下一代主流显示技术,会是Micro-LED?
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目前,中国已经成为全球最大的LED和LCD生产基地,在Micro-LED领域产业链上的配套也比较完整,并且初步具备在Micro-LED领域产业链协同发展的条件,同时也有望通过发挥LED的产业优势,掌握在高端信息显示产业的世界话语权。
自1950年第一台彩色CRT电视发明以来,CRT凭借其出色的特性在显示市场上占据了数十年的历史。直到2000年,液晶显示器(LCD)这种新技术出现,LCD通过降低成本和优化产品性能,很快便占据了显示市场的主导地位。但是,LCD显示器存在诸如响应时间慢,转换效率差和色彩饱和度低等主要缺点。近年来,新的显示技术变得愈加成熟,例如有机发光二极管(OLED)显示器和发光二极管(LED)显示。与LCD显示技术相比,OLED显示技术具有自发光,宽视角,高对比度,低功耗,响应速度快的优点。但是,OLED在成本控制、量产能力和有机材料等的局限性,在消费电子市场中的占有率仍低于LCD,传统上的LED显示则更多应用于显示器背光模组或大型户外屏幕。
随着显示产业结构性调整步伐的加快以及5G时代新应用的兴起,“5G+8K”概念成为消费电子领域的目标,显示产品的升级换代成为行业发展的必然。Micro-LED作为新一代主流显示技术开始兴起。与传统的LCD和OLED相比,Micro-LED显示具有自发光、高效率、低功耗、高集成、高稳定性、高响应速度等优良特性,已经在显示、光通信、生物医疗领域获得了相关的应用,未来,Micro-LED技术将进一步扩展到增强现实/虚拟现实、空间显示、可穿戴设备、车载应用等诸多领域。而Mini-LED则是Micro-LED开发过程中的一个阶段性技术。据Yole预测,至2025年基于Micro-LED和Mini-LED技术的产品如高端电视机、手机、平板、手表等将逐步上市,出货量可达3.3亿只模组,市场产值将超过100亿美元。
推动新一轮显示产品升级换代
Micro-LED显示是指将微米级半导体发光二极管(LED),以矩阵形式高密度地集成在一个芯片上的显示技术,是新型显示技术与LED技术二者复合集成的综合性技术。在过去的20年里,Micro-LED引起了人们的广泛关注,从早期的实验室开发阶段逐渐进入到公司的开发项目,部分产品已经进入了商用阶段。Micro-LED因其体积小、灵活性高、易于拆解合并等特点,可以在现有的最小至最大尺寸的显示应用场合中实现部署,在很多情况下也将比LCD和OLED发挥更独特的效果。Micro-LED极有可能成为具有颠覆性和变革性的下一代主流显示技术,推动新一轮显示产品的升级换代。近年来Mini-LED在液晶显示背光源应用、会展广告、拼接屏、虚拟现实等领域也得到了快速应用,其点间距(Pixel Pitch)记录也在不断刷新。
Micro-LED技术产业链主要由衬底和外延材料、芯片器件、颜色混合(RGB或量子点激发)、IC驱动基板链接(巨量转移或单片集成)、检测和修复五大部分组成,市场应用的需求不断反推着每一个产业链环节提出更多新的技术指标和要求,其中包括材料、工艺、设备等关键技术领域。全世界范围内各大公司及科研院所相继投入了大量人力物力进行研发布局,据Touch Display Research的不完全统计,全世界目前从事Micro-LED研究的单位超过了160家,其中有60余家分布在中国。
随着我国经济与科技的快速发展,国民消费能力和市场需求的逐步增强,我国在传统显示的产业规模已经处于全球领先地位,加之我国近年来第三代半导体材料技术的加大投入,产能供应充足,为Micro-LED的研究及其产业化积累了快速发展的技术基础以及应用需求基础。
产业化应用将使很多行业有革命性发展
在国家产业政策引导下,LED领域、显示领域的相关企业和科研所投入了大量的资源,不断突破关键技术障碍,加速了Micro-LED的产业化发展。
Micro-LED的应用市场占比最高的主要是显示应用,目前已经在小间距(<2mm)大屏幕显示开始应用,并且逐渐向高端电视市场、手机平板、笔记本、汽车应用等领域渗透。
针对Micro-LED的高PPI显示特性,目前主要应用于VR/AR、投影显示等,据IDC预测,至2023年,中国VR/AR市场支出规模将达到652.1亿美元,到2027年Micro-LED屏出货量有望突破千万只。针对Micro-LED的中低PPI显示特性,主要应用在小尺寸穿戴设备、手机平板和电脑显示、电视显示、超大屏显示等领域,其中智能手表是Micro-LED技术最有机会率先突破的细分市场,LED inside预测穿戴产品将在2020-2021年迎来快速增长。
除了显示应用外,Micro-LED在车载应用、可见光通行、生物医学应用、陈列照明等领域的应用也在进一步扩展,未来伴随着Micro-LED良率的提升以及产品的量产,预计价格仍有大幅下降空间,商业化应用也将具有更强的竞争力。
从产业需求上讲,在VR/AR的应用上,对于VR/AR头戴式产品,要求显示屏具备高的像素密度(一般大于2000 PPI),全彩化显示,响应速度快,功耗低,寿命长等特性。高像素密度的关键是Micro-LED的微缩制程技术,还受显示驱动基板所限制,虽然Micro-LED在显示性能上虽然存在各种优势,但是技术仍处于发展初期阶段,应用需求的要求也很高,仍然有待继续发展和进步。
对于投影产品应用,要求显示屏具有好的光谱稳定性、寿命较长、色彩饱和度高以及较好的光源综合效率等,同时投影上应用所需的电流驱动较大,目前阵列Micro-LED在大电流驱动下的表现及其配套的封装散热机制仍有待开发研究。
在小尺寸穿戴设备方面,主流的穿戴设备主要包括智能手环和手表,要求显示屏的可靠显示以及长续航,因此需求屏幕本身的亮度高、功耗低、重量轻以及可靠性好。目前Micro-LED技术的挑战主要在于生产成本上。
在手机平板和电脑显示方面,目前主流的手机屏幕仍然还是LED与OLED,Trendforce预计Micro-LED将在2022年切入平板电脑市场,2023年切入手机市场,在显示画质亮度、对比度、色域、清晰度,以及功耗、寿命、可靠性等方面Micro-LED都可以实现较好的画质显示,目前Micro-LED主要面临巨量转移以及检测修复的技术问题和成本问题,需要靠Micro-LED成本的降低以及驱动电路的简化来进一步实现。
在高清电视屏幕方面,由于超高清电视以及8K显示的推广,对LED显示屏提出了更高解析度的需求。针对大尺寸显示上,目前的技术方案主要是通过大尺寸转移以及模块化拼接两种方式,主要的技术突破包括芯片的微型化、巨量转移与焊接、全彩化以及系统驱动方面等。
在车载应用方面,车载显示主要包括中控显示、仪表显示、数字后视镜以及抬头显示等,但是车载显示在产品的可靠性方面要求较高,包括防尘、抗震功能、高低温差测试等,性能上需求更高分辨率、交互联动、多屏化以及多形态化,要将Micro-LED整合到车载显示并实现量产,从上游的LED芯片制备、键合材料开发、转移技术及设备创新设计、驱动IC开发等都需要各环节的通力合作。
在可见光通信方面,近年来可见光通信发展迅速,传输速率不断提高,而Micro-LED具有功耗低、调制带宽高的特点,在可见光通信领域有很大应用潜力,比如高速通信、光电探测器、智能显示等,但目前可见光通信仍处于实验室研究阶段,在技术、应用、芯片以及标准制定等方面仍需要开发研究。
实际上,Micro-LED的产业化应用,将会带来许多行业的革命性发展,特别是显示产业的应用。随着技术的快速进展以及成本的优化,Micro-LED的市场接受度将会大幅提高,结合Micro-LED技术本身的特性,在显示、车载、光通信、生物医疗检测等领域也会逐渐渗透,预计市场也将超过万亿美元。