(yíng)呈現的是分散的基本狀態(tài)。且其中巨頭們的消息都是二線(xiàn)化的,缺乏戰略層的宏觀(guān)表態(tài)。作為積極的LED晶體企業(yè),則“所需投資和努力不多”、“所負責產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節難度不大”。這直接決定了Micro LED是一個(gè)“群蝦舞龍”的產(chǎn)業(yè),缺乏形成大規模的、快速市場(chǎng)化的領(lǐng)頭羊。

  Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈如何,難點(diǎn)在哪里

  對于一個(gè)Micro LED顯示產(chǎn)品,他的基本構成是TFT基板、超微LED晶粒、驅動(dòng)IC三大塊。這三者有一個(gè)共同的特點(diǎn),即大量繼承于已有的液晶和LED產(chǎn)業(yè)。因此,臺灣工研院認為,他們具有整條產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢。

  但是,具有同樣產(chǎn)業(yè)基礎的地區還包括韓國、我國大陸、日本。其中日本在上游材料和設備上的領(lǐng)先性和完善度,要遠超過(guò)我國臺灣地區。不過(guò),日本同仁對Micro LED的興趣可沒(méi)有臺系產(chǎn)業(yè)那么高漲。

  為什么其它具有相當或者更好產(chǎn)業(yè)基礎的地區,在Micro LED的熱情上低于臺系呢?答案分成兩個(gè)層次:第一是,大陸、韓國和日本顯示企業(yè),現在最忙的事情是OLED。第二,Micro LED有一個(gè)其他電子行業(yè)幾乎不會(huì )用到的高難度工藝——巨量微轉移(也叫巨量轉移)。臺灣Micro LED產(chǎn)業(yè)最大的動(dòng)作之一,即是2016年12月以臺灣工研院為牽頭單位,成立“巨量微轉移”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

  “巨量轉移”是一個(gè)什么技術(shù)呢?簡(jiǎn)單說(shuō)就是在指甲蓋大小的TFT電路基板上,按照光學(xué)和電氣學(xué)的必要規范,均勻焊接三五百,甚至更多個(gè)紅綠藍三原色LED微小晶粒,且允許的工藝失敗率是有幾十萬(wàn)分之一。——只有達到這樣工藝的產(chǎn)品,才能真正應用到Apple Watch 3等產(chǎn)品上。

  對于Micro LED的工藝問(wèn)題,很多人認為,可以從傳統LED屏中攝取經(jīng)驗。但是,Micro LED與傳統led顯示產(chǎn)品差別巨大。與傳統LED顯示屏比較,Micro LED的差別主要在于:1.精密程度數十倍的提升;2.集成工藝從直插、表貼、COB封裝等變成了“巨量微轉移”;3.缺陷可修復性幾乎為零;4.背板從印刷電路板,變成了液晶和OLED顯示所使用的TFT基板,或者CPU與內存所采用的單晶硅基板。

  即與傳統LED顯示屏比較,Micro LED在晶粒、封裝、集成工藝、背板、驅動(dòng)等每一個(gè)方面都不一樣——所以,可以看到Micro LED產(chǎn)品的火熱沒(méi)有得到任何一個(gè)傳統LED大屏廠(chǎng)商的表態(tài)。

  事實(shí)上,除了晶粒、TFT背板、IC這些“元組建”,繼承于LED晶粒(如三安)、半導體顯示(如京東方)、IC設計企業(yè)(如聚積、奇景)等之外,Micro LED正真的核心則是“如何將這些元件集成”,即“巨量轉移”技術(shù)。后者是整個(gè)行業(yè)的命門(mén)。如果有企業(yè)要牽頭Micro LED產(chǎn)品,最需要的即是從這里入手。

  對此,目前比較確切的消息是:今年2月份Mikro Mesa與重慶惠科攜手打造了兩岸首座Micro LED面板實(shí)驗室的合作。該實(shí)驗室計劃在今年底完工,2018年制造出全彩色Micro LED樣品。Mikro Mesa目前在LED微晶粒上具有領(lǐng)先的研發(fā)技術(shù),傳聞能做到3UM。惠科則建設有A——SI LCD生產(chǎn)線(xiàn),具有TFT背板等方面的技術(shù)資源。二者合作的目的是,利用近可能現成的資源突破“巨量轉移”技術(shù)。

  不過(guò),即便是這種比較深入的項目其對Micro LED的產(chǎn)業(yè)時(shí)間表預期亦不能樂(lè )觀(guān):2018年實(shí)現全彩樣品,距離真實(shí)商業(yè)應用還有多遠依然不好說(shuō)。以OLED為例,實(shí)現全彩,到目前手機行業(yè)的大規模認可,中間走了二十余年。且,惠科、Mikro Mesa都是顯示圈新手,二者關(guān)注Micro LED頗有企圖“四兩撥千斤”彎道超車(chē)之意。

  綜上所述,從元件角度看,Micro LED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有難度;但是從工藝和產(chǎn)業(yè)進(jìn)程看,巨量轉移橫亙在Micro LED愿景與現實(shí)之間,短期難以徹底跨越。

  如果成功,Micro LED將怎樣改變顯示產(chǎn)業(yè)格局

  現在,媒體動(dòng)輒以《Micro LED產(chǎn)業(yè)化:蘋(píng)果/三星等巨頭積極搶進(jìn)布局》這樣的標題,為Micro LED造勢,背后是媒體對既有顯示產(chǎn)業(yè)格局可能被顛覆的“擔憂(yōu)”。不過(guò),筆者說(shuō):你們有些過(guò)度擔心了。

  首先,從基板看,Micro LED需要的是電流驅動(dòng)的TFT結構。這既是國內目前大規模量產(chǎn)的低溫多晶硅和金屬氧化物TFT技術(shù)。代表廠(chǎng)商京東方、深天馬、華星光電、中電子、三星、LG、夏普、群創(chuàng )、友達。當然,也有些方案中,Micro LED利用單晶硅基板,cmos電路驅動(dòng)結構,不過(guò)這種方案的成本不低,且無(wú)法在手機、電視等尺寸的屏幕上應用,不可能成為“大發(fā)展后的Micro LED”的主流。

  更為重要的是,Micro LED在采用例如京東方TFT背板的時(shí)候,其對液晶乃至OLED顯示屏生產(chǎn)線(xiàn)的繼承性高到70%。即,半導體顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有的萬(wàn)億資產(chǎn)中,大部分會(huì )被繼承下來(lái)。這一龐大的資產(chǎn)包也決定了Micro LED不是“另開(kāi)新天地”,而是既有液晶顯示產(chǎn)業(yè)鏈的次世代升級——即,即便Micro LED極大的成功,今天的顯示圈巨頭們亦依然會(huì )“穩坐釣魚(yú)臺”。

Micro LED技術(shù)原理,Micro LED與OLED技術(shù)對比

  其次,Micro LED、oled、QLED作為次世代顯示方案之爭,他們的關(guān)鍵差別不在于IC、光學(xué)材料和薄膜、TFT等產(chǎn)業(yè)環(huán)節,而在于“最終發(fā)光體”方面。上文提到三安在Micro LED中的地位,類(lèi)似于默克在oled行業(yè)的地位。即,真正的競爭,尤其是替代性競爭來(lái)自于LED晶粒。

  在傳統的液晶顯示時(shí)代,顯示器需要一個(gè)獨特的背光源組件。包括手機和電視機都是如此。但是OLED和QLED時(shí)代這個(gè)背光源就不需要了。液晶的背光源最核心的部分即是LED發(fā)光燈珠。如果次世代顯示是OLED和qled的天下,也就意味著(zhù)LED產(chǎn)業(yè)鏈,除了工程大屏、投影光源外,基本告別大眾顯示(手機、PC和TV)領(lǐng)域。這會(huì )是一個(gè)巨大的市場(chǎng)損失。

  同時(shí),在LED的另一個(gè)應用空間,照明領(lǐng)域,隨著(zhù)LED發(fā)光效率的提升(過(guò)去五年從50流明每瓦,發(fā)展到了近200流明每瓦),實(shí)際潛在市場(chǎng)對晶元、外延、封裝等上游產(chǎn)能的消耗也是大幅降低的。

  以上兩點(diǎn)形成了LED產(chǎn)業(yè)鏈的一種危機感。即如何消化過(guò)剩的晶元和外延產(chǎn)能。現在,比較看好的領(lǐng)域就是“顯示”:包括小間距LED和本文討論的Micro LED。正因此種危機的可能性,從產(chǎn)業(yè)角度看,LED行業(yè)明顯比TFT行業(yè)對Micro LED更為熱情。

  第三,從IC端看,筆者只有一句話(huà),液晶、OLED、QLED或者M(jìn)icro LED,IC設計者都需要一樣的創(chuàng )新和發(fā)展。這些顯示技術(shù)的區別,不構成IC產(chǎn)業(yè)的革命。

  當然,還有一個(gè)重要的事情要說(shuō):液晶、OLED、QLED、Micro LED的核心上游設備。大尺寸oled和QLED走的路線(xiàn)是噴墨印刷,中小尺寸OLED走的路線(xiàn)是蒸渡,液晶產(chǎn)品則是成盒灌注工藝,Micro LED需要的是“巨量轉移”。所以,在對發(fā)光體具有針對性的工藝環(huán)節,這幾個(gè)技術(shù)的設備廠(chǎng)商具有“市場(chǎng)替代性”。

  通過(guò)以上分析,可以看到Micro LED的產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)是既有繼承也有創(chuàng )新。其中最核心的是LED外延企業(yè)和巨量轉移設備商的地位。

  不過(guò)對比細分研究,筆者更愿意從更大的場(chǎng)景看Micro LED的意義:我們可以將下一代顯示理解為自放光時(shí)代(區別于液晶的背光時(shí)代),OLED、QLED和Micro LED只是不同的自發(fā)光材料,他們都要“生長(cháng)”在TFT基板之上——無(wú)論是誰(shuí)勝利,死掉的都是液晶,卻亦都從液晶產(chǎn)業(yè)繼承至少70%的產(chǎn)業(yè)鏈和設備設施。

  這個(gè)宏觀(guān)理解,也就可以解釋為何現今真正的顯示行業(yè)巨頭們,對Micro LED的關(guān)注不夠的原因:對比Micro LED在巨量轉移上的困難和產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段,OLED和QLED的成熟性、可行性、風(fēng)險度都更為友好——從易避難,逐步實(shí)現自發(fā)光顯示,最優(yōu)的選擇當然是今天最火的OLED。至于Micro LED,那是第三位的備選方案。

  臺灣業(yè)者的努力,Micro LED能否后發(fā)制人

  目前,全球顯示行業(yè)對Micro LED最熱衷的莫過(guò)于臺灣業(yè)者。這與臺灣顯示行業(yè)在OLED項目上的落后有必然關(guān)系。臺灣顯示界希望利用Micro LED的成功對大陸和韓國的OLED戰略實(shí)現彎道超車(chē)。

  但是,作為一項新技術(shù),是否能成功需要從產(chǎn)業(yè)基礎和研發(fā)難度上做出基本衡量,而不是Micro LED幾乎逆天的節能性能這類(lèi)技術(shù)優(yōu)勢。——即關(guān)鍵的、不可繞過(guò)的短板,決定命運。

  從產(chǎn)業(yè)基礎看,LED、TFT、IC都不成問(wèn)題,這一點(diǎn)上文再三說(shuō)過(guò)。但是,從需要攻關(guān)的研發(fā)難點(diǎn)看,巨量轉移不是一個(gè)容易啃的骨頭。一方面,顯示系統今天的發(fā)達程度,決定了Micro LED必須以很高的起點(diǎn),突破巨量轉移技術(shù):1.避免Micro LED的高亮化,晶粒可能需要很小,例如5um,這樣小的器件做電氣結構上的焊接,保持百萬(wàn)級別的有效性,難度可想而知。2.處于液晶、oled競爭時(shí)代的Micro LED,必須有可行的市場(chǎng)經(jīng)濟性。雖然Micro LED能夠讓顯示屏能好大幅降低,但由此帶來(lái)的節能效果應該與其成本增加成比例。這兩點(diǎn)概括起來(lái)即是,巨量轉移,不僅要克服“巨大的量、超微小的結構”,還要一上來(lái)就有很好的“成熟性”。
Micro LED技術(shù)原理,Micro LED與OLED技術(shù)對比
  更為重要的是,巨量轉移課題是電子產(chǎn)業(yè)的一個(gè)全新課題。沒(méi)有多少可參照的經(jīng)驗可以利用。這決定了這個(gè)工藝路線(xiàn)的研發(fā)難度進(jìn)一步提升。

  回想液晶稱(chēng)王的顯示時(shí)代,也有過(guò)等離子、sed、場(chǎng)致發(fā)光等不同技術(shù)路線(xiàn)的競爭。但是,在液晶的規模和成本優(yōu)勢下,各個(gè)都很快敗下陣來(lái)。這一點(diǎn)也是臺灣同仁要認真考慮的問(wèn)題。從技術(shù)進(jìn)步看,不斷的發(fā)展的顯示技術(shù)不是Micro LED的專(zhuān)利。面對規模更為龐大、支持者眾多、資金充沛、技術(shù)不斷進(jìn)步的OLED和qled, Micro LED作為第三路線(xiàn),在競爭上已經(jīng)是最危險的選擇。

  所以,筆者不認為研發(fā)Micro LED是一件壞事情:多元化的嘗試,才最有利于找到最優(yōu)解。但是,從產(chǎn)業(yè)化角度看,Micro LED不值得簡(jiǎn)單的看好。在OLED已經(jīng)砸下重金的今天,抓住主流是顯示企業(yè)生存的基本面和緊迫點(diǎn),Micro LED作為可能選項,更多的應該是未來(lái)的某種可能性的儲備,而不是確切答案。這也是為何Micro LED行業(yè)一直沒(méi)有真正的行業(yè)巨頭來(lái)做龍頭,帶領(lǐng)大家?jiàn)^斗的原因。
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