一、成本和性能驅動Micro LED產業(yè)不斷發(fā)展
Micro LED是一種新型LED微縮化和矩陣化技術，是指在一個芯片上集成高密度微小尺寸的LED陣列。該技術通過把LED單元微縮至小于50微米的級別，從而實現單點驅動自發(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本質上就是微米級別的LED，而LED發(fā)光二極管是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)半導體器件。
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，相比于已經大規(guī)模量產的LCD技術和OLED技術，Micro LED幾乎在各個技術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，可實現高分辨率，響應速度快，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)光的結構，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產業(yè)不斷發(fā)展。
二、Micro LED應用場景
Micro LED是未來的終極顯示技術。如果不考慮成本與制程成熟度，僅看顯示的性能與指標數據，Micro LED毫無疑問是終極顯示技術，Micro LED的一切性能指標都優(yōu)于其他的顯示技術。從應用場景上來說，Micro LED適用于所有尺寸產品應用。從技術可行性和經濟可行性角度來看，Micro LED將率先應用于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，但是未來OLED在該領域的市場份額將被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上均優(yōu)于OLED；另一方面，由于屏幕尺寸小、像素總數較少，Micro LED的成本也相對可控。從當前技術來看，Micro LED已經能夠實現芯片微縮化，但是在巨量轉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上的技術改進方案。
在3-99寸顯示方面，短時間內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也變多，因此應用于3-99寸顯示屏的Micro LED，制程技術難度和成本都明顯增加，且在這一區(qū)間內Micro LED技術成熟度還有待提高。而且最為關鍵的是這一尺寸區(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主導地位，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產品化，但大部分產品受價格限制，仍處于概念階段，還未實現大規(guī)模市場推廣。未來，隨著Micro LED關鍵技術的突破和逐漸成熟，商業(yè)化和產業(yè)化成本大幅度降低，芯片良率進一步提高，Micro LED預計將率先在大尺寸和小尺寸顯示場景應用。從出貨量來看，據Omdia預測數據，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，據集邦咨詢預測，在微型顯示器應用場景中，預計在2026年，Micro LED AR眼鏡顯示器芯片產值高達4,100萬美元；在大尺寸顯示場景中，2022年Micro LED大型顯示器芯片產值將達到5,400萬美元，至2026年有望升至45億美元，年復合增長率為204%，市場增幅空間大。
四、終端需求和政策驅使行業(yè)快速發(fā)展
(1)終端需求變化是驅使行業(yè)發(fā)展的主要因素
2009年以來LED芯片行業(yè)經歷了三輪景氣周期，均由LED產品新需求帶動。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，廣泛應用于政府指揮中心、安防、疾控、商業(yè)、夜游等領域，從而驅動行業(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，隨著成本降低和技術進步，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產業(yè)化的進程，并有望驅動行業(yè)再次進入上升周期。
(2)國家政策大力支持將驅動行業(yè)發(fā)展
Micro LED作為下一代新型顯示技術備受關注，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，第三代半導體是其重要內容，項目涵蓋新能源汽車、大數據應用、5G通訊、Micro LED顯示等關鍵技術；工信部等5部門發(fā)布《虛擬現實與行業(yè)應用融合發(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；工信部等七部門聯合發(fā)布《關于推動未來產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的實施意見》中提出，突破Micro LED、激光、印刷等顯示技術并實現規(guī)�；瘧谩Ｉ鲜稣吆头ㄒ�(guī)的發(fā)布和落實，表明了我國政府對發(fā)展Micro LED產業(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)展現狀
Micro LED制造過程與常規(guī)技術步驟類似，主要包括LED外延片生長、Micro LED芯片制作、驅動背板(TFT驅動或者Micro IC驅動)制作、巨量轉移四部分組成。首先將LED結構設計進行薄膜化、微小化、陣列化，然后將Micro LED采用巨量轉移技術至電路基板上，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，完成一結構簡單的Micro LED顯示。但由于芯片的微縮，Micro LED制造技術對現有產業(yè)鏈的每一個環(huán)節(jié)都提出了新的技術指標和要求，包括材料、工藝、設備等各領域關鍵技術的研發(fā)需求，且每個產業(yè)環(huán)節(jié)的技術都不是可以獨立發(fā)展的，是非常復雜的技術體系，需要面板、芯片、巨量轉移及驅動IC等產業(yè)鏈上下游密切配合。目前外延&芯片制造、巨量轉移、全彩顯示、顯示驅動四大關鍵技術仍有待突破。
(2)全球技術創(chuàng)新概況
從Micro LED的發(fā)展歷史來看，2000年德州理工大學的兩位教授率先提出了Micro LED這個概念，目前已經進入了全球技術創(chuàng)新熱度的高漲期。從2017年開始，Micro LED技術創(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全球專利儲備超過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%，表明該領域內潛在專利障礙較高；從Micro LED技術創(chuàng)新較活躍區(qū)域來看，該技術創(chuàng)新較活躍區(qū)域在中、美、韓，結合專利布局的地區(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)機構的類型對專利數量的分布結果來看，初創(chuàng)企業(yè)最高，達到了29%。從專利類型來看，專利數量分布圍繞著外延和芯片結構、巨量轉移、全彩顯示、顯示驅動這四大關鍵技術。
(3)四大關鍵技術發(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過外延-臺階刻蝕-導電層制備-電極制備等步驟。在外延&芯片結構技術方向，對于尺寸更小的Micro LED，目前行業(yè)內主要關注波長均勻性、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。
巨量轉移：由于Micro LED發(fā)光層和驅動基板生長工藝差異，很難通過生長工藝將顯示陣列和驅動器件集成起來，因此需要轉移步驟將制作好的Micro LED晶粒轉移到驅動電路基板上，此過程即為巨量轉移。以一個4K電視為例，需要轉移的晶粒就高達2,400萬顆(以4,000 x 2,000 x RGB三色計算)，即使一次轉移1萬顆，也需要重復2,400次，因此巨量轉移面臨三大難題：(1)轉移精度：將Micro LED移動到驅動電路基板的準確度，須控制在±0.5μm以內，需要轉移設備具有高對位精度和落點精準度；(2)轉移效率：傳統(tǒng)LED 2片/秒，Micro LED要求2萬片/秒；(3)轉移良率：顯示產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，轉移良率須達到99.9999%。
巨量轉移技術主要包括分子作用力(印章轉移)、靜電、磁力轉移、激光轉移、自組裝(流體裝配技術)等。激光巨量轉移可以把尺寸控制的比較小，響應快速，轉移效率極高，同時具有高度可選擇性，激光轉移或將成為巨量轉移的主流技術。目前，國內巨量轉移技術和設備取得進展，廠商方面大族激光（002008）、先導智能（300450）、海目星激光等已實現巨量轉移設備順利出貨，交付客戶，但國產激光設備距離規(guī)模化量產仍長路漫漫。
全彩顯示：Micro LED實現單色比較簡單，但實現全彩相對復雜，RGB三色需要分別轉移紅綠藍三色晶粒。全彩顯示能力作為Micro LED技術的關鍵技術指標，Micro LED的全彩化技術研究已經成為Micro LED技術發(fā)展的研究熱點和難點。Micro LED彩色化實現方法主要包括RGB三色LED法、UV藍光LED+發(fā)光介質法、透鏡合成法，均存在相應的短板。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)光介質替代RGB濾光片，完成全彩顯示。
顯示驅動：以CMOS和TFT為代表的主動驅動設計方案成為Micro LED技術發(fā)展主流。Micro LED是電流驅動型發(fā)光器件，其驅動方式一般分為PM(Passive Matrix)被動驅動和AM(Active Matrix)主動驅動。由于被動驅動：(1)不利于大面積制作，無法滿足大屏驅動要求；(2)行列掃描驅動特點，容易產生行列像素發(fā)光不均勻，導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板的被動驅動方式不能滿足驅動需求，在Micro LED應用上擁有諸多劣勢，因此，以CMOS和TFT為代表的主動驅動設計方案或將成為Micro LED技術發(fā)展的良伴。舉例來看，在CMOS驅動技術中，為突破轉移鍵合技術，當前業(yè)界重點探索Micro LED與CMOS驅動電路的鍵合技術。
