量产之路 | microLED显示技术龙争虎斗

“我们估计，截至2021年第一季度已有超过50亿美元用于microLED（微米级LED）技术的研发，其中37％用于一些公司的内部研发和投资，26％用于苹果公司的内部研发，24％用于初创公司投资，13％用于收购”，Yole技术与市场总分析师Eric Virey这样评价microLED显示技术和市场的现状。而且，这些活动主要由中国企业，其次是韩国企业主导。

市场可观 专利数井喷

3月，全球第二大液晶显示屏企业利亚德光电与全球小间距LED显示第一品牌TCL华星合作成立协同创新办公室，开发miniLED背光模组以及COG/MIP模式microLED新产品，共同拓展千亿美元未来市场。

据Yole预测，到2027年microLED出货量有望达到4.5亿块。microLED技术在各个方面都在迅速发展，将为AR、智能手表和汽车市场提供强有力的支持，也包括智能手机和电视市场。

microLED技术是新一代发光显示技术，既可保证高效明亮的显示器，又提供具有无限对比度和宽色域的优质图像质量。

根据LED芯片尺寸大小，业界将microLED分为miniLED和microLED，尺寸在100-500μm的是miniLED，尺寸在100μm以下的是microLED。

传统LED与microLED的不同

过去一年，在microLED知识产权方面，新入局者正在加入由苹果、三星、LG、XDisplay、錼創科技（PlayNitride）、Facebook等公司主导的行列，推动microLED专利活动加速前进。

microLED专利提交数前十公司

microLED显示相关专利的数量现在已经超过8900项，由近480个组织申请，归为4093个专利系列。2020年，40%的专利系列已经公布。

公司类型和专利公开提交数量

一年前，microLED专利申请率已在呈指数级增长，当时有超过350家机构申请了约5500项microLED专利（2500个专利系列）。2019年申请的专利数是以往累计数的40%。

亟待解决的技术问题

在大规模生产到来之前，microLED仍要解决许多与量产相关的问题。目前全球有450多家公司或研究机构从事microLED研发，从当前IP格局可以看出哪些公司是该领域的关键领导者和崭露头角的新秀。以下是一些主要参与者：

部分microLED公司或研究机构

根据技术节点分析，这些专利要解决的主要技术问题包括：

前端

外延

基板、外延工艺或设备，旨在提高microLED基板性能、良率或均匀性的技术；

芯片设计与制造

提高microLED发射器效率、巨量转移（mass transfer）或其他性能适用性的结构或工艺；

传输和互连

microLED芯片分离（分离层和机制等）、片芯稳定、从施主衬底到背板转移的技术，以及实现芯片与背板或PCB键合和电连接的方法；

单片微型显示器

microLED微型显示结构，全阵列microLED与背板（通常为硅CMOS）的直接组装（杂交或直接生长）。

后端

光子管理

用于光提取、光束整形、光串扰管理的结构或组件；显示结构（片芯成形、反射器、黑矩阵、DBR等）或外部光学器件（微透镜阵列等）；

像素或显示架构和制造

像素和/或全显示架构：像素/亚像素排列、像素腔、互连方案、电极配置、制造（不包括传输和互连）；

缺陷和良率管理、维修

减轻或减少显示缺陷，提高可修复性等的修复工艺，例如：易于断开缺陷像素的电极排列、激光修复的像素冗余；

背板和显示器驱动

microLED专用背板结构、微驱动器IC、外部驱动器IC（TCON等）和驱动方案（补偿等）；

颜色生成（RGB本机或转换）

通过磷光体、量子点或其他下变频器进行颜色转换的技术。还有颜色过滤和允许从同一衬底创建R、G、B像素的技术；

计量与检验

在组装或测试完整显示器之前或之后测试单个像素的技术或工具，包括电或光学、接触或非接触式；

平铺式（Tiling）和窄边框

消除边框和/或实现单个microLED模块无缝组装的技术，以创建任意尺寸显示器（如朝向面板背面的信号布线、用于实现精确对齐的模块结构等）；

显示传感器

将传感或其他功能集成到microLED前面板，如触摸、手势识别、红外成像（指纹、虹膜、面部识别）、相机等。

重量级选手依然故我

据统计，2020年前，microLED初创公司筹集了超过8亿美元资金，而苹果公司在过去五年中已在这项技术上投资了15亿至20亿美元，对于实际量产前的研发项目来说，数额相当庞大。

LG和三星表现依然强劲，在新型应用方面保持了这一势头。为了同一技术名称，两家韩国公司甚至闹到了对簿公堂的地步。三星凭借130多个新的专利迈出了一大步，其中大部分都围绕其显示器业务的量子点纳米棒LED技术（通常被称为QNED）。这些专利表明此项技术正在成熟，且该公司正在应对将QNED从实验室到晶圆制造带来的挑战。经过对QNED技术的改良，今年3月，三星发布了Neo QLED 8K电视，以量子点矩阵技术精确控制Neo Quantum处理器，将QLED（量子点发光二极管）提升至全新境界，借助广色域显色体积，每颗量子点都充分吸收光并将其转化成鲜活色彩。

今年4月，三星展示了以Crystal UHD、QLED 8K和商务电视打造的广播直播工作室，改善了其所有区域，有助于优化生产控制室幕后的参与度和效率，为观众提供无缝的观看体验。

三星无缝直播工作室

LG也已推出QNED电视，其QNED和三星的Neo QLED都基于miniLED显示技术。LG的QNED同样可以带来色彩、峰值亮度以及HDR内容对比度的提升，并提供4K和8K分辨率规格。其突破的关键点在于miniLED背光尺寸变得更小，密度更大，大大增加了局部调光区的数量，从而提高了对比度，较少了光晕伪影。采用这项技术后，对比度可达1000000：1，刷新率可达120Hz。

也有焕发青春的老牌公司，成立于1917年，经历了一个世纪收购和撤资等波折的英国公司Plessey的关注焦点是microLED AR显示器，它在普利茅斯有个大型生产基地。去年，Facebook击败苹果与Plessey联手，利用后者在高分辨率，高帧速microLED显示器方面的专业知识开发专门为增强现实和混合现实应用量身定制的AR眼镜。

苹果前Mac硬件系统工程副总裁Keith Strickland现在是Plessey联合首席执行官兼首席技术官。microLED直驱显示器Data-Vµ™为OEM开发人员提供紧凑、灵活和高效的microLED显示屏，广泛用于智能眼镜、头戴式显示器、导航、体育休闲、光学仪器等产品，当然也包括汽车挡风玻璃智能显示器。

初创公司斗宗强者

面对即将爆发的mini/microLED市场，成立于2013年的美国初创公司Rohinni与京东方（BOE）成立合资公司BOE Pixey，将大批量生产联合生产microLED，满足消费电子、工业及汽车市场的需求。基于mini/microLED的直接发射显示器可以将众多miniLED或microLED直接精准地放置在基板上，实现现有封装LED无法企及的视觉体验。

2014年成立的中国台湾初创公司Mikro Mesa Technology成功开发出无压合低温键结3μm microLED巨量转移技术。公司创始人陈立宜博士表示，该技术是microLED通往消费类产品应用之路的一大突破，由于芯片尺寸变小，microLED的材料成本将大幅降低。

同为2014年成立PlayNitride（錼創科技）也称其microLED转移良率达99.9％，2019年8月已开始试产，microLED芯片的应用目标是大尺寸电视、智能可穿戴设备和车用显示。据透露，PLayNitride目前是三星电子microLED芯片的独家供应商。PlayNitride开发的透明无边框的microLED显示器、超高亮度穿戴型microLED显示器、超薄挠性microLED显示器适合许多创新显示科技应用，被视为新一代终极显示技术。

PlayNitride无边框microLED显示器

去年12月，2018年才获得A轮融资的加拿大初创公司VueReal以倒装芯片结构专利突破了传统生产microLED的主流技术，改变了过去制程复杂、良率无法突破90%，无法大量量产的局面。其独有垂直结构不仅尺寸小，且制程相对简单，能以自动化生产提升良率（99.9%以上）和产能，也可大幅减少修复成本。目前VueReal正在向microLED厂商授权倒装芯片结构专利，助其实现高产量。

今年初，中国初创公司思坦科技（Sitan Technology）完成Pre-A轮融资，用于完善microLED中试线、扩展研发团队并提升公司整体的研发水平。董事长兼CEO刘召军博士表示，思坦科技旨在用前沿microLED半导体技术解决传统LCD和OLED显示屏幕“烧屏、耗电、笨重”等痛点，并赋予其自发光、低能耗、高亮度、高响应、长寿命、高稳定性等特性，带动国内显示技术产业发展。目前，思坦科技研发的microLED是基于化合物半导体和集成电路芯片的新一代半导体显示技术，其原理是将100微米（P0.1）以下的像素单元高密度地微缩化在一个芯片上，使得其拥有更高发光亮度、分辨率与色彩饱和度，以及更快的显示响应速度。

中国入局者有备而来

microLED领域的新贵非康佳莫属，今天的康佳已不能用家电厂商来定义。虽然是新参与者，康佳的专利组合表现出高度的创造力和惊人的成熟。2020年，它是所有技术领域知识产权最活跃的公司之一，其“中国芯”的步伐已经开启。

2019年8月

康佳斥资300亿元建设重庆康佳半导体光电科技产业园，用于microLED显示技术的研发、生产和销售，并延展完善microLED显示技术相关的半导体产业链。

2019年9月

康佳出资15亿在重庆市璧山区成立了重庆康佳光电技术研究院有限公司，进行microLED相关的产品研发、生产和销售。在microLED瓶颈巨量转移技术上，研究院自主建成了外延片生产线、芯片生产线和巨量转移生产线，大力推进mini/microLED的研发生产进度。

2019年10月底

康佳发布“智能墙”microLED电视，采用巨量转移技术，实现近1亿颗微米级别microLED芯片的转移和键合，以及4K到8K的不同尺寸和不同分辨率的定制变换。

2020年3月

康佳向德国的沉积设备制造商爱思强订购多个AIXG5+C和AIX2800G4-TMMOCVD系统，把批量生产mini/microLED提上日程。发布全球首个microLED手表，让中国终于能在这一领域实现了供应链自主可控能力，在解决“卡脖子”方面意义重大。

2020年11月

英国厂商micro Crystal Transfer Group及其专业的LED和半导体技术团队采用了日本半导体设备供应商Samco的ICP刻蚀系统和PECVD系统，用于康佳的microLED生产。

在核心技术突破的基础上，康佳2020年建成microLED全制程研发生产线，实现小批量试产，完成核心专利申请近700件，并发布了小间距microLED微晶屏、柔性显示屏、8K microLED商显屏等产品。

康佳专利组合及申请时间线

显示供应链可能的危机

苹果是领先的microLED开发者之一。早在2014年，苹果就收购了microLED开发商LuxVue，欲将这种新一代显示技术用于其各种产品。收购LuxVue以来，苹果加快了microLED的研发项目，正在为智能手表、AR和其他显示器类型开发解决方案。2017年，苹果的研发达到顶峰，此后其重心向实现批量生产方向转移。有多份报告显示，苹果在中国台湾有一支microLED研发团队。预期台积电将成为苹果microLED的关键合作伙伴之一。

几年来，一直有报道称，苹果打算在未来的智能手表项目中部署microLED显示器。现在的手表使用LTPO OLED显示屏，而microLED显示屏将能够延长手表的电池寿命并提高其亮度。苹果正在与几家中国台湾的公司合作，积极参与microLED的研发和生产计划。

今年4月，Yole市场分析师发表的一篇文章推测，苹果和华为正在研究基于Si-CMOS微集成电路（IC）的microLED显示器。这种模式可能会对显示器市场产生巨大影响。而基于microIC的microLED生产可能会导致显示行业的大混乱。理由是，设备制造商（苹果可能第一个走这条路）将从LED生产商采购（或内部生产）microLED，并从代工厂采购microIC。然后，苹果可以将这些产品组装到自己的显示器中。这意味着，在这种模式下，传统显示器制造商将失去空间，可能会导致显示器市场出现大的混乱。

microLED和microDriver（微驱动器）可能会破坏显示供应链

另据报道，苹果将投资3.34亿美元在新竹科技园区建立一座新的microLED及microLED显示器工厂，合作方是AUO和Epistar。

写在最后：

近年来的许多专利已“更接近现实”，深入研究了像素组（bank）结构和背板的细节，或旨在提高制造效率。大多数知识产权的领导者正在超越概念和实验室原型，将microLED付诸于大规模生产。

进入2021年，彩电等消费类行业巨头都在microLED显示技术上开始了布局。随着这一颠复性技术的演进，加上新入局者的参与，量产和良率的挑战将一个个迎刃而解，等待我们的将是一个色彩斑斓的精彩世界！