解开Micro LED神秘面纱

Mini LED 风起！

有消息称，苹果2021春季新品发布会或将在美国时间3月23日举行，也就是北京时间24日。预计此次将发布AirTags、新款iPad以及可能会更新的AirPods。

对投资者而言，需要关注苹果iPad新机引领市场对miniLED的认知和关注，预计高阶大屏的iPad Pro 采用 miniLED背光技术。

目前屏幕技术主要分为LCD与OLED两大类。LCD屏幕的像素不能自主发光，需要有背光光源（LED）照射液晶显示画面。而OLED指有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，缩写 OLED)，不需背光模组和滤色片等就能独立发光显色。OLED是目前高端显示主流技术。

miniLED背光其实就是LED背光的升级，原本LED灯条仅仅是一条，利用导光板实现亮度铺展，而miniLED背光则是利用数量极多的超小尺寸的LED灯组实现背光效果。

不仅实现高动态范围(HDR)、高对比度效果，还能缩短光学距离(OD)以降低整机厚度达到薄型化需求，显示效果丝毫不弱于OLED技术。

什么是MicroLED？

MicroLED是一种发光二极管（LED），尺寸通常小于100微米（ m），常见尺寸小于50 m，有些甚至仅有3-15 m。就比例而言，microLED的尺寸约为传统LED的1/100，约为人类头发宽度的1/10。在microLED显示器中，每个像素（每个二极管）都经过单独寻址和驱动以发射光线，无需背光（类似于OLED显示器），它们是由无机材料制成的，可提供较长的使用寿命（类似于LED）。

MicroLED的每英寸最大像素数量（PPI）为5,000，亮度为105尼特，而OLED的每英寸最大像素数量（PPI）为3500，亮度为≤2 x 103尼特。1并且跟OLED一样，MicroLED优势

高亮度、低功耗、超高解析度与色彩饱和度。MicrolED最大的优势都来自于它最大的特点，微米等级的间距，每一点画素（pixel）都能定址控制及单点驱动发光。比起其他LED，发光效率上，目前MICROLED最高，且还在大幅提升空间；发光能量密度上，MICROLED最高，且还有提升空间。——前者，有利于显示设备的节能，其功率消耗量约为LCD的10％、OLED的50％；后者则可以节约显示设备有限的表面积，并部署更多的传感器，目前的理论结果是，MICROLED和OLEDD比较，达到同等显示器亮度，只需要后者10%左右的涂覆面积。与同样是自发光显示的OLED相较之下，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500PPI（像素密度），相当于AppleWatch采用OLED面板达到300PPI的5倍之多。

寿命长。由于Micro-LED使用无机材料，且结构简易，几乎无光耗，它的使用寿命非常长。这一点是OLED无法相比的，OLED作为有机材料、有机物质，有其固有缺陷——即寿命和稳定性，难以媲美无机材料的QLED和MICROLED。

能够适应各种尺寸。microLED可以沉积在玻璃、塑料和金属等不同的基材上，以实现柔性、可弯曲和可折叠的显示器。

成本降低空间大。目前微投影技术以数位光线处理（DigitalLightProcessing，DLP）、反射式硅基板液晶显示（LiquidCrystalonSilicon，LCoS）、微机电系统扫描（MEMSScanning）叁种技术为主，但这叁种技术都须使用外加光源，使得模组体积不易进一步缩小，成本也较高。相较之下，采用自发光的MicroLED微显示器，不须外加光源，光学系统较简单，因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势

Micro LED应用市场

从短期来看Micro-LED市场集中在超小型显示器，从中长期来看，Micro-LED的应用领域非常广泛，横跨穿戴式设备、超大室内显示屏幕外，头戴式显示器（HUD）、抬头显示器（HUD）、车尾灯、无线光通讯Li-Fi、AR/VR、投影机等多个领域。

MicroLED技术原理

MicroLEDDisplay的显示原理，是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1~10μm等级左右；后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的MicroLED显示。

而要制成显示器，其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构，MicroLED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术。

黏贴完成后MicroLED能藉由整合微透镜阵列，提高亮度及对比度。MicroLED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗MicroLED的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮MicroLED以显示影像。

Micro LED作为产业链的新兴环节，有一个其他电子行业几乎不会用到的高难度工艺——巨量微转移（也叫巨量转移）。巨量转移被视为影响良率以及产能释放的核心因素，也是各大厂商聚焦攻坚的地区。目前在技术路线上也已经有了不同的方向，分别为激光转移、自组装技术以及转印技术。

“巨量转移”是一个什么技术呢？简单说就是在指甲盖大小的TFT电路基板上，按照光学和电气学的必要规范，均匀焊接三五百，甚至更多个红绿蓝三原色LED微小晶粒，且允许的工艺失败率是有几十万分之一。——只有达到这样工艺的产品，才能真正应用到AppleWatch3等产品上。

对于MicroLED的工艺问题，很多人认为，可以从传统LED屏中摄取经验。但是，MicroLED与传统led显示产品差别巨大。与传统LED显示屏比较，MicroLED的差别主要在于：1．精密程度数十倍的提升；2．集成工艺从直插、表贴、COB封装等变成了“巨量微转移”；3．缺陷可修复性几乎为零；4．背板从印刷电路板，变成了液晶和OLED显示所使用的TFT基板，或者CPU与内存所采用的单晶硅基板。

即与传统LED显示屏比较，MicroLED在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样——所以，可以看到2021年MicroLED概念产品的火热LED大屏厂商纷纷表态。

晶圆接合(WaferBonding)的方式

Micro LED UTP弹印生产技术

表面贴装技术目前已在MINI LED实现巨量转移技术生产，但在MicroLED生产中需要实战验证。

让来举例说明这一趋势，到2026年，用于智能手表的1.5英寸microLED显示屏制造成本预计将降至当前成本的十分之一。与此同时，75英寸电视机显示屏的制造成本将在同一时间段内降至当前成本的五分之一。

预计制造水平将在2024年达到成熟度阈值。虽然接受度有所增长，但microLED在2026年的出货量仍将仅占全球平板显示器市场0.4%。然而，由于这年出货量接近1600万片，它将会进入大众市场领域，为未来几年更广泛的应用奠定基础。

那么近两年Mini Led产业将迅速地替代传统的显示技术，2021年向车载显示，家电显示，会议显示，安防显示等电子显示产业发起总攻持续到Micro LED批量生产技术稳定以后。

战火愈演愈烈 Micro LED屏幕为何难量产？

Micro LED作为“次世代”显示技术一直以来被认为是替代硅基OLED、DLP、L-COS显示屏幕，成为AR/VR头显的完美选择。

与上述其他几种显示屏幕相比，Micro LED更薄，具备亮度高、分辨率高、功耗低、寿命长、续航能力更强，更能抵御“烧屏”现象等众多优点。像素点间距缩小至微米级，让它不仅拥有超高分辨率，同时适用于任何尺寸，并且拥有超快的切换速度，其微秒级的响应时间完全契合AR/VR近眼显示技术需求。

全息波导，这一被看做未来AR眼镜形态所搭载的光学方案，其一直以来存在前期核心技术问题尚未解决的问题，这大大影响了全息波导的量产能力，一旦技术问题解决，其良率和成本问题都将迎刃而解。而这里所谓的技术难题，其实就是Micro LED的量产问题。

因此，Micro LED成为提升全息波导大批量落地的技术难点所在。而在AR/VR领域，苹果、Facebook、京东方等等均就Micro LED显示器进行深入布局，这里俨然已成为AR/VR领域各大厂商的兵家必争之地。

但Micro LED除了有居多好处，却迟迟未被量产，主要是因为其成本高昂，量产难度高，何时普及还是未知。

即便如此，国内外对AR/VR领域Micro LED的投入与研发都在极力向下一个阶段走。

Micro LED显示器或成主流两大厂商联手，最小AR单片Micro LED显示器将面世

于2005年成立的美国Micro LED解决方案供应商Composite Photonics US Corporation(简称“CP”)，便是专注AR/VR方向Micro LED显示器，以制造出能产生巨大影响的最小尺寸显示器为目标。

去年11月，CP开设Micro LED创新加速中心MiAC，加速5μm以下单片集成Micro LED显示器的上市，以满足市场对AR/VR等智能可穿戴设备的增长需求。

本月10日，与知名特殊工艺半导体代工厂GLOBALFOUNDRIES(简称“GF”或“格芯”)宣布达成合作，制造CP的微显示技术平台IntelliPix？。

IntelliPix是PC通过模拟人类视觉系统而开发，为满足AR眼镜对高性能和低功耗要求而开发，它将实现世界上最小Micro LED AR/MR显示器。同时，通过启用体积更小、重量更轻的AR眼镜，充电一次即可使用更长时间，从而实现真正的实时AR全息体验。

而且PC在AR方向并不止步于Micro LED显示器，除了与GF合作，还与Micro LED技术开发商Plessey和半导体设备供应商Axus合作，协力开发基于Mico LED显示技术的AR/VR设备。

据介绍，IntelliPix？将使用GF的22FDX专业半导体平台制造，22FDX除了低功耗的优势外，还能够为显示器定制其他功能并简化其制造流程。迄今为止，22FDX解决方案已赢得45亿美元设计大奖，向全球客户交付超过3.5亿个芯片。

GF和我们所熟知的台积电一样是芯片代工厂，也就是人们口中常说的“格芯”，来自美国。据了解，按营收来算，2009年成立的格芯目前已是世界第3大晶圆代工厂，仅次于台积电与三星。就在上个月，格芯还宣布与美国国防部合作生产国防军用芯片。

CP有了国际芯片代工巨头的合作，世界最小AR单片Micro LED显示器的量产与商业化应用的扩大似乎会加速到来。那IntelliPix？到底具备怎样的特点，在技术上又是如何实现的？

2.5μm像素AR单片微显示器有何优势？IntelliPix？技术详解

想知道CP作为Micro LED显示技术厂商，推出的微显示技术平台IntelliPix？所体现出的技术实力，要先从Micro LED讲起。因为从严格意义上解释，IntelliPix？是高性能的Micro LED显示器背板驱动技术。

简单来说，Micro LED显示器只是由Micro LED微型发光元件，被一系列技术进行阵列组合后的显示模块，它还需要一个提供电力支持的背板。一般的Micro LED通过无源选址(类似在坐标轴利用x、y坐标进行定位供电)、有源选址(每个微型发光元件后面有2个晶体管控制电流)、半有源选址(单晶体管控制)。这三种背板分别在分辨率、功率损耗等问题上无法达到平衡。

在2020年5月，CP宣布其推出数字背板，将LCoS背板技术重新设计成为针对Micro LED的创新性恒流驱动背板，并且可以与Micro LED显示器集成，能够使用CP的NOVA显示器驱动架构。CP表示，它具有高帧率、低延迟和低功耗的特性，满足了AR所需要的紧凑性、光学性能和亮度要求。

恒流驱动背板设计为Micro LED阵列中的正向电压变化和IR压降提供了更大的容差，使得Micro LED达到以前没有的均匀度。使用的显示器驱动架构还具有全局实时可编程像素电流控制功能，能够控制数据传输量，大大增加系统带宽，在保持位深度的同时提高帧速率。

IntelliPix则是在NOVA显示器驱动架构上进行改动和升级后的全新架构，这就带来了IntelliPix实时视频管道、在像素级别智能管理图像、针对Micro LED的像素均匀性以及单芯片集成等4大优势。

实时视频管道这一特性能够无缝实时地显示图像，在AR方面，这一特性能够极大地帮助降低显示延迟，同时它的可编程功能也能降低开发难度。

通常我们通过AR眼镜看到的屏幕是有限的、没有覆盖整个视野的，而在IntelliPix在像素级别智能管理图像的能力，可以根据内容和使用环境调整、传输活动像素数据，一方面，由于减少了调动不活动像素占据的带宽，也能够提升活动像素的表现力，另一方面，也可以降低功耗。

在像素均匀性方面，IntelliPix充分利用了Micro LED响应更快的特性达到了100倍调制速度的提升，这一提升能够提供更逼真的色彩效果、更高的刷新率以及通过支持添加多个焦平面的能力。

IntelliPix单芯片设计消除了背板和显示驱动器IC(DDIC)功能之间的传统区别，从而减小体积，降低功耗，让它更适合于便携式显示设备。结合CP的用于Micro LED阵列键合，器件封装和测试以及光学引擎设计的集成功能，IntelliPix平台为满足甚至超过AR所需显示器尺寸提供了新的选择。

目前，无论是最早量产Micro LED显示屏幕的索尼，还是陆续推出Micro LED消费级电视的三星、康佳、利亚德，都是将Micro LED用于电视甚至更高级别的大屏上，而IntelliPix平台，第一次罕见的、专为用于AR Micro LED显示器的显示架构。

同时，CP在美国亚利桑那州钱德勒市拥有设有Micro LED生产工厂MiAC，本身就具有一定的生产能力，而在本次与世界第三大半导体圆晶代工厂GLOBALFOUNDRIES合作之后，更是解决了在圆晶生产、测量和封装的等方面的后顾之忧，为其量产打下了一定的基础。

Micro LED是未来趋势 量产的战火将愈演愈烈

CP与GF的组合，让人期待其Micro LED显示能否获得量产的机会，因为市场对Micro LED的优越性已达成共识，但受制于高昂成本与量产问题无法获得突破性进展。

此前，台湾Micro LED公司镎创科技表示，依据他们的规划，Micro LED需要在5年内成本减少95%，才能满足客户商品化量产的需求。

另一个问题，Micro LED量产。要想实现量产，至少需满足三大条件。第一，如何实现巨量转移，据了解，良率要达到99.9999%才能够真正实现量产；第二，产线是否齐备，除了显示技术，Micro LED这样的高精尖微型设备在装配、封装等方面对车间的洁净程度、产线的精准率都有十分高的要求；第三，供应链是否跑通，要真正投入量产，成为合格的供应商，Micro LED所需要的背板、LED等材料备货要能够支撑量产和废品率。

虽然研发Micro LED的厂商包括三星、康佳等大厂在内不在少数，但目前实现量产的厂商屈指可数。从目前AR/VR设备对Micro LED的采用情况来看，尚未有面市产品采用Micro LED，仅Vuzix 一家将要推出的新一代AR智能眼镜会采用Micro LED，由JBD供货，预计2021年上市。其上一代AR智能眼镜价格为1000美元。

由此可见，Micro LED虽在AR/VR领域应用的想象空间大，但实际应用受制于成本与量产问题，还处于萌芽阶段。

CP此次与GF的组合，在生产上，基于GF22FDX专业半导体平台，并且打造了罕见的、专为用于AR Micro LED显示器的显示架构，如果能实现量产，并且量产出的AR显示器像介绍所说达到世界上最小，AR Micro LED将拥有新的量产解决方案，那么对AR眼镜而言，则可能是另一场轻量化革命的开始。如果售价上还能有所突破，搭载Micro LED显示器的AR眼镜未来可期。

在国内半导体受制于台积电的当下，许多企业甚至城市都陷入了半导体困境。Micro LED是下一个时代必然会大面积流行的设备，索尼、三星已经开始争抢这块肥肉，而现在AR行业有例子已经跑在我们前面，如果不在这条赛道加紧追逐，那对国内AR来说，下一个世代，面临的可能就是Micro LED困境了。

声称能实现量产的公司开始逐步冒头，Micro LED的战火将一触即发。

Micro LED行业当前短板明显成本和良率是两座大山

Micro LED显示被誉为次世代的显示技术，它与LCD，OLED等显示技术相比，在功耗、使用寿命、亮度、对比度等指标上有明显优势。简而言之，Micro LED显示技术是目前最完美的显示技术之一。

显示技术的比较

回顾显示行业发展史，存在明显的木桶效应，Micro LED行业需警惕！ 从供给-需求侧角度来看，回顾显示行业发展历程，我们会发现“技术进步为显示产业发展带来诸多可能性”，但是“下游市场的需求才是真正推动行业快速发展的最重要因素”。

显示技术生命周期 首先是早期的CRT技术。CRT（阴极射线管）技术具有低成本高画质的特点，而且耐用性不错，但是CRT显示产品体积大、笨重，无法做成轻薄型产品，所以仅仅在TV市场“昙花一现”。但是下游市场的需求是不断小型化、轻便化，所以CRT无法适应手机、PC移动互联时代，自然而然就退出了历史舞台。

CRT显示器

CRT技术之后，出现了PDP（等离子体显示）技术。PDP电视具有薄、大尺寸和良好画质等特点，但是因为PDP技术只掌握在日本少数几个厂家手里，产业链封闭，影响了技术升级，PDP电视耗电量高、生产成本高、像素精细化困难、尺寸单一等缺点并未很好的改善，因此PDP技术并未进入主流市场。

与PDP技术同时期的是LCD（液晶）技术，与CRT产品相比，LCD产品耗电量更低，而且能够实现轻薄化，最关键的是随着技术越来越成熟，LCD产品成本非常低廉。另外，与PDP电视相比，LCD电视尺寸覆盖面更全，而PDP电视尺寸单一，加上LCD技术更加开放，产业链协同发展，LCD技术成为了过去主流的显示技术。迄今为止，在对画质性能要求不苛刻的细分市场，譬如消费级电视机，LCD仍占据主导地位；但是对于小尺寸超高清应用，譬如手机等，LCD画质性能还有待提升空间。

随着下游市场对小型化、柔性、高清等需求日益频繁，OLED突出重围，但是OLED产品PWM技术带来的闪屏现象对人眼观看舒适度以及OLED显示产品寿命产生了较大影响，加上下游市场不断产生8K超高清、超大屏显示、透明显示、柔性显示、低功耗等需求，Micro LED显示技术以及其过渡技术（Mini LED显示技术）逐渐进入市场。

从LCD到OLED的显示变革

首先，聊到屏幕显示技术既然就离不开目前普及程度最广的LCD屏幕技术。想要详细说清LCD的显示原理还是比较复杂的，大家只需要知道LCD屏幕一般都会有背光层和液晶层，背光层的LED光源发出的光透过液晶层便可以显示出人们可以肉眼观察到的颜色。

LCD技术示意

因此在LCD屏幕技术当中背光技术的优劣对于显示效果有着直接的影响，例如最常见的便是屏幕漏光现象，同时也普遍存在区域控光不准，整体亮度不够高，对比度较低等问题。为了解决这些问题，OLED屏幕技术便应运而生。

作为目前最受欢迎的显示技术，OLED屏幕技术是Organic Light-Emitting Diode 的简称，中文名是有机发光二极管，OLED中的“O”代表有机材料，它指的是在能够产生光的像素堆中使用有机材料。OLED显示技术具有自发光的特性，当有电流通过时构成一个个像素点的有机材料就会发光来显示图像，不需要显示图像的像素点则不需要电流通过，从而实现真正的黑色与节电特性。此外OLED屏幕技术还具有轻薄、可弯曲等应用前景宽广的特性。

LCD与OLED技术示意

可能的未来解决方案：Micro LED

目前使用LCD和OLED的移动设备已经十分常见了，那么未来移动设备的屏幕显示技术又将如何发展呢？这里就要讲到文章开头提到的被视为屏幕显示技术未来的——Micro LED。

Micro LED概念图

Micro LED屏幕技术采用无机氮化镓材料作为发光材料，为了实现像素级别控光效果，Micro LED采用的是比头发丝还要窄的1-10微米LED晶体，其具有RGB三色自发光的特性，因此并不需要背光模组也不需要色彩过滤层，具有与OLED相近的高度色彩饱和度，且耗电量也仅为传统面板的十分之一。

Micro LED技术示意

并且Micro LED屏幕和OLED屏幕技术一样具有可弯曲、体积轻薄等特性。不过Micro LED屏幕在拥有如此多优势的同时，其也具有生产和研发初期技术难度高的问题，想要生产微米级的LED晶体并将其精准贴合在基材上自然需要极为精准的生产工艺，并且意味着生产初期较低的良品率。同时Micro LED屏幕超高的LED晶体密度也会带来较高的成本，特别是高端显示器所需要的精准光线控制对于LED晶体本身的质量也提出了极高的要求。

索尼Crystal LED

此前，索尼推出了被称为索尼Crystal LED “黑彩晶”显示系统的Micro LED展示产品，近期也推出了用于虚拟化显示的Crystal LED模块化直观显示器。借此可以发现，目前Micro LED屏幕还是主要面向可以接受超高定价的商业客户，距离真正意义上的民用产品面世还需要一定时日。

回顾显示行业发展的历程，没有任何技术能够永葆青春，“适者生存，不适者淘汰”是亘古不变的哲理。对于Micro LED从业者而言，我们要警惕出现“木桶理论”中的“短板决定储水量”情况。

Micro LED行业当前短板明显成本和良率是两座大山 虽然Micro LED行业备受关注，但是目前Micro LED技术尚不成熟，最大的瓶颈在成本和良率，这也是影响Micro LED显示技术大规模商用化的最大因素。一提到良率和成本，人们往往联想到巨量转移技术，但是“转移不知道好坏的Micro LEDs，是没有意义的”。如果转移之前不先剔除不良芯片，相当于不良芯片也会经历后续生产过程，这无疑增加了巨大成本。另外，良率的计算是建立在稳定可靠的检测技术上的。没有高重复性的检测设备，计算良率是没有意义的。所以巨量检测技术同样需要得到行业的重视和关注。

Micro LED行业本质上是IC、Display和LED行业的交叉行业，因此检测技术可以相互借鉴，但是又不完全相同。Micro LED COW wafer上有百万甚至千万颗晶粒，Micro LED COW wafer检测速度无法达到IC领域Bare Wafer Inspection几秒钟1片的检测速度，而且传统的自动光学检测类设备只能检查外观缺陷，但是实际上不同厂家允收标准各有不同，有些厂家认为存在少量不影响发光质量的particle是符合允收标准的，所以仅靠AOI类设备完成Micro LED巨量检测是不现实的，但是对于早期研发阶段，AOI类设备确实有很大帮助。对于LED行业而言，电致发光检测方法因为可以测量工作状态下LED的光学参数（WLD，色坐标等等）和电学参数（VF1，IR等），往往被当作金标准。

但是Micro LED wafer上晶粒太多了，如果逐颗点亮所有晶粒，需要花几十年的时间，因此电致发光检测设备无法实现100%检测；即使采用探针组，也会受困于高昂的探针耗材成本、仍然很长的检测时间以及复杂的校准过程；此外，探针组式的并联EL设备，无法测量单颗Micro LED的光谱，这也给品质判定带来困难。整体而言，Micro LED并没有一款成熟的巨量检测方案。

Micro LED市场爆发期将至

进入2021年以来，5G+8K超高清视频产业加速，推动了包括Micro /Mini LED等在内的超高清显示技术发展。相关数据显示，到2022年，我国超高清视频行业总体产值将超过4万亿元，这意味着超高清显示行业发展将迎来良好的机遇，Micro LED的发展也将迎来新契机。

在此背景下，产业链上下游各LED相关企业加速抢攻Micro LED技术产品、产能、市场、标准、专利等战略高地。

据悉，三安光电Mini/Micro LED芯片项目正式封顶，预计Micro LED芯片产值将达26万片。

有消息称，国星光电已明确Mini LED和Micro LED是重点投资方向之一，2021年将加快建设吉利产业园项目和新一代LED封装器件及芯片扩产项目二期。

利亚德近日宣称，公司Micro LED商用显示已经率先实现0.4、0.6、0.7、0.9全间距全尺寸产品的全覆盖。截止目前，利亚德集团量产的Micro LED新型LED产品，已经预计推广至海外市场。

随着Micro LED市场进一步爆发，面对如此炙手可热的市场，以及未来显示技术的“较量”中时刻面临的变数，国内相关厂家仍需要做好“血战”的准备。