新世代显示技术MicroLED 谁将率先抢滩登陆

显示技术进化史

第一代显示技术：CRT技术实现了从0到1的突破，采用阴极射线管技术，通过控制射线的位置和亮度来显示图像。由于其工作原理的限制，CRT显示器的分辨率和颜色受到了较大的限制，而且其体积庞大、功耗高、使用寿命短等缺点也限制了其发展。

第二代显示技术：LCD是目前使用最广泛的显示器技术之一，利用液晶材料的电光效应，在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。LCD显示技术优点是低功耗、轻薄、清晰度高等，但是其响应速度较慢、视角受限等问题也成为了其发展的瓶颈。

第三代显示技术：OLED是当下正在普及的技术，即有机发光二极管（Organic Light-emitting Diode），利用有机化合物发光的原理，通过施加电流控制每个像素点的亮度和颜色来显示图像。与LCD不同，OLED不需要背光，同时可以使用材质较轻的发光基层（而非LCD和LED使用的玻璃基层），并且拥有更宽的视角和更快的响应速度，但是由于其生产成本高、寿命短等问题，还需要进一步探索和完善。

第四代显示技术：MicroLED VS 激光

显示技术从CRT、LCD到OLED，经历了多次技术变革。目前，第四代显示技术的有力候选人有激光显示和MicroLED。

激光显示技术

激光显示技术（LDT，Laser-Display Technology），即用激光器作为光源的图像信息终端显示技术，相比传统LED光源，有着更广的色域覆盖率、更好的颜色表现力、和更出色的色彩还原能力。

现在市面上的三基色激光光源可以分为三类：三基色纯激光光源、激光荧光粉光源和激光混合光源（工作原理如图1所示）。纯激光光源是指直接用红绿蓝三色激光作为显示光源；激光荧光粉光源的蓝光直接使用激光光源，而红绿两色则通过蓝光和红绿荧光粉作用来实现；激光混合光源则是蓝色直接使用激光，红色使用LED或激光，绿光依旧由激光和荧光粉产生。

图1 纯激光光源、激光荧光粉光源和激光混合光源的工作原理

纯激光光源是最理想的光源，可以说，三基色激光光源最能体现激光显示技术的优势。人眼的三种视锥细胞，感受到的就是红光、绿光和蓝光，因此，选择三基色激光光源就能得到最好的显示效果。

单色激光和双色激光加荧光粉的显示方法的色域覆盖度都比三色纯激光低，而且因为使用荧光粉的缘故，大量能量会被损耗，因此在能耗比三色纯激光光源高的前提下，其亮度仍然低于三色纯激光光源。

但是，目前市面上以单色激光光源产品为主流，少部分用双色激光光源，三色纯激光光源十分稀少。原因在于绿光的激光器制造成本高、难度大：受限于半导体激光器材料增益区量子阱的结构特性，与其他两色相比，绿光LD的转化效率低，做出功率可以支撑激光显示的绿光LD的难度比蓝光、红光大得多。除此之外，在提高红光LD的功率时，激光器的散热压力又变回无法忽视的问题了。

MicroLED显示技术

MicroLED因与生俱来的技术优势能够克服LCD和OLED的技术缺陷，是业内公认的下一代显示技术的最优解决方案，电子设备屏幕的终极目标。MicroLED一般指将单个尺寸仅为1-50μm的红、绿、蓝三色的LED阵列，阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连接每一颗MicroLED的正、负极，电极线的依序通电后，通过扫描方式点亮MicroLED以显示影像。

简单点说，MicroLED是将LED背光源进行薄膜化、微小化、阵列化 —— 首先将氮化镓（GaN）等半导体材料制成薄晶圆，在晶圆片上覆盖一层模版光刻胶作为蚀刻晶圆片的掩模，然后对晶圆进行蚀刻以创建单个微型led，剥离光阻剂掩膜后通过巨量转移批量地转移到驱动电路基板上，再利用物理气相沉积等方法在其上制备保护层和外接电极，进行检测和缺陷修复最后进行封装。

MicroLED抛弃了有机化合物，由于LED无机物的稳定性具有更长使用寿命潜力，与有机材料相比，可以更长时间地保持其性能和色彩准确度，同时兼顾显示纯黑色的特性（像素级别的纯黑色）。最重要的是，由于不依赖有机化合物，MicroLED面板的生产成本应该比OLED更低。

MicroLED几乎集合了OLED和LCD的所有优点，结构简单兼顾了高亮度、高色域、高对比度，又能做到长寿命、省电、柔性屏。可以说是未来屏幕的集大成者，那为什么MicroLED拥有这么多优点还没有普及呢？

现阶段MicroLED有许多技术瓶颈有待突破，如芯片制造、巨量转移、检测修复等，实现量产大规模商用进程中的最大痛点就出现在巨量转移上，这也是目前MicroLED出货量低、售价高昂的主要原因。

巨量转移技术是目前MicroLED的主流、理想制造技术，与OLED显示技术不同，无机LED无法在玻璃或其他大尺寸衬底进行大面积的制作，所以这就需要让在硅晶圆上生产出来的微米LED能够转移大量的器件到驱动基板上，在保持巨量转移的基础上，还必须同时保证转移的精度，良率及工艺的可靠性等。

巨量转移的难点在于，一次转移需要移动几万乃至几十万颗以上的LED，数量十分巨大，要求有极高的转移速率的同时还需要转移良率到99.9999%（意味着每转移一百万颗芯片只能有一颗不良）。而由于LED的尺寸更小，待转移的LED晶体外延层厚度仅有原LED的3%且每颗芯片的精准度必须控制在±0.5μm以内，这就让该技术的实现需要超高的精细化操作。

另外，由于MicroLED尺寸极小，传统测试设备难以使用，如何在百万级甚至千万级的芯片中对坏点进行检测也是一大挑战，通过检测技术挑出缺陷晶粒后，如何替换坏点也是未来将面临的难题。 

总的来说，巨量转移技术是MicroLED产业化必须解决的问题，也是降低成本的关键。近十年来，经过全球范围内众多企业与研究机构的努力，MicroLED相关设备、材料、生产工艺的技术进展迅速，仅仅在2023年上半年就取得了大量的技术成果。

从未来的发展看，全球Micro LED显示行业将存在两大增长机遇。第一，未来随着生产工艺成熟及产品价格下移，有望在智能电视、大屏显示、户外显示等多领域对OLED与LCD形成替代，推动MicroLED在现有显示存量市场的扩张；第二，在新兴领域增量方面，由于MicroLED的微米级光源可以使显示像素有足够空间集成各类功能器件，可实现三维光场显示及高精度定位传感，其整体逼真度、交互性、集成性更强，有望在VR/AR设备、车载显示等交互式设备上得以快速应用，扩展市场增量。

预计未来2-3年，MicroLED会继续努力突破技术瓶颈，逐渐打开高端市场之后再进一步向下渗透，而第二代显示技术LCD还会依靠其他技术的修补进一步占据下沉市场，第三代技术OLED在实现大尺寸屏幕的降本后将进一步普及大众消费市场。由于各个世代的技术均有对应的目标市场，未来几年内不太可能出现某个技术一家独大的情况。不过可以肯定的是MicroLED就是未来显示技术的黄金赛道，提前布局相关技术的厂商将持续受益。

谁将率先抢滩登陆MicroLED

因为微缩制程、晶圆生长、巨量转移、背板键合跟前三代的显示工艺差别巨大，MicroLED需要显示企业前所未有的深入了解和借鉴半导体工艺，半导体工艺和显示技术的融合，很有可能成为最后落地和真正打开市场的关键钥匙。MicroLED作为潜力巨大的“game changing”技术，有能力完全重塑目前显示面板市场格局。

三星

2018年1月，三星在美国CES上重磅亮相146英寸MicroLED“The Wall”，是将MicroLED技术应用于商用显示屏领域的集大成之作。三星通过超精密技术识别及深度学习提高自动组装技术的精密度，利用侧面精密Cutting技术将尺寸偏差最小化，开发出包括将每个模块上超过50万个LED晶圆转移到TFT上的技术、高效稳定的LED/基板连接技术以及无缝技术等。

三星89英寸的MicroLED显示屏由49个（7×7）模块化构成，当其中一个模块发生故障，仅需拆卸并替换模块即可。而MicroLED模块化特性理论上没有边框一说，可自由拼接，就技术本身而言，具备“打破边界”的能力。

而110寸的MicroLED显示屏上分布着2500万个左右MicroLED芯片，由192块模块拼接而成，能够实现63微米的像素间距。受限于制造工艺，生产一块110寸的面板需要数千小时，售价1049999元，显然现阶段的MicroLED面向的是金字塔顶尖的消费群体。

苹果

继芯片后，苹果自研的脚步跨向面板领域。最近，苹果自研MicroLED屏幕的声音再一次传出，Apple Watch Ultra有望到2025年升级采用自研的MicroLED显示屏，进而成为苹果首款采用这一显示屏的硬件产品，而应用到其他产品线上还需要数年时间。

苹果起初目标是把MicroLED技术整合入大型面板，但遇挫后转而聚焦面板尺寸约2英寸的Apple Watch作为切入产品。事实上根据Nikkei报道，苹果在过去十年时间里，已累计投资至少10亿美元用于研发MicroLED技术。

2014年，苹果以约4.5亿美元低调收购LuxVue，LuxVue是于2008年成立的初创公司，在当时MicroLED消费电子大规模应用最关键的巨量转移技术上（静电拾取方案）领先所有人。

之后，苹果又在中国台湾的竹科龙潭园区投资数十亿元成立显示技术研发实验室，主要进行Mini/MicroLED研发；到2020年6月，苹果计划再投资3.34亿美元在台湾桃园龙潭园区建设新厂，与晶元光电、友达光电、台积电等厂商合作，一同研发生产Mini/MicroLED屏幕。

2023年1月，有消息称LGD正在为苹果生产MicroLED背板建设一条小型生产线，将于2024年下半年开始运营；2023年2月，欧司朗（ams-Osram）计划将为苹果提供MicroLED晶片，富采旗下晶电负责出货相关组件，台积电则供应驱动IC。

苹果正在距离Apple Park总部15分钟车程、位于加州圣塔克拉拉一座面积6.2万平方英尺的工厂试产MicroLED面板。苹果设计了MicroLED面板的驱动集成电路，和多家供应商合作，设计生产MicroLED所需的设备，从而提高面板产能。

屏幕是智能终端关键组成部分，对产品市场竞争力至关重要，随着第四代显示技术的出现，苹果必然希望不再受制于人。苹果“狠抓”MicroLED显示技术，除了追求更好的屏幕效果以外，摆脱对三星面板的依赖也是主要原因，实际上苹果一直在做“摆脱三星”的努力，因而才在几年前战略性地引进了LGD。

MicroLED将最先在穿戴应用的方向渗透，但是由于价格因素以及供应链技术成熟度等因素，苹果不太可能很快大量渗透MicroLED。就目前状况来看，苹果的入局还难以撼动三星的地位。

苹果对MicroLED的关注和投入将进一步坚定三星在MicroLED的研发和产业化进程。据悉，三星在2022年底已经成立了新团队来开发智能手表用的MicroLED项目，希望在2023年完成产品开发，尽快实现技术的商业化，以应对苹果的自研MicroLED。如果进展顺利，三星可以通过成为智能手表MicroLED面板的供应商，确保继续为苹果供货，未来三星可能将形成MicroLED和OLED两种显示技术并存的发展格局。

Meta

早在2020年Meta便收购了英国AR显示器制造商Plessey，后者一直在积极展开MicroLED显示技术的研究，并曾与Vuzix开发出用于AR智能眼镜的MicroLED显示屏，并入Meta之后也一直在积极展开相关研究工作。

Meta为了试图抢苹果的风头，在Vision Pro发布前几天提前推出了Meta Quest 3，但由于Plessey无法为Meta开发足够亮度的显示器，Meta已经放弃了在Meta Quest 3上采用Plessey的产品，转而采用经过验证且成本较低的旧技术硅基液晶（LCos）。

另外，2016年10月，Facebook（如今Meta）子公司Oculus收购了从爱尔兰廷德尔国家研究院和爱尔兰科克大学衍生出来的InfiniLED公司；最新消息，爱尔兰廷德尔国家研究所和Meta已建立为期四年的研究合作伙伴关系，以应对开发和制造MicroLED设备的挑战，在这项合作中Meta将投资500万欧元，主要研究MicroLED微显示器系统的效率，旨在研究异质系统（涉及不同种类的材料或组件）并确定它们对效率的影响，为未来产品中的关键技术采用提供信息。

同时，Meta也在对MicroLED关键技术进行知识产权方面的布局。据今年5月消息，Meta一项名为“Semipolar micro-led”的专利被公开，该专利涉及高量子效率MicroLED像素，也就是针对MicroLED外量子效率这一核心问题提供了方案。

从2022年开始，MicroLED相关投资开始变得愈发频繁。2017年，谷歌以1.2亿瑞典克朗注资MicroLED制造商Glo公司；2019年，投资了Mojo Vision；2022年3月，谷歌被曝已收购MicroLED厂商Raxium，为自家AR设备和手机提供屏幕。