一、成本和性能驅(qū)動Micro LED產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展
Micro LED是一種新型LED微縮化和矩陣化技術(shù)，是指在一個芯片上集成高密度微小尺寸的LED陣列。該技術(shù)通過把LED單元微縮至小于50微米的級別，從而實現(xiàn)單點驅(qū)動自發(fā)光，比傳統(tǒng)LED小～100倍，將像素間距從毫米級降低至微米級。因此，Micro LED本質(zhì)上就是微米級別的LED，而LED發(fā)光二極管是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。
從成本上來說，一個4英寸的藍寶石外延片，切成普通的LED芯片大概有6萬顆，切成Mini LED芯片大概有60萬顆，切割Micro LED芯片在240萬顆以上。同樣一塊晶圓，做成Micro LED的數(shù)量有顯著提升，單顆芯片成本更低，這也是從成本上來看，Micro LED具備發(fā)展?jié)摿Φ脑蛑弧?/p>
從性能上來說，相比于已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)的LCD技術(shù)和OLED技術(shù)，Micro LED幾乎在各個技術(shù)維度上都有著非常優(yōu)越的性能優(yōu)勢，比如長壽命，高對比度，可實現(xiàn)高分辨率，響應(yīng)速度快，更廣的視角效果，豐富的色彩，超高的亮度和更低的功耗等。其中，(1)輕薄化：Micro LED的尺寸約為傳統(tǒng)LED的1/100，或大約是人類頭發(fā)寬度的1/10；(2)低功耗：Micro LED采用三原色亞像素自發(fā)光的結(jié)構(gòu)，LCD顯示過程中需要借助背光源到偏光片再到彩色濾光片，該顯示過程中有大量能量損耗，兩者相比，在顯示應(yīng)用中Micro LED的功耗是LCD功耗的10%左右。Micro LED采用無機材料發(fā)光，發(fā)光效率更高，OLED采用有機材料發(fā)光，兩者相比Micro LED發(fā)光功耗低于OLED。因此，在顯示相同的畫面，Micro LED的功耗低于OLED，并且遠低于LCD；(3)高亮度：Micro LED在發(fā)光部分中使用了氮化鎵(GaN)無機材料，其亮度理論上可以達到105cd/m2，遠高于LCD的3,000cd/m2和OLED的1,500cd/m2，且無機材料的使用壽命更長；(4)高分辨率：在Micro LED顯示技術(shù)下每一個Micro LED都是一個能夠自發(fā)光的像素，同時單個Micro LED都在微米級別，因此它可以做到非常高的分辨率。Micro LED顯示屏的像素密度可以做到1,500PPI以上，而LCD和OLED屏幕PPI約在800PPI和400PPI左右。
綜上所述，成本和性能會推動Micro LED產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展。
二、Micro LED應(yīng)用場景
Micro LED是未來的終極顯示技術(shù)。如果不考慮成本與制程成熟度，僅看顯示的性能與指標(biāo)數(shù)據(jù)，Micro LED毫無疑問是終極顯示技術(shù)，Micro LED的一切性能指標(biāo)都優(yōu)于其他的顯示技術(shù)。從應(yīng)用場景上來說，Micro LED適用于所有尺寸產(chǎn)品應(yīng)用。從技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性角度來看，Micro LED將率先應(yīng)用于3寸以下小尺寸顯示和100寸以上大尺寸顯示。
在3寸以下小尺寸顯示方面，Micro LED將侵蝕OLED的市場。小尺寸顯示由于觀看距離非常近，對顯示效果要求較高，同時小尺寸顯示常見于移動終端，對于功耗也有較高要求。因此，OLED憑借低功耗、顯示效果佳的優(yōu)點成為小尺寸顯示的主流技術(shù)，但是未來OLED在該領(lǐng)域的市場份額將被Micro LED侵蝕。一方面Micro LED在顯示效果、功耗等一切顯示性能指標(biāo)上均優(yōu)于OLED；另一方面，由于屏幕尺寸小、像素總數(shù)較少，Micro LED的成本也相對可控。從當(dāng)前技術(shù)來看，Micro LED已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)芯片微縮化，但是在巨量轉(zhuǎn)移方面還是存在一些瓶頸，良率也相對受限，目前各家企業(yè)都在探索在成本可控的基礎(chǔ)上的技術(shù)改進方案。
在3-99寸顯示方面，短時間內(nèi)Micro LED難以侵蝕LCD和OLED的市場份額。由于觀看距離近，顯示屏對芯片尺寸和間距要求較高，同時屏幕尺寸變大像素總數(shù)也變多，因此應(yīng)用于3-99寸顯示屏的Micro LED，制程技術(shù)難度和成本都明顯增加，且在這一區(qū)間內(nèi)Micro LED技術(shù)成熟度還有待提高。而且最為關(guān)鍵的是這一尺寸區(qū)域無論是小尺寸的OLED和中大尺寸的LCD，其成本優(yōu)勢都牢牢不可撼動。未來，隨著Micro LED成本的不斷降低、技術(shù)的不斷精進，Micro LED與LCD和OLED的成本與制程難度差距會進一步縮小。
在100寸以上的大尺寸顯示方面，Micro LED占據(jù)優(yōu)勢。100寸以上的顯示市場中，LCD會受限于大尺寸面板的生產(chǎn)良率和切割效率，OLED同樣由于蒸鍍工藝大尺寸化后難度更高、成品率更低，成本難以實現(xiàn)下降，因此過往在100寸以上的顯示市場中顯示效果較為一般的投影儀和液晶拼接屏占據(jù)主導(dǎo)地位，但隨著Micro LED成本的大幅下降，其憑借整屏拼接、色彩豐富、高亮等諸多優(yōu)勢，將加速對投影儀和液晶拼接等傳統(tǒng)顯示產(chǎn)品的替代。
三、Micro LED行業(yè)市場規(guī)模
目前Micro LED芯片已在眼鏡、電視等顯示場景實現(xiàn)產(chǎn)品化，但大部分產(chǎn)品受價格限制，仍處于概念階段，還未實現(xiàn)大規(guī)模市場推廣。未來，隨著Micro LED關(guān)鍵技術(shù)的突破和逐漸成熟，商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化成本大幅度降低，芯片良率進一步提高，Micro LED預(yù)計將率先在大尺寸和小尺寸顯示場景應(yīng)用。從出貨量來看，據(jù)Omdia預(yù)測數(shù)據(jù)，受智能手表和高端電視市場需求影響，全球Micro LED顯示器的出貨量將從2020年微不足道的水平飆升至2027年的1,600多萬片，市場需求潛力大。從市場規(guī)模來看，據(jù)集邦咨詢預(yù)測，在微型顯示器應(yīng)用場景中，預(yù)計在2026年，Micro LED AR眼鏡顯示器芯片產(chǎn)值高達4,100萬美元；在大尺寸顯示場景中，2022年Micro LED大型顯示器芯片產(chǎn)值將達到5,400萬美元，至2026年有望升至45億美元，年復(fù)合增長率為204%，市場增幅空間大。
四、終端需求和政策驅(qū)使行業(yè)快速發(fā)展
(1)終端需求變化是驅(qū)使行業(yè)發(fā)展的主要因素
2009年以來LED芯片行業(yè)經(jīng)歷了三輪景氣周期，均由LED產(chǎn)品新需求帶動。第一階段是2013年之前，平板電視和手機背光作為LED的主要需求驅(qū)動LED行業(yè)的發(fā)展，第二階段是2013年至2014年，2013年歐盟全面禁止白織燈，對LED專業(yè)照明和景觀照明需求上漲，沿海LED出口上漲驅(qū)動LED行業(yè)發(fā)展；第三階段是2015至2020年，小間距LED快速發(fā)展，大量替換LCD和DLP，廣泛應(yīng)用于政府指揮中心、安防、疾控、商業(yè)、夜游等領(lǐng)域，從而驅(qū)動行業(yè)發(fā)展；第四階段是2020年以后，LED顯示行業(yè)對于高清顯示與低功耗的需求逐漸提升Micro LED的滲透率。作為終極顯示技術(shù)，隨著成本降低和技術(shù)進步，Micro LED將憑借長壽命，高對比度，高分辨率，豐富的色彩，超高的亮度和更低的功耗等優(yōu)越性能，加快Micro LED產(chǎn)業(yè)化的進程，并有望驅(qū)動行業(yè)再次進入上升周期。
(2)國家政策大力支持將驅(qū)動行業(yè)發(fā)展
Micro LED作為下一代新型顯示技術(shù)備受關(guān)注，近年來，國家頒布了多項支持性政策，如2021年“十四五”規(guī)劃中明確提出，第三代半導(dǎo)體是其重要內(nèi)容，項目涵蓋新能源汽車、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、5G通訊、Micro LED顯示等關(guān)鍵技術(shù)；工信部等5部門發(fā)布《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃(2022-2026年》中提出，將重點推動Micro LED等微顯示技術(shù)升級；工信部和財政部發(fā)布《電子信息制造業(yè)2023-2024年穩(wěn)增長行動方案》中提出，大力發(fā)展Mini LED、Micro LED等技術(shù)；工信部等七部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推動未來產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》中提出，突破Micro LED、激光、印刷等顯示技術(shù)并實現(xiàn)規(guī)�；瘧�(yīng)用。上述政策和法規(guī)的發(fā)布和落實，表明了我國政府對發(fā)展Micro LED產(chǎn)業(yè)的積極態(tài)度和堅定決心，為Micro LED行業(yè)發(fā)展提供了較好的發(fā)展環(huán)境，Micro LED預(yù)計將受益于國家的政策支持，迎來快速發(fā)展。
五、Micro LED行業(yè)的發(fā)展情況
(1)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
Micro LED制造過程與常規(guī)技術(shù)步驟類似，主要包括LED外延片生長、Micro LED芯片制作、驅(qū)動背板(TFT驅(qū)動或者Micro IC驅(qū)動)制作、巨量轉(zhuǎn)移四部分組成。首先將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計進行薄膜化、微小化、陣列化，然后將Micro LED采用巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)至電路基板上，其基板可為硬性、軟性透明、不透明基板；再利用物理沉積制程完成保護層與上電極，即可進行上基板的封裝，完成一結(jié)構(gòu)簡單的Micro LED顯示。但由于芯片的微縮，Micro LED制造技術(shù)對現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的每一個環(huán)節(jié)都提出了新的技術(shù)指標(biāo)和要求，包括材料、工藝、設(shè)備等各領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)需求，且每個產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)的技術(shù)都不是可以獨立發(fā)展的，是非常復(fù)雜的技術(shù)體系，需要面板、芯片、巨量轉(zhuǎn)移及驅(qū)動IC等產(chǎn)業(yè)鏈上下游密切配合。目前外延&芯片制造、巨量轉(zhuǎn)移、全彩顯示、顯示驅(qū)動四大關(guān)鍵技術(shù)仍有待突破。
(2)全球技術(shù)創(chuàng)新概況
從Micro LED的發(fā)展歷史來看，2000年德州理工大學(xué)的兩位教授率先提出了Micro LED這個概念，目前已經(jīng)進入了全球技術(shù)創(chuàng)新熱度的高漲期。從2017年開始，Micro LED技術(shù)創(chuàng)新活躍度明顯上升，目前正處于爆發(fā)式增長期。目前，Micro LED全球?qū)＠麅涑^4萬件，其中有效專利超過1.3萬，審中和有效占比之和接近80%，表明該領(lǐng)域內(nèi)潛在專利障礙較高；從Micro LED技術(shù)創(chuàng)新較活躍區(qū)域來看，該技術(shù)創(chuàng)新較活躍區(qū)域在中、美、韓，結(jié)合專利布局的地區(qū)，表明較活躍的市場在中國、美國。從全球和中國主要創(chuàng)新主體來看，全球頭部創(chuàng)新主體中、韓、美企業(yè)較有優(yōu)勢，主要以顯示面板、光電類企業(yè)為主。其中，全球前15名的企業(yè)中，中國企業(yè)占一半以上，京東方、華星光電排進全球前5；除中國頭部企業(yè)，韓國的三星、LG專利布局量排在全球前列。從研發(fā)機構(gòu)的類型對專利數(shù)量的分布結(jié)果來看，初創(chuàng)企業(yè)最高，達到了29%。從專利類型來看，專利數(shù)量分布圍繞著外延和芯片結(jié)構(gòu)、巨量轉(zhuǎn)移、全彩顯示、顯示驅(qū)動這四大關(guān)鍵技術(shù)。
(3)四大關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況
外延和芯片制造：Micro LED制造流程從晶圓到芯片需要經(jīng)過外延-臺階刻蝕-導(dǎo)電層制備-電極制備等步驟。在外延&芯片結(jié)構(gòu)技術(shù)方向，對于尺寸更小的Micro LED，目前行業(yè)內(nèi)主要關(guān)注波長均勻性、外延低缺陷和量子效率問題：(1)芯片微縮后對于外延波長一致性和低瑕疵率有高要求，傳統(tǒng)LED要求6-12nm，Micro LED芯片則要求降低至2nm；(2)芯片尺寸越來越小，切割裂片良率隨之下降；(3)Micro LED效率會隨電流密度的增大而增大，當(dāng)達到峰值之后隨電流密度的增大而減小。而隨著Micro LED尺寸的減小，效率峰值向大電流密度方向移動，且效率峰值不斷降低。
巨量轉(zhuǎn)移：由于Micro LED發(fā)光層和驅(qū)動基板生長工藝差異，很難通過生長工藝將顯示陣列和驅(qū)動器件集成起來，因此需要轉(zhuǎn)移步驟將制作好的Micro LED晶粒轉(zhuǎn)移到驅(qū)動電路基板上，此過程即為巨量轉(zhuǎn)移。以一個4K電視為例，需要轉(zhuǎn)移的晶粒就高達2,400萬顆(以4,000 x 2,000 x RGB三色計算)，即使一次轉(zhuǎn)移1萬顆，也需要重復(fù)2,400次，因此巨量轉(zhuǎn)移面臨三大難題：(1)轉(zhuǎn)移精度：將Micro LED移動到驅(qū)動電路基板的準(zhǔn)確度，須控制在±0.5μm以內(nèi)，需要轉(zhuǎn)移設(shè)備具有高對位精度和落點精準(zhǔn)度；(2)轉(zhuǎn)移效率：傳統(tǒng)LED 2片/秒，Micro LED要求2萬片/秒；(3)轉(zhuǎn)移良率：顯示產(chǎn)品對于像素錯誤的容忍度極低，如果要制造少于5個像素壞點的全彩1920*1080顯示屏，轉(zhuǎn)移良率須達到99.9999%。
巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)主要包括分子作用力(印章轉(zhuǎn)移)、靜電、磁力轉(zhuǎn)移、激光轉(zhuǎn)移、自組裝(流體裝配技術(shù))等。激光巨量轉(zhuǎn)移可以把尺寸控制的比較小，響應(yīng)快速，轉(zhuǎn)移效率極高，同時具有高度可選擇性，激光轉(zhuǎn)移或?qū)⒊蔀榫蘖哭D(zhuǎn)移的主流技術(shù)。目前，國內(nèi)巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)和設(shè)備取得進展，廠商方面大族激光（002008）、先導(dǎo)智能（300450）、海目星激光等已實現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備順利出貨，交付客戶，但國產(chǎn)激光設(shè)備距離規(guī)模化量產(chǎn)仍長路漫漫。
全彩顯示：Micro LED實現(xiàn)單色比較簡單，但實現(xiàn)全彩相對復(fù)雜，RGB三色需要分別轉(zhuǎn)移紅綠藍三色晶粒。全彩顯示能力作為Micro LED技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，Micro LED的全彩化技術(shù)研究已經(jīng)成為Micro LED技術(shù)發(fā)展的研究熱點和難點。Micro LED彩色化實現(xiàn)方法主要包括RGB三色LED法、UV藍光LED+發(fā)光介質(zhì)法、透鏡合成法，均存在相應(yīng)的短板。相比較而言，在工藝流程和材料方面，UV藍光LED+發(fā)光介質(zhì)法相較其他方案更為簡單，主要采用藍光LED來替換背光板、以量子點膜或熒光粉作為發(fā)光介質(zhì)替代RGB濾光片，完成全彩顯示。
顯示驅(qū)動：以CMOS和TFT為代表的主動驅(qū)動設(shè)計方案成為Micro LED技術(shù)發(fā)展主流。Micro LED是電流驅(qū)動型發(fā)光器件，其驅(qū)動方式一般分為PM(Passive Matrix)被動驅(qū)動和AM(Active Matrix)主動驅(qū)動。由于被動驅(qū)動：(1)不利于大面積制作，無法滿足大屏驅(qū)動要求；(2)行列掃描驅(qū)動特點，容易產(chǎn)生行列像素發(fā)光不均勻，導(dǎo)致顯示圖像和分辨率受限制；(3)像素間距逐漸縮小，傳統(tǒng)PCB板的被動驅(qū)動方式不能滿足驅(qū)動需求，在Micro LED應(yīng)用上擁有諸多劣勢，因此，以CMOS和TFT為代表的主動驅(qū)動設(shè)計方案或?qū)⒊蔀镸icro LED技術(shù)發(fā)展的良伴。舉例來看，在CMOS驅(qū)動技術(shù)中，為突破轉(zhuǎn)移鍵合技術(shù)，當(dāng)前業(yè)界重點探索Micro LED與CMOS驅(qū)動電路的鍵合技術(shù)。
