Micro-LED乘風(fēng)破浪，新型顯示技術(shù)加速產(chǎn)業(yè)化

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。

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。隨著技術(shù)成熟，CRT 被廣泛應(yīng)用于電視機和計算機的顯示器，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。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、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（有機發(fā)光二極管），被譽為「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。

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。

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。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?。?，在無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。