五年前，蘋果iPhone X開始搭載OLED（有機小分子電致發光顯示）螢幕；2021年，蘋果在新款MacBook Pro上搭載了新的顯示技術：Mini-LED（次毫米發光二極體）。但Mini-LED不是終點站，蘋果涉足的另一項儲備技術，新秀Micro-LED（微米發光二極體）顯示技術或有望一統江湖。
之所以升級顯示技術，都是為了看得更清晰、更還原真實世界。但目前，搭載Micro-LED技術的產品過於昂貴，如三星110英寸的Micro-LED電視，價格已超過百萬元，普通人根本無福消受。Micro-LED產品價格何時才能親民，手機平板何時才能上Micro-LED螢幕？
本文是“果殼硬科技”策劃的“國產替代”系列第十七篇文章，關注Micro-LED國產替代。在本文中，你將瞭解到：Micro-LED為什麼被稱作終極顯示技術，Micro-LED的產業化難點，Micro-LED市場情況。
付斌丨作者
李拓丨編輯
果殼硬科技丨策劃
改變人類生活的顯示技術
簡單來講，你可以把Micro-LED理解成將LED縮放到極小尺寸的一種新型顯示技術。其未來應用有望涉及顯示器、電視、手機平板顯示、增強現實/虛擬現實/混合現實（AR/VR/MR）、空間顯示、柔性透明顯示、可穿戴/可植入光電器件、光通訊/光互聯、醫療探測、智慧車燈等領域。
業界使用兩種方法界定Micro-LED的技術規格。
一是透過晶片尺寸界定，將LED晶片縮放至小於100μm，便可稱為Micro-LED晶片（也有學者認為應以50μm為界）。根據觀看距離和人眼的極限解析度，對晶片尺寸的要求也不同：
VR/AR應用觀看距離約5cm，畫素密度要達到1800PPI左右，此時Micro-LED晶片尺寸為3~5 μm；
10英寸~12英寸的平板至少要達到300PPI的畫素密度，對應晶片尺寸為20~30μm；
75英寸的電視則只需43PPI，晶片尺寸往往為200μm左右。
［1］
不同應用對Micro-LED晶片尺寸的要求，製表丨果殼硬科技
參考資料丨《電子工業專用裝置》
［2］
另一種是透過工藝界定，由於Micro-LED晶片尺寸非常小，其長寬甚至比晶片的高度還小，導致晶片高度大於固晶面尺寸，不利於晶片在基板上固定，因此會比傳統LED增加一步鐳射剝離晶片基板的操作。
縱觀整個顯示行業，技術持續湧現，目前市場主流技術包括TFT-LCD（薄膜電晶體液晶顯示）、AMOLED（主動矩陣有機發光二極體顯示）、QD-OLED（混合OLED和QLED的技術）、QNED（以藍光LED作為光源的QD-OLED顯示）、Mini-LED、Micro-LED、Micro-OLED。
可以簡單將現階段顯示技術分為LCD、OLED、QLED、Micro-LED四個大類，其他技術是在此基礎上的改良版或過渡版，而Micro-LED被認為是理想的顯示技術，是新型顯示時代的終極目標，有望替代現階段大面積使用的LCD和OLED。
從黑白到高畫質彩色，CRT技術滿足了一代人對影響世界的夢想。從又厚又重到平板顯示，LCD和OLED滿足了人們對輕薄、便攜、對視力友好的要求。而現階段，唯一能達到更接近現實，甚至是能夠騙過人眼的下一代顯示技術，是Micro-LED。
［3］
行業人士認為，當多種顯示技術集中爆發後，最終可能只會有一兩種技術能主導市場，而最有希望的無疑是Micro-LED。
［1］
主流顯示技術的分類，製圖丨果殼硬科技
參考資料丨《Micro LED顯示研究報告（2019）》［4］，《電子工業專業裝置》
［2］
Micro-LED憑什麼能獲得如此高的評價？因為它不僅擁有LED的大部分優點，還具有高亮度、高解析度、高響應速度、低功耗、體積小、易拆解、靈活度高、無拼縫等特徵，能夠覆蓋絕大多數顯示應用場景
［5］
。與此同時，它的響應速度能夠達到幾十納秒，沒有殘像且不存在壽命問題。
［3］
除此之外，對比LCD、OLED、QLED等前輩，Micro-LED的主要效能引數均較為優異。
現代顯示技術比較
［1］
過渡技術已大規模商業化
Micro-LED還有一個近親：Mini-LED，可以將後者理解為LED與Micro-LED間的過渡技術。由於技術原理極為類似，業界普遍將二者歸結於一個路線中，有些情況也會被合稱為MLED。
作為前序技術，Mini-LED主要解決的問題是晶片尺寸斷層問題，相關技術發展對Micro-LED具備一定的借鑑作用，其晶片尺寸一般為75μm~300μm。
LED全景圖［6］
Mini-LED要比Micro-LED實現起來簡單地多，不僅在晶片尺寸上更容易被實現，而且在材料上也沒有科學性的難題，已被量產投入到市場中，蘋果、三星、TCL等品牌已實現規模化量產。
但Mini-LED與Micro-LED有不同應用場景，市面上Mini-LED一般作為LCD背光源出現，再結合量子點技術，實現高動態範圍顯示，而Micro-LED則直接用於製作顯示畫素
［7］
。簡單來說，市售的Mini-LED顯示器本質上還是LCD，Mini-LED只是LCD的一個陪襯，而Micro-LED顯示器則直接發光成像。
［8］
自2018年開始，面板廠商陸續釋出使用Mini-LED作為背光的樣機，產品尺寸達到152。4mm~685。8mm（6~27英寸），至今為止，Mini-LED背光的顯示器已擁有1398mm（55英寸）、1651mm（65英寸）、1905 mm（75英寸）和2159 mm（85英寸）等型號，可達8K解析度、120Hz重新整理率的高指標，可將現有顯示器對比度由10000∶1拉昇至1000000∶1。
［9］
Mini-LED產業化行徑明晰，已具備一定出貨量。2021年，全球中尺寸Mini-LED背光面板出貨量達740萬片。到2023年，智慧汽車將成為Mini-LED的新陣地。
［10］
基於Mini-LED背光產品的發展路線
［9］
作為中間過渡的Mini-LED產業一派欣欣向榮之勢，而Micro-LED依然小眾，那想讓麼Micro-LED出圈，究竟難在哪裡？
想造，沒那麼容易
Micro-LED什麼都好，就是貴。究其原因，在於製造環節的難題較多，導致難以大量生產、良率較低，引發價格攀升。
從表面看，Micro-LED晶片只是將LED晶片微縮化，但實際情況遠比想象中要難。從毫米級到微米級轉換的過程，本質是LED微小化、薄膜化和矩陣化，在該過程中材料生長、器件製備、驅動技術、生產工藝等步驟都發生了變化，最終產生質變。
［11］
Micro-LED採用的是RGB（紅綠藍）顏色標準，由於是自發光元件，想讓Micro-LED顯現影象，就要分別做出三基色的發光晶片，以此構成一個個畫素。
用不同材料，可以製備不同顏色的Micro-LED晶片，如InGaN/GaN基材料用於製備綠光/藍光Micro-LED陣列，AlInGaP/GaAs基材料用於製備紅光Micro-LED陣列，藍寶石、砷化鎵和矽等襯底上生長外延層，製備Micro-LED陣列。
［12］
從襯底到產品，Micro-LED顯示器會經過外延生長、晶片製造、巨量轉移、效能檢測四大工藝。
Micro-LED器件製造工藝流程
［2］
Micro-LED器件製造簡述和難點，製表丨果殼硬科技
參考資料《鐳射與光電子學進展》
［13］
，《電子工業專業裝置》
［2］
從技術上來看，晶片製備相關的材料和裝置上相對成熟，問題症候在於製造環節，具體來說，Micro-LED的壁壘包括以下幾點：
都是小惹的禍
對晶片來說，尺寸做得越小，製造難度就越大，Micro-LED亦如此。Micro-LED晶片的尺寸實在太小了，將其製作成各種顯示器件時，都要考慮小尺寸帶來的影響。
要取得小尺寸的Micro-LED，就要使用微縮製程技術，將LED晶片微縮後到滿足應用要求的尺寸。微縮製程技術包括晶片焊接、晶圓焊接、薄膜轉移三種路徑，技術實施得越好，畫素密度就會越高。
微縮製程技術實現的三種路徑，製表丨果殼硬科技
參考資料丨《Micro-LED技術路線圖（2020版）》
［6］
，有刪改
Micro-LED還有個不得不面對的致命問題：在微縮過程中，時常會產生側壁缺陷。比如，同樣是2μm的誤差缺陷，在250μm×250μm尺寸的LED上，剩餘可使用率為97%，但在5μm×5μm的Micro-LED上，剩餘可使用率僅為4%。
［14］
誤差缺陷導致晶片使用率大幅度降低
［14］
不僅如此，Micro-LED晶片尺寸越小，電感耦合等離子體（ICP）刻蝕區域（側壁）與有源區體積的比率就會越大，刻蝕損傷所形成的缺陷佔比越高
［15］
。導致非輻射覆合比例逐漸上升，發光效率和使用壽命下降。如尺寸從400μm減小至20μm，電流密度光效下降比例可達50%
［7］
。這還會導致有源區內肖克利·雷德·霍爾（SRH）非輻射覆合機率增加、輻射覆合機率和發光效率降低、引入新的漏電通道加重器件反向漏電。這些問題，在尺寸小於10μm的Micro-LED上尤為顯著。
［16］
晶片尺寸問題還會讓提高驅動器與Micro-LED陣列整合的效率和穩定性成為難題。簡言之，量產LED或是Mini-LED的工藝流程，對Micro-LED來說可能不再適用。
巨量轉移的困境
LED顯示器的每個畫素點都由點陣組合而成，一個個小LED晶片組成的陣列的間距基本一致。Micro-LED也是同理。製造出晶片後，也要將大批次的Micro-LED晶片定點巨量地轉移到電路基板上，這個過程就是“巨量轉移”。
與傳統的LED不同，Micro-LED的巨量轉移不僅對轉移精度、轉移速率、色彩均勻度的控制有更高要求，轉移數量也更大，4K的Micro-LED顯示器需完成兩千多萬顆的Micro-LED晶片倒裝，而8K則達到了上億顆。
［17］
目前巨量轉移技術有多種技術方案，包括精準拾取技術、鐳射釋放技術、流體自組裝技術及滾輪轉印技術等，不同技術擁有不同特性，但都存在一定弊端。
Micro-LED晶片巨量轉移方式
［2］
具體來說，精準拾取技術對轉移裝置精準度及穩定度要求極高；鐳射釋放技術在實施過程中可能會對晶片表面造成損傷，降低良率，此外鐳射裝置價格昂貴；流體組裝技術需經歷3次才能完成轉移，效率較低；滾輪轉印技術可在柔性基底上實現轉移，但同樣需要3次轉移才能完成巨量轉移。
［17］
部分方法在實驗室可達99。99%的良率，但比起至少要達到99。9999%良率的產業化要求，相差距離較大。業界正在探尋一種易實現、良率高又較為便宜的技術方案。
［18］
繽紛色彩背後的挑戰
為什麼顯示器能夠呈現得如此豐富多彩？因為顯示界普遍採用了RGB（紅綠藍）顏色系統，透過RGB三原色疊加合成，能夠實現肉眼可見的大部分色彩。想要Micro-LED能夠正確描繪出畫面，就要做好色彩方案，即全綵化。
Micro-LED彩色化主要有兩種解決方案：一種是藍色源轉色方案，但色轉換材料存在塗布均勻性和信賴性等問題，應用較少；另一種是直接使用LED的RGB三色方案，但對Micro-LED來說，這種方案並不是拿來就能用，需要對LED大小進行相應調整，此外由於各色波長均一性差異，還會面臨光效率和良率不足的問題
。
［14］
不同彩色化技術
［17］
產業鏈上的難題
造出Micro-LED晶片並不代表著結束，要讓它真正顯現在人們眼前，在多個技術領域上都要有所突破。
與其它晶片技術相同，Micro-LED也將牽扯龐大的產業鏈與原材料問題，從原料到點亮螢幕，分為上游、中游和下游，每個環節都與最終成品息息相關，其中較為關鍵的技術包括驅動IC、驅動背板和封裝。
［19］
Mirco-LED顯示產業鏈
［19］
產業正蓄勢待發
作為終極目標，Micro-LED無疑是顯示領域的明星。
2000年以來，得州理工大學教授提出Micro-LED的概念，堪薩斯州立大學制備基於Ⅲ族氮化物Micro-LED
［20］
，學術界自此掀起研究浪潮。尤其在2006年後，開始呈指數型增長。谷歌學術資料顯示，截止目前，Micro-LED領域已有近6000篇文獻。
世界各地研究機構與廠商也相繼投入Micro-LED的研究，在消費電子巨頭牽動下，Micro-LED初步產業化。
2012年，索尼釋出55英寸高畫質Micro-LED電視面板Crystal LED，它是首個作為商業產品出現的產品；
2014年，蘋果公司收購Lux Vue，入場Micro-LED的技術研究，這項技術真正開始進入大眾視野，迄今為止，蘋果不僅持續推動Micro-LED技術發展，還發布了多款Mini-LED相關產品；
2018年，三星於CES展推出全球首款模組化拼接的146英寸Micro-LED TV“The Wall”；
2020年12月，三星發售110英寸Micro-LED電視；
2021年1月，Vuzix釋出首款商業化的Micro-LED AR智慧眼鏡。
［17］
從專利上來看，2002年～2014年，Micro-LED專利申請總量較小。而自2017年開始，申請量開始大幅提升。
［21］
Micro-LED發展歷程
［12］
由於技術難題較多，現階段Micro-LED整體市場規模有限，業內預計，Micro-LED在2024年將實現大規模商用化。
［22］
據Research And Markets統計，2020年，Micro-LED的全球市場規模為10億美元，預計到2027年將以77。1%的年複合增長率增長
［23］
。另據高工產研LED研究所（GGII）預測，2025年全球市場規模將超過35億美元，2027年有望突破100億美元
［24］
。反觀國內方面，有望在大規模商用化之後衝擊800億元市場規模。
［22］
Micro-LED技術路線圖
［6］
目前市場側Micro-LED應用分為兩大方向，一是以蘋果為代表的可穿戴市場，另一個是以三星、索尼為代表的超大尺寸電視市場。短期來看，市場將集中在超小型顯示器上，中長期來看，Micro-LED將會橫跨可穿戴裝置、超大室內外顯示螢幕、抬頭顯示器（Head-Up Display，HUD）、車尾燈、AR/VR/MR、投影機等多領域。
［25］
推進產業化的企業主要包括三類：第一類為傳統LED晶片和封裝企業，如日亞、晶電Lumens等企業；第二類為TFT-LCD和OLED等新型顯示企業，如京東方；第三類為終端企業，如索尼、三星、LG。
產業化形式上則以合作為主，Micro-LED以定製化設計為主，加之技術要求較高，行業呈現高度整合態勢，面板、晶片、巨量轉移及驅動IC等廠商抱團式發展。
［26］
國際上，相關融資也此起彼伏，目標均指向大規模產業化。
2022年1月~11月中旬Micro-LED國際相關融資不完全統計，製表丨果殼硬科技
Micro-LED在國內也受到熱捧，在政策上不斷傾斜，且投融資動作頻繁。《2022 Mini/Micro LED顯示產業白皮書》顯示，僅2022年1月~8月，國內就有30多家企業有投資動作，涉及資金總計達415億元。
［10］
我國產業鏈上下游企業也紛紛在LED、巨量轉移、彩色化、檢測、修復等關鍵技術開展技術合作，形成“京東方+華燦光電”“三安+華星光電”“富採+錼創+友達+群創”三大陣營
［27］
。與此同時，國內已展開可穿戴顯示、高畫質移動顯示、車載顯示、高畫質大尺寸顯示、超大尺寸拼接商用顯示樣機的研發及試產工作。
［18］
2022年1月~11月中旬Micro-LED國內相關融資不完全統計，製表丨果殼硬科技
對產業來說，Micro-LED未來之路非黑即白，從好的方面來看，市場前景一片光明，從壞的方面來看，短時是銷量的博弈。
一方面，市場下行，面板行業則是砍單風暴的第一批“受害者”，消費電子需求不濟，不知道這種情況是否會在大規模商業化時有所緩解。
另一方面，對普通消費者而言，他們更多關注的是產品的效能、功能及價格，對於採用是哪種技術，並不會過多關心。對於顯示廠商來說，最為重要的，可能便是思考如何讓更多普通消費者感受到Micro-LED對生活的改變。
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