五年前,苹果iPhone X开始搭载OLED(有机小分子电致发光显示)屏幕;2021年,苹果在新款MacBook Pro上搭载了新的显示技术:Mini-LED(次毫米发光二极管)。但Mini-LED不是终点站,苹果涉足的另一项储备技术,新秀Micro-LED(微米发光二极管)显示技术或有望一统江湖。
之所以升级显示技术,都是为了看得更清晰、更还原真实世界。但目前,搭载Micro-LED技术的产品过于昂贵,如三星110英寸的Micro-LED电视,价格已超过百万元,普通人根本无福消受。Micro-LED产品价格何时才能亲民,手机平板何时才能上Micro-LED屏幕?
本文是“果壳硬科技”策划的“国产替代”系列第十七篇文章,关注Micro-LED国产替代。在本篇文章中,你将了解到:Micro-LED为什么被称作终极显示技术,Micro-LED的产业化难点,Micro-LED市场情况。
简单来讲,你可以把Micro-LED理解成将LED缩放到极小尺寸的一种新型显示技术。其未来应用有望涉及显示器、电视、手机平板显示、增强现实/虚拟现实/混合现实(AR/VR/MR)、空间显示、柔性透明显示、可穿戴/可植入光电器件、光通讯/光互联、医疗探测、智能车灯等领域。
业界使用两种方法界定Micro-LED的技术规格。
一是通过芯片尺寸界定,将LED芯片缩放至小于100μm,便可称为Micro-LED芯片(也有学者认为应以50μm为界)。
根据观看距离和人眼的极限分辨率,对芯片尺寸的要求也不同:VR/AR应用观看距离约5cm,像素密度要达到1800PPI左右,此时Micro-LED芯片尺寸为3~5μm;10英寸~12英寸的平板至少要达到300PPI的像素密度,对应芯片尺寸为20~30μm;75英寸的电视则只需43PPI,芯片尺寸往往为200μm左右。
另一种是通过工艺界定,由于Micro-LED芯片尺寸非常小,其长宽甚至比芯片的高度还小,导致芯片高度大于固晶面尺寸,不利于芯片在基板上固定,因此会比传统LED增加一步激光剥离芯片基板的操作。
纵观整个显示行业,技术持续涌现,目前市场主流技术包括TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示)、AMOLED(主动矩阵有机发光二极管显示)、QD-OLED(混合OLED和QLED的技术)、QNED(以蓝光LED作为光源的QD-OLED显示)、Mini-LED、Micro-LED、Micro-OLED。
可以简单将现阶段显示技术分为LCD、OLED、QLED、Micro-LED四个大类,其他技术是在此基础上的改良版或过渡版,而Micro-LED被认为是理想的显示技术,是新型显示时代的终极目标,有望替代现阶段大面积使用的LCD和OLED。
从黑白到高清彩色,CRT技术满足了一代人对影响世界的梦想。从又厚又重到平板显示,LCD和OLED满足了人们对轻薄、便携、对视力友好的要求。而现阶段,唯一能达到更接近现实,甚至是能够骗过人眼的下一代显示技术,是Micro-LED。
Micro-LED凭什么能获得如此高的评价?因为它不仅拥有LED的大部分优点,还具有高亮度、高分辨率、高响应速度、低功耗、体积小、易拆解、灵活度高、无拼缝等特征,能够覆盖绝大多数显示应用场景。与此同时,它的响应速度能够达到几十纳秒,没有残像且不存在寿命问题。
除此之外,对比LCD、OLED、QLED等前辈,Micro-LED的主要性能参数均较为优异。
Micro-LED还有一个近亲:Mini-LED,可以将后者理解为LED与Micro-LED间的过渡技术。由于技术原理极为类似,业界普遍将二者归结于一个路线中,有些情况也会被合称为MLED。
作为前序技术,Mini-LED主要解决的问题是芯片尺寸断层问题,相关技术发展对Micro-LED具备一定的借鉴作用,其芯片尺寸一般为75μm~300μm。
Mini-LED要比Micro-LED实现起来简单地多,不仅在芯片尺寸上更容易被实现,而且在材料上也没有科学性的难题,已被量产投入到市场中,苹果、三星、TCL等品牌已实现规模化量产。
但Mini-LED与Micro-LED有不同应用场景,市面上Mini-LED一般作为LCD背光源出现,再结合量子点技术,实现高动态范围显示,而Micro-LED则直接用于制作显示像素。
自2018年开始,面板厂商陆续发布使用Mini-LED作为背光的样机,产品尺寸达到152.4mm~685.8mm(6~27英寸),至今为止,Mini-LED背光的显示器已拥有1398mm(55英寸)、1651mm(65英寸)、1905 mm(75英寸)和2159 mm(85英寸)等型号,可达8K分辨率、120Hz刷新率的高指标,可将现有显示器对比度由10000∶1拉升至1000000∶1。
Mini-LED产业化行径明晰,已具备一定出货量。2021年,全球中尺寸Mini-LED背光面板出货量达740万片。到2023年,智能汽车将成为Mini-LED的新阵地。
作为终极目标,Micro-LED无疑是显示领域的明星。2000年以来,得州理工大学教授提出Micro-LED的概念,堪萨斯州立大学制备基于Ⅲ族氮化物Micro-LED,学术界自此掀起研究浪潮。尤其在2006年后,开始呈指数型增长。谷歌学术数据显示,截至目前,Micro-LED领域已有近6000篇文献。
世界各地研究机构与厂商也相继投入Micro-LED的研究,在消费电子巨头牵动下,Micro-LED初步产业化。
2012年,索尼发布55英寸高清Micro-LED电视面板Crystal LED,它是首个作为商业产品出现的产品;2014年,苹果公司收购Lux Vue,入场Micro-LED的技术研究,这项技术真正开始进入大众视野,迄今为止,苹果不仅持续推动Micro-LED技术发展,还发布了多款Mini-LED相关产品;2018年,三星于CES展推出全球首款模块化拼接的146英寸Micro-LED TV“The Wall”;2020年12月,三星发售110英寸Micro-LED电视;2021年1月,Vuzix发布首款商业化的Micro-LED AR智能眼镜。
从专利上来看,2002年~2014年,Micro-LED专利申请总量较小。而自2017年开始,申请量开始大幅提升。
由于技术难题较多,现阶段Micro-LED整体市场规模有限,业内预计,Micro-LED在2024年将实现大规模商业化。据Research And Markets统计,2020年,Micro-LED的全球市场规模为10亿美元,预计到2027年将以77.1%的年复合增长率增长。
另据高工产研LED研究所(GGII)预测,2025年全球市场规模将超过35亿美元,2027年有望突破100亿美元。反观国内方面,有望在大规模商业化之后冲击800亿元市场规模。
目前市场侧Micro-LED应用分为两大方向,一是以苹果为代表的可穿戴市场,另一个是以三星、索尼为代表的超大尺寸电视市场。短期来看,市场将集中在超小型显示器上,中长期来看,Micro-LED将会横跨可穿戴设备、超大室内外显示屏幕、抬头显示器(Head-Up Display,HUD)、车尾灯、AR/VR/MR、投影机等多领域。
推进产业化的企业主要包括三类:第一类为传统LED芯片和封装企业,如日亚、晶电Lumens等企业;第二类为TFT-LCD和OLED等新型显示企业,如京东方;第三类为终端企业,如索尼、三星、LG。
产业化形式上则以合作为主,Micro-LED以定制化设计为主,加之技术要求较高,行业呈现高度整合态势,面板、芯片、巨量转移及驱动IC等厂商抱团式发展。
国际上,相关融资也此起彼伏,目标均指向大规模产业化。2022年1月~11月中旬Micro-LED国际相关融资不完全统计。
Micro-LED在国内也受到热捧,在政策上不断倾斜,且投融资动作频繁。《2022 Mini/Micro LED显示产业白皮书》显示,仅2022年1月~8月,国内就有30多家企业有投资动作,涉及资金总计达415亿元。
我国产业链上下游企业也纷纷在LED、巨量转移、彩色化、检测、修复等关键技术开展技术合作,形成“京东方+华灿光电”“三安+华星光电”“富采+錼创+友达+群创”三大阵营。与此同时,国内已展开可穿戴显示、高清移动显示、车载显示、高清大尺寸显示、超大尺寸拼接商用显示样机的研发及试产工作。
对产业来说,Micro-LED未来之路非黑即白,从好的方面来看,市场前景一片光明,从坏的方面来看,短时是销量的博弈。
一方面,市场下行,面板行业则是砍单风暴的第一批“受害者”,消费电子需求不济,不知道这种情况是否会在大规模商业化时有所缓解。另一方面,对普通消费者而言,他们更多关注的是产品的性能、功能及价格,对于采用是哪种技术,并不会过多关心。对于显示厂商来说,最为重要的,可能便是思考如何让更多普通消费者感受到Micro-LED对生活的改变。