Micro LED，一场关乎AR未来的真正竞速

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Micro LED，一场关乎AR未来的真正竞速

AR研究媛

· 2023.02.02 18:54

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科技巨头都在关注Micro LED的商业化进展。

Micro LED，一场关乎AR未来的真正竞速

图片来源@视觉中国

文｜AR研究媛

AR在彻彻底底蜕变成下一代消费电子之前，会有一条脉络清晰或者晦暗不明的发展主线。

而你需要分辨和找到这条线，以及等待、或者主动逼近主线上最关键的那个节点。

01 所有人都看好Micro LED

「Micro LED就像小镇上刚开张的唯一Super Market ，似乎所有大人物都在疯狂购物。」

2014年5月，苹果收购LuxVue，随后不久在台湾桃源设厂研发Micro LED。

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

2017年5月，三星传闻以1.5亿美元收购錼创PlayNitride未见落地。2018、2020年PlayNitride 各完成5000万美元募资，投资方包括三星、晶电、友达，其中三星为最大股东，持股超过2成

2017年9月，谷歌以1.2亿瑞典克朗注资Micro LED制造商Glo公司

2020年，Meta与苹果有意收购的Micro LED显示厂商Plessey达成合作，共同开发Micro LED技术

2022年1月，Snap收购了美国Micro LED／LCOS解决方案供应商Compound Photonics

2022年3月，谷歌被曝已收购Raxium公司

2022年5月，Vuzix获Atomistic独家Micro LED技术授权，并计划收购该公司

显示面板厂商、消费电子、AR/VR公司一直高度关注Micro LED的商业化进展。

对于传统显示面板厂和消费电子巨头，理由清楚摆在台面：Micro LED作为下一代显示技术，功耗、亮度、色彩、寿命、纯黑显示（黑电）、响应速度、适配柔性和可折叠基板，几乎全方位无可挑剔完美。

数据和资料来源于AR研究媛收集和整理

有趣的是，2017年富士康投资了elux，2018年年初 Intel 出现在Aledia第三轮融资名单里。你很少会看到，消费电子、互联网科技公司、半导体巨人同时对显示面板方面的新技术狂热。

Micro LED并不是意外降临的天外陨铁，早在2012年索尼就展示了第一台Crystal-LED的微型LED电视。相比LCD，Micro LED自发光不需要背光源，也不依靠液晶偏转光线经RGB滤光片来实现色彩合成和显示，它理论上的产品结构非常简洁：驱动背板、电极、RGB LED晶粒、表面光学保护层。

Micro LED跟OLED相比，一样RGB三色像素自发光，高饱和度色彩，能独立关闭像素显示纯黑。其优势在于发光材料EQE更高，Micro LED理论上拥有比OLED更高的光电转化效率，功耗更低，亮度高一个数量级，还没有OLED有机发光材料寿命限制导致的“烧屏”问题。

大的技术趋势，Micro LED完全可以取代LCD、OLED，占据所有消费电子显示应用，包括手机、笔记本电脑、电视、可穿戴设备。

因为Micro LED类似OLED能够良好适配柔性屏、折叠屏、透明屏基板，更微小的Micro LED稀疏地排布于透明基板上，在大屏更低ppi的情况下，Micro LED在透明屏、柔性屏的应用价值凸显，比如汽车前挡风玻璃HUD透明显示。同样得益于透明显示技术上的适配，Micro LED 可以构建具有嵌入式传感功能的显示器，例如指纹识别甚至在屏下指纹识别，真正的全面屏。

还有下一代消费电子大单品AR/VR，对于超高PPI、高亮度、高EQE光电转化、低功耗、对比度、响应时间（画面滞后）方面的要求，Micro LED能够让AR/VR的体验上升一个台阶。

而如果更深入了解，Micro LED跟以前LCD、OLED传统不一样，它的制造工艺需要跨界半导体技术。由于LED芯片本身尺寸的剧烈缩减（约为标准LED的1%），带来显示屏幕结构上的显著变化，随之而来的是难度更高的制造工艺和显示产业链相关的价值链迁移。

02 苹果深谋已久，依旧遇挫

苹果早在2014年收购LuxVue，站在今天看，这收购标的眼光十分独到。它早早看到了一些不一样的东西，并且掀起了一股研究热潮。

Micro LED最大的特点，将传统LED晶粒从1毫米缩小到1-50微米。

制造Micro LED的流程看起来比较简单。第一步是在wafer上生长出微型LED晶粒，第二步是制造背板和驱动电路（backplane，传统屏幕的背板就是TFT），第三步则是将微型LED从wafer上分离转移到目标背板上。整个过程也涉及到检测和缺陷修复。

但如此小的LED，意味着首先需要LED微缩制程，然后制造「合适」背板和复杂精密的驱动电路，最后将大量的RGB LED晶体从不同的生长源基板分离，再精准转移嵌入目标背板并连接上驱动电路，所谓 pick-and-place。

举个不恰当的例子。你要先挑三块土壤养分不同的田亩，分别种上豌豆、玉米、小麦，代表RGB 三种LED晶粒，这三种长出来的作物颗粒只有原来1%左右大小，非常娇嫩和精细。你还要盖一个高科技的温室大棚，里面生长、灌溉等设备全部适配好。最后将属性各异的豌豆、玉米、小麦从质地不一的田亩里一颗颗不能有丝毫损伤地收割好，转栽到高科技温室大棚里，每一颗作物都要跟大棚里面的设备调校正确、精准适配。这样你就能得到一个最先进的农产品基地——最理想的Micro LED显示面板。

Micro LED 商业化就卡在第三步基板分离和LED芯片「巨量转移」良率和综合制造成本上。

还有一种方案是基于单片集成工艺的Micro LED，将LED外延片直接与CMOS背板键合。类似豌豆、玉米、小麦三块田只能挑一块田，生长好一种作物后，在上面直接「盖」一座高科技温室大棚，并且把里面设备连接装置好。好处是不需要「巨量转移」了，并且这个工厂的种植密度很高，坏处只能产出一种作物，以及「工厂」面积很小。即你只能获得像素密度很高、尺寸很小的单色Micro LED屏幕，一般称为硅基Micro LED。

因为微缩制程、晶圆生长、巨量转移、背板键合跟之前工艺差别巨大，在Micro LED上，显示企业前所未有需要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Micro LED落地和真正打开市场的关键钥匙。

换句话说，Micro LED作为潜力巨大的game changing technology，有能力完全重塑目前的显示面板产业链，让苹果摆脱对三星OLED面板的依赖。苹果如果凭借Micro LED 制造一个巨大的专利壁垒，在掌控了Micro LED，这一层最好的显示技术后，苹果垂直整合的堡垒更加牢不可破。

来自2020年Yole报告，Apple已授权MicroLED专利遥遥领先

台湾媒体曾报道，苹果早在2014年就已经在竹科龙潭园区设立了Mini LED和Micro LED研发实验室。到2020年6月，更有消息，苹果计划投资3.34亿美元在台湾桃园龙潭园区建设新厂，并且与晶电（Epistar）和友达合作，为iPad、iPhone等产品提供Mini LED和Micro LED显示屏。

Bloomberg最近的报道也佐证了苹果一直在积极推动Micro LED商业化。

苹果自研面板计划内部代号为T159，在2018年加速发展脚步，当时还设定了最快2020年初让产品开始改采Micro LED的目标。但是高昂的成本，多个工艺难题的阻碍，导致苹果的面板计划停滞不前。苹果起初目标把Micro LED技术整合入大型面板，但遇挫后转而聚焦面板尺寸约2英寸的苹果手表作为切入产品。

外媒还透露，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Micro LED面板。

业内人士最近声称，Micro LED已经非常临近商业化。但在实验室制造出惊艳的Micro LED屏幕从来不是问题，高昂的成本、良品率提升、工艺真正成熟才是阻碍。

比如2020年12月，三星电子发布了一款110英寸4K分辨率Micro LED电视，售价15.64万美元，约合人民币102.356万元。几乎没有人能用得起。

这背后是巨量转移堪称变态般的良率要求。

以一个4K UHD分辨率（3840*2160）的显示器为例，有8,294,400个像素单元，包含24,883,200个RGB子像素，即使生产时有99.99%的良率，仍会有2488个子像素会出问题。

巨量转移的困难在于，

（1）待转移的LED晶体外延层厚度仅有原LED的3%，同时LED尺寸更小，需要精度很高的精细化操作；
（2）一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量十分巨大，要求有极高的转移速率。

如何将良率提升到99.9999%（俗称“六个九”，意味着每转移一百万颗芯片只能有一颗不良），且每颗芯片的精准度必须控制在±0.5μm以内。而且Micro LED制备流程中，很多步骤都会对良率造成一定的影响。

2014年苹果低调收购LuxVue却引发一场持续至今的Micro LED商业化竞速，当年尚在襁褓期的Micro LED，只有苹果果断出手收购LuxVue，这家2008年成立的初创公司，在当时Micro LED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。

尝试 Micro LED，收益巨大，风险同样巨大。你不知道它在落地商业化是否存在根本性障碍，或者类似「火车刚面世时还没有马车快，还需要人工不断添加燃料，但它后面的发展就完全超乎所有人的预料。」

03 Micro LED的投资热潮，AR/VR推动力强大

早些年苹果公司以扭曲现实力场著称，在消费电子上有一种「创世」的魔力。iMac、iPod、iPhone、iPad、iWatch之后，2023年所有人都在等待苹果MR头显的问世。

除了那种学不来的美学品味和产品哲学，其实苹果公司更擅长先人一步发现「尚且非常粗糙」的先进技术，视野深且远，对于地平线上出现的新东西有着非同一般的预见性。

当前Micro LED商业化最大的障碍，RGB三种超微LED晶粒从各自不同的生长源基板分离，再一批批大规模转移到a-Si、LTPS、IGZO的目标TFT基板，pick-and-place ，这老大难的「巨量转移」，十几年来出现各种技术方案，但最关键的成本和良率一直没见突破。

基于单片集成工艺的硅基Micro LED，完美避开了巨量转移的问题。但问题是单片集成工艺的硅基Micro LED目前只能显示一种颜色（目前绿色LED的发光效率最高，亮度可以达到百万尼特），也只有很小尺寸，无论是扩大晶圆尺寸还是量子点着色方案，都遇到了不小的阻碍。

图为索尼4K分辨率 Micro OLED微显屏，可以实现全彩显示

图为JBD单色 Micro LED微显屏，蓝色、绿色、红色

但硅基Micro LED小尺寸显示和超高的像素密度，几乎就是为了AR/VR而生。这也是文章开头 Plessy、Raxium、Compound Photonics、Atomistic 这些公司被科技巨头们盯上的原因。

硅基Micro LED价值独有首先体现在高ppi（每英寸的像素数量）特性上，以及超低功耗和理论上百万尼特级的亮度。

虽然如今高端手机的像素密度早就来到了500ppi左右，但AR/VR要实现虚实融合效果，沉浸感拉满，对于像素密度仍然有着非同一般的追求。当下FOV更高的VR所要求的「空间视网膜级分辨率」，Pixel Per Degree 每一度视场角像素密度要达到60，硅基Micro LED目前是最有希望的。

Micro LED超高亮度对于AR眼镜尤其重要。AR眼镜目前只有1%-5%光效率的光波导镜片，入眼亮度要满足全天候佩戴，特别是户外白天强光环境，只有Micro LED光引擎理论上能够达标。

在AR/VR应用上，LCD的光学层级结构显得太过复杂，因此存在着较大程度的光和系统层面的损失与缺陷；而OLED则受限于有机材料发光特性，亮度低，寿命还是大问题。Micro LED克服了LCD和OLED各自的缺陷，在结构和材料层面碾压LCD和OLED；AR/VR、可穿戴设备、投影机等大概率会成为Micro LED率先登场的应用——它们对于高ppi有着更天然的需求，Micro LED因此成为这些应用的绝对优选。

如今传言估值100亿、风光无限的JBD，基于单片集成工艺的硅基Micro LED实现了商业化。但采用JBD单绿色硅基Micro LED的OPPO、李未可、小米光波导眼镜，看似体积小巧足够轻薄，只能尴尬地显示绿色，也只能用作信息提示。JBD现成的RGB三块Micro LED小面板Cube 棱镜合色方案，这些公司都不愿意真正深入尝试下。INMO Air 2退而求其次采用OLED微显屏，实现全彩显示，也是治标不治本。

除了这些问题，极其重要EQE（external quantum efficiency，外量子效率）和低功耗，它是Micro LED根本优势所在。以及当下Micro LED中红色LED的光效率对比绿色和蓝色LED，需要有根本上的提高。

从理论上来说，Micro LED在EQE和功耗参数上优势显著。传统蓝色LED的EQE可以达到80%；在实际操作中，如果这种蓝色LED的尺寸缩减到5-10μm，则EQE将≤20%；而且因为侧壁缺陷效应（sidewall defects effect）的存在，现阶段microLED实际的功耗表现也差于OLED/LCD。但这些都可以理解为技术在新生阶段遭遇工程层面的问题。

能够实现全彩显示、RGB像素「正宗」排列的巨量转移技术无法满足Micro LED小于20μm小像素间距的要求。对角线小于2英寸的高分辨率显示应用，AR/VR所要求最完美的Micro LED的微显屏，潜力巨大，依然等待有人能真正突破瓶颈。

Micro LED，这是一场关乎消费电子未来的真正竞速。

投稿 AR 增强现实苹果