芯耀
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作者：鵬程
就在最近，天馬Micro-LED產(chǎn)線全制程順利貫通。作為下一代顯示技術(shù)，Micro-LED被譽(yù)為顯示家族的“六邊形戰(zhàn)士”，它具有高亮度、高對比度、壽命長、低功耗等優(yōu)點。天馬自2017年開始布局Micro-LED技術(shù)，聚焦高PPI、高亮度、高透明顯示等技術(shù)方向。如今，備受矚目的 Micro-LED 似乎已然站在商業(yè)化的門檻前。
?01、顯示技術(shù)的變革：從CRT到Micro-LED
1897年，德國物理學(xué)家Karl Ferdinand Braun發(fā)明了陰極射線管（CRT），這是世界上最早的電子顯示器。憑借此項發(fā)明，其獲得了1909年諾貝爾物理學(xué)獎。1939年，美國生產(chǎn)出了世界上第一臺黑白電視機(jī)。隨著技術(shù)成熟，CRT被廣泛應(yīng)用于電視機(jī)和計算機(jī)的顯示器，且屏幕越來越大，顯示效果越來越好，但存在笨重、尺寸受限、不能移動等缺點。液晶的發(fā)明開辟出顯示技術(shù)新領(lǐng)域。
1888年，奧地利植物學(xué)家斐德烈·萊尼澤（Friedrich Reinitzer）發(fā)現(xiàn)了一種隨溫度變化而在固液之間轉(zhuǎn)換的中間態(tài)，這種物質(zhì)具有液體的流動性，同時在光學(xué)上表現(xiàn)出晶體的各向異性，被稱為“液晶”。1968年，任職美國RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)明了采用動態(tài)散射模式的液晶顯示裝置，主要用于手表、計算器、傳呼機(jī)。1971年，德國科學(xué)家Helfrich與瑞士科學(xué)家Schadt發(fā)明了扭曲向列模式液晶顯示，應(yīng)用于手機(jī)、電視、電腦、平板顯示。為擴(kuò)大顯示面積，匈牙利科學(xué)家Brody隨后發(fā)明了有源矩陣（AM）薄膜晶體管（TFT）驅(qū)動LCD，開啟了現(xiàn)代TFT液晶顯示大門。
TFT-LCD（薄膜晶體管液晶顯示）應(yīng)用廣泛，是目前最成熟、產(chǎn)業(yè)鏈最完整的主流顯示技術(shù)。其顯示原理是利用電壓控制液晶分子的排列，進(jìn)而改變光的偏振性能，實現(xiàn)圖像和文字的顯示。1987年，鄧青云博士發(fā)明了OLED（有機(jī)發(fā)光二極管），被譽(yù)為“OLED之父”，從此，OLED技術(shù)正式登上舞臺。這是一種具有多層有機(jī)薄膜結(jié)構(gòu)的自發(fā)光器件，相比于液晶，其最大的特點在于自發(fā)光，無需背光源，該特點帶來了許多優(yōu)點：自發(fā)光帶來的色域控制、視角控制都優(yōu)于LCD；由于不需對光路進(jìn)行偏振，因此發(fā)光效率也顯著提高，響應(yīng)時間快，色域更高，對比度高；去除了背光源，有效減薄厚度、降低質(zhì)量；而且現(xiàn)在的技術(shù)可以將電路板涂布在柔性薄膜上，將整個OLED顯示屏柔性化，這是LCD所不能做到的。這些性能的優(yōu)勢可以滿足許多新興的消費需求，使得OLED成為發(fā)展迅猛的新一代顯示技術(shù)。
近年來，基于氮化鎵（GaN）的發(fā)光二極管顯示器件被廣泛應(yīng)用于新一代顯示技術(shù)的開發(fā)。其中，尺寸在20~200μm的LED器件通常被稱為迷你發(fā)光二極管（MiniLED），尺寸在50μm以下的LED器件被稱為微型發(fā)光二極管（Micro-LED）。（注：現(xiàn)在其實對于MiniLED、Micro-LED芯片尺寸大小，各家企業(yè)表述各不相同）
MiniLED顯示器本質(zhì)上還是LCD顯示器，但采用了更小的背光燈，使得背光燈可以布置得更密集，從而實現(xiàn)更高的亮度和更精細(xì)的局部調(diào)光。在MiniLED背光技術(shù)加持下，液晶產(chǎn)品的色域更廣、亮度和對比度更高。
Micro-LED由基底層、緩沖層、發(fā)光結(jié)構(gòu)層、電極層和封裝層構(gòu)成。通過在基底外延生長緩沖層、發(fā)光結(jié)構(gòu)層獲得外延晶圓，通過系列微納工藝制備正負(fù)導(dǎo)電電極結(jié)構(gòu)和發(fā)光像元結(jié)構(gòu)從而獲得Micro-LED矩陣器件。封裝層通常起到使電子器件隔離水氧環(huán)境的作用，還可以混合熒光粉、量子點等色轉(zhuǎn)化材料，實現(xiàn)器件發(fā)光顏色的矯正。Micro-LED在繼承了傳統(tǒng)照明用LED的高穩(wěn)定、高對比度等性能優(yōu)點基礎(chǔ)上，還具有超高分辨率、超高亮度、微小體積等優(yōu)異特性，被譽(yù)為下一代顯示技術(shù)的“關(guān)鍵核心”技術(shù)。
隨著科技的進(jìn)步，半導(dǎo)體顯示技術(shù)不斷升級，新型顯示技術(shù)不斷涌現(xiàn)。顯示技術(shù)呈現(xiàn)以LCD、柔性AMOLED顯示為主，MiniLED、Mirco LED等前瞻技術(shù)百花齊放的局面。近年來興起的Micro-LED技術(shù)具有芯片尺寸小、自發(fā)光等特點，具有OLED顯示的優(yōu)點，在亮度、對比度、響應(yīng)速度、功耗、壽命和柔性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，而且壽命更長，熱穩(wěn)定性更好。
?02、Micro-LED的兩大路線
根據(jù)應(yīng)用場景的不同，Micro-LED顯示器件的制造可分為兩大路線：巨量轉(zhuǎn)移和單片集成。巨量轉(zhuǎn)移是將微芯片與源基板分離并批量拾取，然后單獨或成組轉(zhuǎn)移到顯示基板對應(yīng)的像素電極上，可應(yīng)用于不同尺寸、不同材質(zhì)顯示基板的場合，由于工業(yè)化生產(chǎn)要求巨量轉(zhuǎn)移良率不低于99.9999%，芯片轉(zhuǎn)移誤差不超過±1.5μm，轉(zhuǎn)移效率大于50~100M/h，傳統(tǒng)的芯片轉(zhuǎn)移、封裝等技術(shù)手段無法達(dá)到工業(yè)需求，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)成為制約Micro-LED顯示量產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。單片集成即通過鍵合的方式將源基板上的芯片一次性集成到驅(qū)動器背板上。
雖然基于單片集成工藝的硅基Micro-LED完美避開了巨量轉(zhuǎn)移的問題，但目前只能顯示一種顏色（目前綠色LED的發(fā)光效率最高，亮度可以達(dá)到百萬尼特），也只有很小尺寸（目前業(yè)界也有提出量子點著色方案以實現(xiàn)全彩顯示，但面臨“藍(lán)背光泄露嚴(yán)重”和“彩色像素集成良率低”等問題）。
由于尺寸較小，目前也僅限于應(yīng)用在近眼顯示器（電子取景器、VR/AR等）、智能手表等高分辨率微顯示器領(lǐng)域。針對Micro-LED芯片高精度高效率巨量轉(zhuǎn)移的應(yīng)用需求，目前已經(jīng)發(fā)展了精準(zhǔn)拾取轉(zhuǎn)移技術(shù)、自對準(zhǔn)滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)、自組裝轉(zhuǎn)移技術(shù)、激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)等多種巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，其中激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)利用界面區(qū)域材料吸收光束能量引起快速物理變化或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動力來調(diào)控界面狀態(tài)，以克服表層材料與Micro-LED的黏附力，在合適的工藝參數(shù)下可達(dá)到較高的良率、精度和轉(zhuǎn)移速率，成為巨量轉(zhuǎn)移Micro-LED極具潛力的技術(shù)方案之一。
?03、國產(chǎn)Micro-LED產(chǎn)業(yè)高歌猛進(jìn)，規(guī)模商用化曙光初現(xiàn)
綜觀全球新型顯示技術(shù)發(fā)展態(tài)勢，中國顯示產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)成為全球重要一極。在FPD（平板顯示器）市場中，韓國企業(yè)已經(jīng)逐漸放棄生產(chǎn)和研發(fā)，中國企業(yè)基本上贏得了LCD之戰(zhàn)。如今，顯示行業(yè)正在將發(fā)展重點轉(zhuǎn)向新型顯示技術(shù)，以實現(xiàn)差異化和高利潤。
而過去的一年中，Micro-LED技術(shù)不斷取得進(jìn)展，相關(guān)終端應(yīng)用以及資本投融資也在加快這一技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。伴隨一些Micro-LED項目逐漸投量產(chǎn)，2025年將是Micro-LED技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用重要的一年，終端應(yīng)用也將出現(xiàn)更大的轉(zhuǎn)機(jī)。
而這其中，國產(chǎn)企業(yè)終于不再是跟跑的角色，也參與到了領(lǐng)跑中，辰顯光電、天馬、利亞德、思坦科技等多家企業(yè)的Micro LED項目相繼開工、投產(chǎn)、量產(chǎn)，涉及Micro LED中試線和量產(chǎn)線等。
思坦科技：2024年6月在廈門市約2萬平方米的量產(chǎn)工廠正式投產(chǎn)，思坦科技搭建起從芯片設(shè)計到量產(chǎn)工藝的全鏈條布局，深圳中試線和廈門量產(chǎn)線的年產(chǎn)能超過600萬套。
TCL華星：今年10月，TCL華星與三安合資的芯穎顯示Micro-LED中試線已經(jīng)建成，預(yù)計2025年實現(xiàn)小批量試產(chǎn)。
京東方華燦：2024年11月6日，京東方華燦6英寸Micro-LED量產(chǎn)線在珠海正式投產(chǎn)。該項目是全球首個實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)的Micro-LED生產(chǎn)線，也是全球首條6英寸Micro-LED生產(chǎn)線，全部達(dá)產(chǎn)后將實現(xiàn)年產(chǎn)Micro-LED晶圓2.4萬片組（6英寸片）、Micro-LED像素器件45000kk顆的生產(chǎn)能力。
利亞德：2024年11月20日，利亞德第一期全制程自主研發(fā)的新一代高階MIP產(chǎn)線（注：高階MIP采用無襯底、芯片尺寸小于50μm的Micro-LED芯片，比原有MIP使用的芯片更?。跓o錫利晶工廠正式落地投產(chǎn)。預(yù)計第一期高階MIP產(chǎn)能可達(dá)1200KK/月（注：1200KK即120億顆，這意味著該產(chǎn)線每月可以生產(chǎn)出120億顆高階MIP產(chǎn)品），二期產(chǎn)能將擴(kuò)至2400KK/月。
辰顯光電：2024年12月19日，辰顯光電在成都投資30億元的TFT基Micro-LED量產(chǎn)線點亮，包含轉(zhuǎn)移工藝、背板工藝及模組工藝全制程自動化智能生產(chǎn)線，并發(fā)布了135英寸Micro-LED拼接屏新品，以及Micro-LED透明拼接屏和Micro-LED光場裸眼3D屏。
深天馬：12月30日，“天馬新型顯示技術(shù)研究院Micro-LED產(chǎn)線”成功實現(xiàn)全制程貫通，計劃于2025年開始小批量生產(chǎn)。
此次全制程貫通儀式現(xiàn)場點亮的是天馬自主研發(fā)生產(chǎn)的PID標(biāo)準(zhǔn)顯示單元模塊。該標(biāo)準(zhǔn)模塊以天馬LTPS基玻璃背板為基礎(chǔ)，利用天馬Micro-LED產(chǎn)線自研的全激光巨量轉(zhuǎn)移工藝，可打破傳統(tǒng)顯示尺寸限制，像拼“樂高積木”一樣將Micro-LED顯示屏拼接，實現(xiàn)無尺寸限制的無邊框拼接顯示。
規(guī)模增長的同時，技術(shù)也在進(jìn)步。湖北光谷實驗室與華中科技大學(xué)合作研發(fā)出高性能量子點光刻膠，有望為Micro-LED 全彩顯示技術(shù)帶來突破；湖南大學(xué)團(tuán)隊聯(lián)合諾視科技、晶能光電等研發(fā)出一種超高亮度Micro-LED微顯示芯片，并在均勻性極高的硅襯底GaN外延片上開發(fā)了單像素亮度高達(dá)1000萬尼特的綠色Micro-LED顯示屏。
此外，廈門大學(xué)、南京大學(xué)、三安光電股份有限公司、利亞德光電股份有限公司代表簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，正式宣布成立中國Micro-LED戰(zhàn)略聯(lián)盟，以技術(shù)創(chuàng)新需求為核心，致力于構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈共享機(jī)制，整合“產(chǎn)-學(xué)-研-用-金”等發(fā)展要素，形成協(xié)調(diào)并進(jìn)、互為支撐的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，全面提升中國Micro-LED顯示技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用水平，加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
