解讀μLED新興介質(zhì)的起源、技術(shù)突破以及發(fā)展前景

正當(dāng)行業(yè)熱衷于Mini/Micro LED產(chǎn)品之際，一種名為μLED的新興介質(zhì)正在迅速崛起，因其具有高色彩、高亮度、低能耗的效果而受到人們廣泛關(guān)注，預(yù)計(jì)未來兩到三年時(shí)間內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)全新的顯示產(chǎn)業(yè)格局，針對(duì)于此，李熹霖老師作為L(zhǎng)ED顯示應(yīng)用行業(yè)資深技術(shù)專家，長(zhǎng)期致力于LED顯示應(yīng)用行業(yè)的技術(shù)發(fā)展與進(jìn)步，雖已至耄耋之年，仍孜孜關(guān)注LED顯示行業(yè)事業(yè)發(fā)展，其行可佩，其情可感！以下是李熹霖老師就μLED新興介質(zhì)的起源、技術(shù)突破以及發(fā)展前景的一些見解，特投稿本刊，希望以此啟發(fā)行業(yè)同仁思考！

μLED改變了顯示產(chǎn)業(yè)的格局

自從GaN基藍(lán)光LED問世以后，LED就成為顯示產(chǎn)品中的佼佼者，和LCD和PDP一起很快取代了CRT，使顯示器進(jìn)入平板顯示的時(shí)代。而LCD、LED、PDP三足鼎立的時(shí)間也并不長(zhǎng)，很快LCD一舉勝出，在平板顯示中雄踞龍頭位置二十余年。一度被看好的、國(guó)家也投了巨資的PDP首先被淘汰出局，LED則由于它在大屏幕高亮度方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，守住了自己的一方領(lǐng)地，主要被用于公眾信息的發(fā)布以及商業(yè)廣告媒體。LCD的勝出不是偶然的，是它自身固有的一些特點(diǎn)和眾多科學(xué)家和企業(yè)始終不懈的研究開發(fā)、不斷改善的結(jié)果。其中解決一個(gè)又一個(gè)問題，克服一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，從第一代到8.5代，就是人類探索精神和艱苦努力的成果。如今LCD電視機(jī)占據(jù)了90%以上的家庭，臺(tái)式和便攜式電腦，手機(jī)的絕大部分，各種各樣設(shè)備的人機(jī)界面幾乎全部是LCD的天下。

但是現(xiàn)在這個(gè)局面正在發(fā)生變化。5G+時(shí)代，μLED，OLED等新興介質(zhì)正在迅速崛起，吸引了業(yè)界人士和企業(yè)家的重視。未來的兩三年內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)新時(shí)代顯示的全新格局。對(duì)于Micro LED顯示的研究從本世紀(jì)初就開始了。LED的自發(fā)光、高亮度、快速響應(yīng)、全固態(tài)以及長(zhǎng)工作壽命的優(yōu)勢(shì)，令所有追求更好的顯示器/屏的人們?yōu)橹畠A倒。

對(duì)于作為人機(jī)界面的顯示器/屏，核心的需求是能把客觀的場(chǎng)景和主觀構(gòu)思設(shè)想的場(chǎng)景真實(shí)的呈現(xiàn)出來，使受眾有臨場(chǎng)感沉浸感舒適感和多媒體的感受。用技術(shù)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)了表達(dá)就是包括如下的這些;

*分辨率4k（3840*2160），8K（7860*4320）在AR中也有提出16K的

*色域;符合ITU-R BT.709和SMPIE RP177

*刷新率120Hz以上

*灰度12位以上

*對(duì)比度足夠高，例如Sony黑彩晶可達(dá)100000：1

*亮度的表現(xiàn)和范圍大幅度擴(kuò)大，更接近于現(xiàn)實(shí)的亮度表現(xiàn)。

*支持HDR?，F(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)包括HLG，HDR10和DolbyVision（杜比視界）

*此外，對(duì)應(yīng)于不同的用途還要具有特殊的性能，例如對(duì)于AR/VR和HUD要求像素間距小到微米量級(jí)。各種便攜式和可穿戴設(shè)備會(huì)要求柔性顯示，還有支持裸眼3D顯示，等等

*降低功耗成為至關(guān)重要的要求。各類移動(dòng)設(shè)備的續(xù)航時(shí)間具有決定性的意義。在這個(gè)方面μLED具有無可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，智能手機(jī)出現(xiàn)以后局面發(fā)生飛躍性變化，隨著5G的發(fā)展更展現(xiàn)出無窮的應(yīng)用空間。新一代顯示革命潮流已經(jīng)到來。LED顯示從傳統(tǒng)大屏幕顯示擴(kuò)展到小間距和甚小間距和微間距，改變?yōu)棣蘈ED顯示涵蓋傳統(tǒng)大屏幕。如今μLED應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)是微小型顯示，可拼接的LED顯示屏的市場(chǎng)容量和技術(shù)含量方面都遠(yuǎn)不如微小型μLED顯示器。形象一點(diǎn)說就是，μLED把三十年歷史的LED顯示“顛倒”過來，統(tǒng)一起來了。

二、μLED主要關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和研究已經(jīng)取得重大突破，技術(shù)已經(jīng)臻于成熟

（1）巨量轉(zhuǎn)移和裝配技術(shù)

巨量轉(zhuǎn)移從本世紀(jì)初提出。由于傳統(tǒng)的真空吸附法只能達(dá)到60μm無法滿足μLED的要求。因此受到各方面的關(guān)注。從2010年起開始陸續(xù)推出研發(fā)成果。經(jīng)過10年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)臻于完善，形成五大技術(shù)路線。

1）精準(zhǔn)抓取技術(shù)Stamp pick & place，根據(jù)其利用來抓取和轉(zhuǎn)移的力，可分為三種

電力——采用具有雙極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭，抓取和轉(zhuǎn)移過程中分別加正負(fù)電壓美國(guó)LuxVue公司研發(fā)，該公司于2014年被蘋果公司并購。并引起巨大的影響。

范德瓦爾力——采用高精度打印頭進(jìn)行以PDMS為彈性印模的高速抓取和轉(zhuǎn)移。印模讓?duì)蘈ED粘附在轉(zhuǎn)移頭上，然后打印到目標(biāo)襯底的預(yù)定位置上。該技術(shù)是美國(guó)X-Celeprint公司開發(fā)成功，從X-Celeprint公司拆分出來的X-Display（XDC）公司擁有X-Celeprint的全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)，今年二月該公司獲得達(dá)科公司的巨額投資。XDC還采用了在線測(cè)試和冗余設(shè)計(jì)，據(jù)該公司總經(jīng)理鮑爾先生在第一屆世界顯示產(chǎn)業(yè)大會(huì)上介紹，在用戶平臺(tái)上良率達(dá)到99.99%，在生產(chǎn)線上可望更高。

磁力——利用磁力原理，在LED器件中混入鐵鈷鎳等材料，在抓取的時(shí)候，利用電磁力控制，達(dá)到轉(zhuǎn)移的目的。ITRI和PlayNitride在這方面做了大量工作。

2）選擇性釋放技術(shù)Selective release——圖案化激光剝離。英國(guó)Unigarta公司采用LEAP（LaserEnabledAdvancedPlacement）技術(shù)，通過激光束對(duì)源基底的快速掃描讓其直接脫離源基板集成到目標(biāo)基板上。QMAT公司則利用BAR（Beam AddrecessRelease），使用準(zhǔn)分子激光照射在生長(zhǎng)界面上的GaN薄片下，分離出模具大小的區(qū)域，將μLED從原始基板快速大規(guī)模轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板。幾天前日本東麗工程株式會(huì)社宣布研發(fā)成功運(yùn)用激光實(shí)現(xiàn)μLED巨量轉(zhuǎn)移達(dá)到每小時(shí)3600萬顆μLED，同時(shí)保證精度和良率。

3）自組裝技術(shù)Self-assembly——利用流體的力量，讓LED落入做好的特殊結(jié)構(gòu)中，達(dá)到自組裝的效果。eLux和SelfArray擁有這種方法的專利。

4）輥印轉(zhuǎn)移技術(shù)Roll to Roll，——將兩個(gè)需要鍵合的陣列轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。成為有源陣列LED顯示器。該技術(shù)是韓國(guó)機(jī)械與材料研究所（KIMM）研發(fā)成功的。

5）微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS——與前面四類都屬于薄膜（thin film）轉(zhuǎn)移和焊接鍵合不同，SONY公司的黑彩晶轉(zhuǎn)移的是LED芯片chip bonding，并且把這些芯片與驅(qū)動(dòng)電路IC焊接成顯示模組。這些模組可以無縫拼接成顯示屏，Sony黑彩晶可以拼接成為最大832吋8K的超級(jí)大屏幕。類似的還有三星公司的The Wall，我國(guó)深圳雷曼光電也是這種技術(shù)的佼佼者。

此外，還有Cooledge、Vuereal、Innovasonic、ROHINNI、Optivate、SelfArray等公司。都發(fā)布有關(guān)巨量轉(zhuǎn)移的研發(fā)成果。

（2）μLED全色化實(shí)現(xiàn)，也是備受關(guān)注的問題。

在尺寸小于10微米的子像素實(shí)現(xiàn)真全彩色，也是一個(gè)尖端的難題。經(jīng)過各方的努力，這個(gè)問題也已經(jīng)解決。全彩色化的基本方法有三種：

1）用藍(lán)光μLED激發(fā)紅色和綠色的熒光粉，發(fā)出紅光R和綠光G或用紫外光激發(fā)RGB三色光。這種方法的缺點(diǎn)是熒光粉要吸收部分能量，降低了效率而且在很小的尺寸上涂布熒光粉很難均勻

2）利用量子點(diǎn)QD，即由藍(lán)光μLED激發(fā)紅色和綠色QDLED，這種方法的RGB光的色純度和飽和度，都優(yōu)于熒光粉

3）使用真三色μLED即三個(gè)子像素使用三色μLED組成。由于藍(lán)綠管與紅色管結(jié)構(gòu)的不同，即藍(lán)綠色LED的引出線在發(fā)光層的一側(cè)，而紅色LED的引出線在其兩側(cè)，不可避免的會(huì)造成一定程度的遮擋和反射，影響了出光效率。Si襯底μLED有望解決這一難題。

（3）對(duì)于μLED襯底的研究。

自從日亞化學(xué)中村修二在藍(lán)寶石襯底上實(shí)現(xiàn)了GaN基以后以藍(lán)寶石為襯底的藍(lán)綠色μLED已經(jīng)成了經(jīng)典方法，中村為解決藍(lán)寶石不導(dǎo)電和晶格系數(shù)失配，采取了很多辦法，中村因此獲得2012年諾貝爾物理獎(jiǎng)（與別人分享）。日亞隨后又在其基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，其光電效率有了大幅度提高?，F(xiàn)在用于顯示的LED，絕大多數(shù)是藍(lán)寶石襯底的。美國(guó)Cree公司在日亞之后，推出以SiC襯底的藍(lán)綠色LED目前保持最高的電光轉(zhuǎn)換率的記錄。在半導(dǎo)體照明中有很大的優(yōu)勢(shì)。Cree的專利技術(shù)產(chǎn)品，尚未見到有別的廠商有SiC襯底的產(chǎn)品。第三種是以Si為襯底，我國(guó)南昌大學(xué)江風(fēng)益院士團(tuán)隊(duì)在這方面的研究居于世界領(lǐng)先地位，被譽(yù)為中國(guó)路線，隨著微小型μLED顯示器的出現(xiàn)，Si襯底μLED可以和驅(qū)動(dòng)IC集成在一起的特點(diǎn)具有其他襯底不可比擬的優(yōu)勢(shì)。瑞典隆德大學(xué)薩謬爾森院士和Glo公司合作推出的納米線μLED，同屬這一類型。在納米線中通過調(diào)整摻入的In的不同，可以得到從紫外到紅外的全光譜顏色的μLED。Glo公司已獲得歐司朗公司的大量投資。

三、時(shí)間緊迫，我們準(zhǔn)備好了嗎？

μLED對(duì)于新一代顯示的巨大影響已經(jīng)成為全世界科學(xué)家和有眼光的企業(yè)家的共識(shí)。其制造中的難點(diǎn)即巨量轉(zhuǎn)移和安裝，像素全彩色，以及與驅(qū)動(dòng)電路的焊接鍵合問題都已經(jīng)突破，可以說μLED應(yīng)用的大門已經(jīng)打開，盡管還有一些公司宣布推出更優(yōu)越的巨量轉(zhuǎn)移方法，如臺(tái)灣Mikro Mesa Technology（MMT）宣布能轉(zhuǎn)移尺寸小到3um的μLED，但是筆者認(rèn)為，作為一個(gè)新技術(shù)革命的階段，技術(shù)供應(yīng)商的階段已經(jīng)結(jié)束，現(xiàn)在開始產(chǎn)品（設(shè)備）供應(yīng)商的階段了。也就是到了要花力氣去研究開發(fā)利用μLED做出產(chǎn)品提供給用戶的階段了。而這個(gè)階段留給我們的時(shí)間很少了。

筆者非常贊同一些專家提出的，2022年將是以μLED為特色的產(chǎn)品市場(chǎng)的爆發(fā)期，大量的以μLED為核心的產(chǎn)品百花齊放，異軍突起。令人目不暇接。這將是一片廣闊的藍(lán)海。

在人類科學(xué)發(fā)展的歷史上，這樣的事情屢見不鮮。我們經(jīng)歷的也不少。比如互聯(lián)網(wǎng)，最初，只是美國(guó)軍方的計(jì)算機(jī)互聯(lián)共享，沒有人想像不久后成了普通人生活中必不可少的一部分。而互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的具體產(chǎn)品，就看應(yīng)用供應(yīng)商的遠(yuǎn)見卓識(shí)和創(chuàng)造性思維了。

總之一句話，從關(guān)鍵技術(shù)突破到推出一個(gè)讓人眼睛一亮的產(chǎn)品，還有一段相當(dāng)長(zhǎng)的路要走。需要有戰(zhàn)略眼光，創(chuàng)新思維，還要有腳踏實(shí)地埋頭苦干的精神，砥礪前行，厚積薄發(fā)。特別是企業(yè)的董事長(zhǎng)總經(jīng)理，要定方向，籌資金，建隊(duì)伍，把握全局，力爭(zhēng)站在競(jìng)爭(zhēng)的前列。立于不敗之地。

放眼看各國(guó)知名顯示器/屏廠商和有志于此的公司，都在積極進(jìn)行布局。讓我們不免有一種緊迫感。

最先采取行動(dòng)的是蘋果公司，它在2014年就出巨資收購了當(dāng)時(shí)還不知名的LuxVue公司，向世界宣告將會(huì)在手機(jī)和平板電腦上使用μLED，取代現(xiàn)在的LCD和OLED，擺脫對(duì)日韓的依賴，從而引起轟動(dòng)，不久前蘋果推出μLED微型手表iWatch，是首個(gè)μLED產(chǎn)品，標(biāo)志著μLED開始在可穿戴設(shè)備上的應(yīng)用。類似的情況發(fā)生在今年二月，達(dá)科公司向XDC公司大量投資，這個(gè)我們?cè)谑袌?chǎng)上的最強(qiáng)勁的對(duì)手的動(dòng)向不能不引起我們的關(guān)注。日本的Sony已經(jīng)完成μLED拼接大屏幕的市場(chǎng)化，最大可實(shí)現(xiàn)820“8K超高清視頻，Sony憑借其過硬的產(chǎn)品質(zhì)量和視像領(lǐng)域的龍頭老大地位，產(chǎn)品價(jià)格比同行高出一截。韓國(guó)三星的The Wall也已推出有特殊創(chuàng)意的μLED拼接大屏，其尺寸自由，寬高比自由，分辨率自由，從72”2K到292”8K。用戶可以用它作為家庭影院，也可以是一幅畫，或者是最適合心境的色彩的一面墻。三星還著力在效果上下功夫，新近在首爾街頭展示巨浪翻滾的場(chǎng)面，據(jù)說非常逼真震撼。LG則推出μLED透明屏和雙面屏。韓國(guó)公司的特點(diǎn)是和大學(xué)有密切的合作。此外，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的廠商在工研院的指導(dǎo)幫助下也非?；钴S。新興的MikroMesa Technology（MMT）公司和中電熊貓已經(jīng)聯(lián)手，目標(biāo)是兩年后推出3um產(chǎn)品。美國(guó)Rohinni公司與京東方合作，成立Micro LED合資公司?？梢钥隙ǎ麄兲赜械募夹g(shù)專利都會(huì)用作合作的重要投入……

熟悉顯示/屏的人都知道，要進(jìn)行μLED顯示器/屏規(guī)模生產(chǎn)，需要做許多工作，要將三種主要的不同技術(shù)和供應(yīng)鏈結(jié)合在一起：即μLED制造、背板制造、MicroLED芯片轉(zhuǎn)移和組裝。還有最后的總裝和檢測(cè)等等。與典型的顯示/屏相比，供應(yīng)鏈復(fù)雜且冗長(zhǎng)。每個(gè)流程都至關(guān)重要，有效管理每個(gè)方面都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。一句話，從關(guān)鍵技術(shù)突破到形成規(guī)模生產(chǎn)，還有很長(zhǎng)的路要走。

然而時(shí)不我待。機(jī)會(huì)是留給有準(zhǔn)備的人，遲疑和猶豫不決會(huì)坐失良機(jī)。在激烈的競(jìng)爭(zhēng)前面，唯有砥礪前行，厚積薄發(fā)，勇攀高峰。這也是中國(guó)LED顯示產(chǎn)業(yè)人的傳統(tǒng)作風(fēng)。

非常欣慰看到國(guó)內(nèi)業(yè)界許多有眼光有雄心的企業(yè)家和企業(yè)，已經(jīng)在這方面采取行動(dòng)并且取得重大進(jìn)展。

在小間距顯示屏上做出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)的北京利亞德公司，與臺(tái)灣晶電聯(lián)手在無錫合作建立μLED廠，宣告利亞德將從μLED的芯片源頭開發(fā)產(chǎn)品。

深圳雷曼光電在COB取得成功之后，高歌猛進(jìn)，在μLED/Mini LED顯示屏應(yīng)用方面又推出許多優(yōu)秀的產(chǎn)品，并向會(huì)議和互動(dòng)交流平臺(tái)方面發(fā)展。

長(zhǎng)春希達(dá)穩(wěn)扎穩(wěn)打，在正裝COB和倒裝COB方面進(jìn)行了系列性開發(fā)。目前，他們擁有的有關(guān)μLED巨量轉(zhuǎn)移和COB的專利在國(guó)內(nèi)同行中名列前茅。

深圳木林森公司與江風(fēng)益院士團(tuán)隊(duì)江西硅基半導(dǎo)體公司簽約建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系。

深圳洲明公司參加由中科院半導(dǎo)體所牽頭的“高光效長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體照明關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”科研項(xiàng)目，榮獲2019年年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

希望有更多的企業(yè)，在μLED新一代顯示中取得優(yōu)異的成就。為中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)再鑄輝煌。

同時(shí)也感覺到，在業(yè)界還有一些亟待解決的現(xiàn)象。值得我們深思。不揣冒昧，提出了與各位商討。為此提出個(gè)人思考的結(jié)果，望與行業(yè)同仁商討。

這個(gè)問題就是對(duì)于我國(guó)LED顯示應(yīng)用行業(yè)協(xié)會(huì)旗下的企業(yè)關(guān)于專業(yè)化，渠道化和工程商的商榷。

Micro LED顯示器的起步和發(fā)展過程，明顯地看到，這塊廣闊的藍(lán)海正醞釀著一場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，領(lǐng)先的都是實(shí)力雄厚的知名廠商，和異軍突起的創(chuàng)業(yè)公司。可以說強(qiáng)者必有神器。筆者認(rèn)為這是普遍的規(guī)律。很可惜的是，我國(guó)LED顯示應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中。大多數(shù)企業(yè)都是缺乏這種敢為人先，獨(dú)占鰲頭的精神，很多企業(yè)都想用最小的付出獲得最大的利益。都想賺快錢。結(jié)果適得其反。為什么我們的產(chǎn)品總是陷入同質(zhì)化價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的境地。與這種思路有關(guān)。任正非不同意完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的提法，是有道理的。知識(shí)產(chǎn)權(quán)必須擁有，但不可能是完全自主的。也沒有必要完全自主，可以購買專利使用權(quán)并且在其基礎(chǔ)上深入一步，產(chǎn)生有自己特點(diǎn)的技術(shù)，同樣可以傲視群芳。

粗略地說，在我國(guó)LED顯示和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展中專業(yè)化是從靈星雨開始的，靈星雨控制器的出現(xiàn)，使得社會(huì)公眾對(duì)LED顯示屏的神秘感消除，認(rèn)知度大大提高，從而LED顯示屏很快的普及和被接受了，這是功不可沒的。但是通用控制器（他的技術(shù)含量是相當(dāng)高的）以后，很快發(fā)展到廠家專門生產(chǎn)模組和箱體，再進(jìn)一步發(fā)展企業(yè)專做OEM和ODM，還有專業(yè)施工公司。形成頗有特色的供應(yīng)鏈。這種局面的結(jié)果，人人會(huì)做人人能做，許多對(duì)LED顯示屏一無所知的人，只要有辦法拿到項(xiàng)目，都可以通過買硬件和軟件，做出符合用戶需要的顯示屏來。而且價(jià)格很低。手工作坊和皮包公司的價(jià)格當(dāng)然是正規(guī)企業(yè)無法抗衡的。其結(jié)果就是整個(gè)行業(yè)陷于同質(zhì)化拼價(jià)格，微利的狀態(tài)中。始終沒有產(chǎn)生有特色的企業(yè)，盡管我們成為世界LED的生產(chǎn)基地。卻沒有像Sony，達(dá)科那樣的企業(yè)，更談不上像華為那樣偉大的公司。不能不說是一件遺憾的事。值得行業(yè)同仁和掌門人深思。
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