【研报】Micro LED，显示产业的新机遇

要点：

1、Micro LED兴起，巨头们开始布局

目前Micro LED技术的寿命、对比度、反应时间、能耗、可视角度、分辨率等各种指标均强于LCD以及OLED，已经被许多厂商认为是下一代显示技术。业内诸多巨头如苹果、索尼等开始积极布局，并力图参与到Micro LED的发展版图之中，试图将MicroLED商业化，不断进行前沿性的探索，以求在下一代显示技术的发展浪潮中占据有利位臵。

2、Micro LED商业化之路困难重重，技术和工艺瓶颈尚待突破

目前Micro LED的研发投入逐年增多，业内获得技术上突破的好消息不断传来，但是真正要在商业上进行应用并普及，依然有很多困难和阻力。一是推动此项技术的厂商数量有限，难以形成强大推动力和产业转化能力，二是核心技术如巨量转移等依然有待突破，三是Micro LED无法做成柔性显示，并且随着OLED的进一步成熟，可能在成本和性能指标上丧失优势。但随着技术难点的攻克和多产业联盟的推动，Micro LED的量产及商业化只是时间的问题。

3、台湾推动厂商整合，Micro LED未来充满想象空间

台湾工研院推动巨量微组装产业推动联盟的成立，并着力发展Micro LED产业，显示了台湾厂商对MicroLED发展的信心，利用多产业协同发展的优势，未来Micro LED产业的发展脚步将进一步提速。虽然国内厂商参与Micro LED研发生产的较少，但是当产业发展趋势逐渐明朗之后，届时一众包含芯片设计、LED、上游材料、封装、系统应用、面板等领域的厂商将有可能迎来新的一轮投资热潮。

1.颠覆性的新兴显示技术

1.1 Micro LED的兴起

LED技术发展了接近三十年，从最初的固态照明电源到显示领域的背光再到LED显示屏，LED的自发光、小尺寸、高亮度、长寿命、低功耗、快响应都为LED的更广泛应用提供坚实的基础。但是发展到如今LED显示屏的像素尺寸都很大，图像显示的细腻程度差强人意。随着技术的不断发展，新型的显示技术Micro LED应运而生。

微发光二极管也被称为MicroLED，通过在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列来实现LED的薄膜化、微小化和矩阵化，其像素点距离从毫米级降低至微米级别，体积是目前主流LED大小的1%，每一个像素都能定址、单独发光。并且具备功耗低（耗电量仅为LCD的十分之一）、亮度高、具备超高解析度和色彩饱和度（接近OLED且没有色衰缺点），并且响应速度更快，寿命更长、效率更高的优势。如今包括苹果、索尼在内很多厂商把MicroLED看做是下一代的显示技术，并不断加强研发。业内夏普、京东方、华星光电、友达、群创等厂商也跃跃欲试并参与到其中，力图参与到下一代显示技术的版图中。

Sony在2016年6月推出Micro LED新产品，引发了业内对于MicroLED的讨论热潮，实际上目前的Micro LED只能算是户外LED小间距屏幕的缩小版，其底层是通用的CMOS集成电路制成的LED驱动电路，再通过MOCVD在集成电路上制作LED阵列。诸多的优点使得如今业内纷纷认为MicroLED是继传统 LCD、OLED后的新一代显示技术。虽然目前Micro LED的量产依旧存在着很多问题，但是随着业内技术的不断突破相信这项技术会在3年后逐渐走近我们的生活。

虽然Micro LED直到最近才吸引了普通人的注意，实际上Micro LED已经发展了十几年，世界上有多个研发团队不断进行开发。2001年日本SatoshiTakano团队公布了他们的研究的一组Micro LED阵列。通过无源驱动方式以及使用打线连接像素和驱动电路，虽然取得一定的效果，但其分辨率与可靠性都还很低，不同LED的正向导通电压差别比较大。同年，H. X. Jiang团队也同样做出了一个无源矩驱动的10×10 MicroLED array。2008年，Z. Y. Fan团队公布另一个无源驱动的120×120的微阵列，其芯片尺寸为3.2mm×3.2mm，像素尺寸为20×12μm，像素间隔为22μm。尺寸方面已经明显得到优化，但是，依然需要大量的打线，版图布局仍然十分复杂。同年Z. Gong团队公布的微阵列，依然采用无源矩阵驱动，并使用倒装焊技术集成。2008年，B. R. Rae 团队成功集成了 Si-CMOS 电路，该电路可为UV LED提供合适的电脉冲信号。2009年，香港科技大学Z. J. Liu所在团队利用UV MicroLED阵列激发红绿蓝三色荧光粉，得到了全彩色的微LED显示芯片。之后Z. J. Liu所在的香港科技大学团队与中山大学团队合力将微LED显示的分辨率提高到1700 PPI，像素点距缩小到12微米，采用无源选址方式+倒装焊封装技术。可以看出来Micro LED的研发成果一直在有序扩展。

1.2巨头们的布局

苹果早在2014年5月收购LuxVue，取得多项Micro LED专利技术，并加快布局相关技术专利，并着力于小尺寸的应用，而索尼则比苹果更早一些，早在2012年的国际消费性电子展（CES）上就推出“Crystal LED Display”可以说是业内最早拉开Micro LED消费电子应用的大门，2016年6月推出“CLEDIS（Crystal LEDIntegrated Structure）”具备超高亮度、无缝拼接与显示尺寸几乎无界限等特性，显示出了sony在相关领域的前瞻性。

目前的商业化应用方面，苹果利用MicroLED技术致力于高画质显示，主要针对可穿戴设备的小尺寸显示，主要目的在于商业化。日前苹果的龙潭厂已实验性点亮了 6 寸的 Micro LED显示器。苹果通过LuxVue、投资台湾龙潭厂，不断开发推进Micro LED的技术成熟。未来苹果将Micro LED用于可穿戴设备的可能性非常高。索尼则是将Micro LED用于大型的显示屏幕上，特别是像户外这类的远距离观赏屏幕，平衡PPI指数和良率的“跷跷板”效应。由于PPI连接的是LED尺寸，而pixel数量直接影响良品率，LED越小其精准的转移、驱动难度越高。当时受限技术和成本，无法承受良率和耗时的问题。Sony的最早商业化就是建立在PPI较低的背景之下的。再之后的产品中sony改变了思路，采用了模块化拼接的理念，经过四年技术发展，CLEDIS可以轻松做到发光源面积占面板不到1%的程度(单颗约55μm)，使得sony在Micro LED商业化进程中捷足先登。

MicroLED除了吸引了两大巨头争先布局以外，一些LED大厂、面板大厂、科研团队也纷纷秘密研发，包括半导体新创公司錼创（PlayNitride）、台工研院、友达、群创、晶电、Sony、三星、乐金、日亚化学、夏普等。以及从英国史崔克莱大学拆分出来的公司 mLED、美国德州理工大学、法国原子能署电子暨资讯技术实验室（Leti）、从伊利诺大学分拆出来的X-celeprint也都积极研发Micro LED技术。创立于2014年的錼创先前也发表了PixeLED专利显示技术，LuxVue与 X-celeprint 在移转制程技术上领先他厂，史崔克莱大学专注于 micro LED 的头戴式显示（head-mounted displays，HMD）相关应用，而法国Leti 实验室近期从智慧照明切入市场。可以看到Micro LED未来发展的大致方向：可穿戴设备、智能手机、VR。

2.掌握商业化的钥匙

2.1 Micro LED的商业化之路

Micro LED主要是将LED结够进行薄膜化、微小化、阵列化，尺寸缩小到1~10μm左右，通过批量式转移到基板上后再利用物理沉积完成保护层和电极，之后进行封装完成Micro LED的显示。但是制作成显示器，需要整个表面覆盖LED阵列结构，必须将每一个像素点进行单独可控、单独驱动，利用垂直交错的正负栅极连接每一个Micro LED额正负极，依次通电，通过扫描方式点亮Micro LED进行图形显示。

由于Micro LED的优点十分突出，并继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠性、快速反应的特点，加上其属于自发光，其结构简单、体积小、节能表现良好，对比OLED，可以发现其色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等优点。作为OLED之后下一代的显示技术，与OLED的共同点就是都需要TFT背板驱动，也就是目前的IGZO、LTPS、Oxide。而这些技术如今已经是目前产业如LCD、OLED等比较成熟的应用技术和制程，可以最大限度的减少Micro LED的全制程技术研发，减少走弯路的可能，建立在成熟产业之上进行研发，所承担的资金风险也相对较低。再比如目前的量子点发光技术，依然可以用于Micro LED，所以这对于一个尚在成长期的产业来说其需要攻克的难点已经越来越少，而且一旦技术成熟，其大规模的商业化应用将会以非常快的速度铺展开来。

台湾厂商是最早着手布局Micro LED的厂商之一，目前Micro LED做55寸单板的机台开发完成，所需要的投资金额差不多为新台币5亿-6亿元，如果利用现有8.5代线的产线进行生产，TFT-LCD生产线的现有制程约70%无需转换，多数机台可以进行共享，其整体的投资金额要小于OLED。由于显示厂商比拼的就是速度，在OLED上韩国已经大幅领先的背景下，开发Micro LED可以说是一种应对策略，提前布局新的显示技术，力图在下一代显示的浪潮中拔得头筹，改变显示产业的现有版图。

图8：Micro LED应用商业化量产速度

资料来源：LEDinside、渤海证券研究所

2.2 MicroLED的制程与彩色化

目前半导体芯片的制程已经非常成熟，但是对于Micro LED制程来说，目前还处于摸索阶段，现有的技术主要分为三大种类：Chipbonding、Wafer bonding和Thin film transfer。我们从LED inside的分析中摘取了三种技术的详解：

Chip bonding（芯片级焊接）：直接将LED切割成微米等级的单块结构（包含磊晶薄膜和基板），在通过SMT或者COB的方式将此单块结构的Micro LED一颗颗键接与显示基板。

Wafer bonding（外延级焊接）：在LED的磊晶薄膜蹭上用感应耦合等离子蚀刻，直接形成微米等级的Micro LED磊晶薄膜结构，再将LED晶圆(含磊晶层和基板)直接键接于驱动电路基板上，最后通过剥离基板的方式形成最终显示像素。

Thin film transfer（薄膜转移）：通过剥离LED基板，以一暂时基板承载LED磊晶薄膜层，再利用感应耦合等离子离子蚀刻，形成微米等级的Micro LED磊晶薄膜结构，或者，先利用感应耦合等离子离子蚀刻，形成微米等级的Micro LED磊晶薄膜结构，通过剥离LED基板，通过暂时基板承载LED磊晶薄膜结构。

在MicroLED的彩色化方向，目前主流的彩色化方案主要有三种，分别是RGB三色LED法、UV/蓝光LED+发光介质法、光学透镜合成法。

RGB三色法：RGB（红绿蓝）三原色是目前显示器的主流色彩配比的基础颜色，目前大部分显示器件均是由RGB三原色进行配比及混合形成我们能看的到的各种颜色，此方案的核心沿用了目前的显示方法，即采用RGB三个颜色的LED构成单位像素，受制于驱动芯片的因素，虽然三色LED可以形成上千万中颜色显示。但是实际输出电流与理论电流的偏差使得单个LED像素会存在色彩偏差的问题。

UV/蓝光LED+发光介质法：此种方法主要是利用UVMicro LED，激发红绿蓝三色的发光介质如荧光粉或量子点，产生特定波长的光，并进行配比实现全彩色。将荧光粉涂布在画素表面，但其缺点是荧光粉吸收部分能量，降低了转化率，另一点则是随着MicroLED的像素尺寸不断减少，荧光粉的涂布变得薄厚不均，并影响显示效果。

借由量子点技术的进步，发光介质的方法有了延续下去的可能，量子点的粒径一般介于1～10nm之间，可适用于更小尺寸的micro-display。量子点受激后也可以发射荧光，发光颜色由材料和尺寸决定，因此可通过调控量子点粒径大小来改变其不同发光的波长。但是量子点技术至今还存在稳定性差、散热要求高、寿命短且需要密封、颜色均匀性不佳、颜色之间易互相影响等缺点。目前常采用旋转涂布、雾状喷涂技术来开发量子点技术，即使用喷雾器和气流控制来喷涂出均匀且尺寸可控的量子点将其涂覆在UV/蓝光LED上，使其受激发出RGB三色光，再通过色彩配比实现全彩色化。

光学透镜合成法：此种方法是利用光学棱镜将RGB三种颜色的Micro LED合成全彩色显示，具体方法是将RGB三色的Micro LED阵列封装到三块不同的封装板，并连接控制板以及三色棱镜。通过驱动面板传输图片信号，调整MicroLED阵列亮度实现彩色化，利用光学投影镜头实现微投影。

2.3 MicroLED的商业化障碍

虽然目前Micro LED的研发投入逐年增多，很多技术也不断获得突破但是真正实现在商业上的应用于和普及依然具有很多的困难和阻力，首先Micro LED技术并非十全十美，真正想要去推动的厂商依旧有限，例如苹果公司的专利中有从蓝宝石衬底转移LED到硅衬底这一步，这相当于两道独立衬底和工艺，在大面积应用时会增加成本并且导致良率下降。第二，目前OLED上的材料目前已经基本成熟，效率的不断提升非常明显，目前UDC公司的红绿PHOLED材料已经在商用，目前的蓝光材料一旦有了寿命问题上的突破，Micro LED的发光效率优势将损失殆尽。第三，QLED的研发火热，目前从已经获得的成果来看，其效率和寿命都非常有前景，亮度和寿命均不次于Micro LED。第四，OLED和QLED均可以做成柔性显示，目前的一些原型产品都已经问世，而这点对Micro LED来说则非常困难，也导致了其使用范围的不足。

除了以上的困难和阻力以外，还有一些核心技术依然是Micro LED无法真正实现大规模商业化的原因。首先，Micro LED需要用到微米级别的LED制程，但是目前市场上被小间距企业用于开发间距在1毫米以下的小间距LED屏的尺寸最小的灯珠，其尺寸接近500微米，目前苹果、索尼采取的是缩小发光面积的方法，目前业内做到的尺寸是50μmx50μm，苹果实力较为雄厚，已经能够将尺寸缩小至10μmx10μm。但是对于一些市内用途的显示器或者可穿戴式设备的显示屏而言需要的尺寸会更小，业界评估，至少需做到5μmx5μm以下的尺寸，且又不能够漏电，这是Micro LED技术进行更大面积推广的一个瓶颈和挑战。前不久Mikro Mesa创办人陈立宜表示，目前实验室已可做出3μmx3μm发光面积的显示器用发光像素，这是目前全球最小的尺寸并且解决了漏电问题。这一突破性的成果除了将使得应用在市内大尺寸电视产品以外，还可以扩展至可穿戴设备、VR等领域。从目前的技术发展路径来看，行业已经基本实现了在尺寸相关技术上的突破，相信后续会继续进行大规模生产和商业化的探索。

除了微米级别的发光像素尺寸，Micro LED还面临另一大核心技术难题——纳米级LED的转运即巨量转移（MassTransfer）技术，巨量转移技术要求非常高的良率和转移率，也是整个Micro LED研发过程中的最大挑战，特别是在显示行业中，LED发光元件必须转移到玻璃基板上，首先转移良率必须达到99.9999%的”六个9”的程度才能达标，且其精准度又必须控制在正负0.5 μm以内，这对技术和工艺都提出了巨大的挑战，目前业内领先的Luxvue被苹果收购后公布的专利名单可以看到其大多都是采用电学方式完成转运过程，这也很多台湾厂商对Micro LED成熟并进入量产恐怕要在5~10年时间的预测的根据。

另外，由于Micro LED的点间距微缩，LED的封装将会是成本考量的一大因素，目前在成本和技术上依然有很多无法平衡的问题。由于Micro LED要求波长的均一性，RGB阵列需要嵌入几十万颗红蓝绿三色晶粒，这对整体的良率、光效、波长一致性都非常高。而这些需要全产业共同的努力来解决。

虽然Micro LED量产短期难以实现，但从目前的发展来看，未来仍有潜力取代OLED成为下一代显示特别是可穿戴等设备的核心。单从设备供应链的情况来看，三年之后的台湾的厂商有希望开始建厂，并逐步进行试生产。在LED产业经历了长期的价格战后，目前市场的格局已经开始渐渐清晰，能否在Micro LED产业化的过程中跟上趋势，将是行业未来突破现有格局的重要因素。

3.显示技术创新带动行业格局变化

3.1 显示行业的变化与发展

从世界上第一台电视机发明开始，显示技术已经经历了近百年的发展。但从20世纪80年液晶显示开始逐步产业化之后，显示技术的发展明显加快了步伐，日本将集成电路和液晶产业真正推向了商品化，日本包括液晶显示行业在内的整个微电子行业也在此期间突飞猛进。液晶显示快速发展并遍布全球各个角落，成为应用最为广泛的显示技术。我国从2003年京东方收购现代电子的液晶业务开始，真正进入了中国独立自主发展液晶显示产业的时代。近十几年来我国LCD产业高速发展，拥有多条高世代产线，并随着产能的陆续开出以及韩国日本中国台湾厂商的逐渐退出，中国大陆的液晶面板占有率将持续上升，预计2018年中国的液晶面板供应量将会达到全球第一。

LCD行业这些年来不断洗牌，面板价格也是持续走低，产业竞争也日趋激烈。虽然目前LCD依旧在大尺寸领域是主流显示器件，但是随着新一代显示技术的发展，柔性、曲面、无边框、量子点、HDR、OLED将是下一代显示技术的重点，虽然OLED大有全方位替代LCD的趋势，但是在平衡了成本和技术上的限制后，伴随着产业的动态发展，至少目前阶段OLED和LCD依然还是拥有各自的擅长领域。虽然未来随着显示技术的更新的发展，LCD可能会逐渐退出历史舞台，但我们可以预见到显示产业的发展将会是环环相扣，技术的更替也将循序渐进，新型显示技术的前进从未停下脚步，不同类型的技术产品其生命周期往往是互相交替有重叠的。

目前小尺寸OLED正处于渗透的中期，大尺寸OLED则处于渗透的初期，从目前的技术成熟度、厂商的推广力度、投资的数额来看，未来OLED崛起是板上钉钉，包括中国大陆、日本、韩国、中国台湾都在OLED上倾注了很大的希望，新一轮的投资也证明了各方角逐的信心。虽然韩国目前占据了OLED市场的绝大部分份额，且目前技术遥遥领先，但是相信很快市场就会出现新的竞争者，OLED市场也将会面临一些新的变化。加上像苹果担心未来全部采用OLED可能会被三星所制衡，所以研发更新一代的显示技术也就有了动力。

3.2 新一代显示技术蕴藏的机会

我们认为目前的Micro LED依然面临诸多有待解决的技术问题，商业之路依然困难重重，但是作为技术发展的趋势已经在默默的积蓄力量，我们可以从目前技术路径非常类似的小间距显示屏行业来窥视未来的产业机会。小间距LED近年通过不断的发展和改进得到了突飞猛进的变化，大量的需求也造就了小间距LED的火爆。其技术发展也同样面临着：点间距缩小、灯珠数量大幅增加，散热，灯芯和灯珠技术完善等难题，但是行业应用端的爆发带来了更多的厂商的加入，使得整个行业的研发和技术进步加速。小间距LED持续渗透，并不断压缩传统DLP、LCD以及投影显示的市场，也造就了利亚德、洲明科技等一批高速增长的企业。

作为小间距LED的“特殊形态”，Micro LED很有可能面临同样的发展境遇，虽然目前业内对其商业化时间意见不统一，真正力推的厂商只有苹果和索尼，但是随着重要技术的不断突破和整体发展雏形逐步完善，业内对Micro LED的投资也将循序渐进有条不紊的前行。根据相关媒体的报道，苹果已经将Micro LED量产技术作为重要机密，投入了40亿美元，招募研发团队，针对微型化LED晶粒、半导体封装及驱动IC等难点进行攻克，不断加速Micro LED的商业化进程。目前苹果收购LuxVue之后，在台湾的工厂进行试生产和研发，业内的传闻是苹果在Micro LED技术上已经接近显示器的商业化，但是目前新技术依旧还有许多问题要解决，正式量产的时间也有待验证。如果供应链能够配合苹果进行相关指标的完善，那么未来可能将打开LED厂商的另一可观的利润增长点。从LEDinside的估算数据来看，可穿戴设备和显示都换成Micro LED显示屏的话，所需要的产能为全球现有LED产能的50%，如果未来智能手机能够导入Micro LED，则需要现有产能的四倍才能满足，这里面所蕴含的想象空间是十分巨大的。

除了苹果外，另一家极力推进Micro LED技术的是索尼。早在2012年索尼就推出一款”加强版“小间距55英寸的Crystal LED Display。我们认为索尼所代表的是大尺寸显示市场，目前LCD、OLED技术已经成熟成本管控也较Micro LED有很大的优势，现有的LCD产品成本低廉、良率较高、在大尺寸领域依然有很强的竞争力，相信在未来Micro LED还会面临到更多的竞争因素，到底是真正的划时代的技术还是昙花一现，需要整个产业的生态环境和竞争状况来决定。

从产业的角度来看，目前台湾业界已经走在了Micro LED发展的前列。台湾工研院11月23日举行“巨量微组装产业推动联盟”（Consortium for intelligent Micro-assemblysystem，CIMS）成立大会，希望借由串联显示、LED、半导体以及系统整合厂商，共同建立跨领域产业交流平台，推动研发联盟，建构中国台湾微组装产业生态。从台湾产业的动态来看，此次跨平台整合将会给创新产品带来更多的整合方案，其中Micro LED是主要的应用领域之一，在一些国际大厂商的带动下，牵引整个Micro LED产业的发展。虽然目前国内厂商在Micro LED显示领域的研发和布局较少，但是当产业发展趋势逐渐明朗之后，相信越来越多的国内厂商将会逐步进入Micro LED的研发生产中，而这其中将涵盖多领域包括芯片设计、LED、上游材料、封装、系统应用、面板等领域的厂商。届时电子行业可能迎来新一轮的投资热潮。（渤海证券）