寻求智慧型手机的差异化设计并不容易. 不过, 显示器可说是一项重要的因数, 智慧型手机供应商都相信它是足以让用户发出赞叹声的关键. 因此, 如果市面上出现了一种新的显示器技术, 它能在荧幕尺寸, 解析度, 亮度与功耗带来明显差异, 就可能因而颠覆整个市场.
MicroLED真的存在吗?
苹果(Apple)最新发表的iPhone X是第一支配备OLED显示器的iPhone——但比起其竞争对手三星(Samsung)和LG推出OLED手机的时间更晚的多了. 当然, Apple并不像三星和LG一样拥有自己的显示器技术.
那么, 如果Apple也自行开发显示器技术——不仅拥有OLED的所有优点, 甚至更优越……好比说微发光二极体(MicroLED)呢? 尽管Apple一直对此保持缄默, 但该公司其实已经累积令人印象深刻的MicoLED专利产品组合了, 而且有人猜测它正在其于硅谷的晶圆厂(2015年从Maxim购入)开发这项技术. 不过, Apple并不是唯一一家致力于MicroLED的业界巨擘.
MicroLED显示器是由形成个别画素的微型LED阵列组成. 相较于OLED, MicroLED采用传统的氮化镓(GaN) LED技术, 可支援更高亮度, 高动态范围以及广色域, 以实现快速更新率, 广视角与更低功耗. MicroLED的支持者宣称其整体亮度较OLED更高30倍, 同时提供更高的每瓦流明效率.
长久以来, Apple是否会改用MicroLED一直是Apple观察家和显示器技术专家之间热烈讨论的话题. 例如早在Apple Watch Series 3发表以前, 坊间已盛传这款智慧手表将搭载MicroLED.
然而, 根据 Yole Développement资深市场和技术分析师Eric Virey估计, MicroLED至少要到2019年以后才可能出现在穿戴式装置市场, 如Apple Watch. 不过, Virey认为电子产业现在就应该更加重视这项技术, 因为MicroLED的出现不仅将会改变行动装置样貌, 还可能使得显示器市场排名重新洗牌.
Google加入竞争行列
目前积极在MicroLED领域布局关键专利, 制造技术和专业知识的竞赛中, 并不包括位于亚洲的传统消费性显示器制造商; 相反地, 都是一些像Google, Apple和华为(Huawei)等重量级厂商持续大力投资于MicroLED.
Google日前借由投资瑞典制造商Glo, 取得了进入MicroLED的门票. 瑞典的一家网站报导Glo透过直接授权Google获得了1,500万美元, 也让Google取得Glo约13%以上的股权. 虽然有关这项消息的报导不多, 但Google投资Glo之举反映业界对于这项得以实现虚拟实境(VR)眼镜, 手机与平板电脑的新兴显示器技术兴趣日益增加.
率先让MicroLED浮出台面的是Apple于2014年收购Luxvue——这是一家为消费电子应用开发低功耗MicroLED显示器的新创公司. Apple对于Luxvue的投资造成市场开始传闻和猜测Apple将力推MicroLED.
Facebook的Oculus Rift VR业务部门也在一年前收购了一家名叫InfiniLED的新创公司, 该公司在2011年从爱尔兰廷德尔国家研究所(Tyndall National Institute)独立出来.
今年稍早, 富士康(Foxconn)透露对于MicroLED的兴趣. 富士康与其子公司夏普(Sharp)联手收购了eLux约31.82%的股权; eLux是一家专注于为VR和扩增实境(AR)装置研发MicroLED技术的新创公司.
一连串围绕着MicroLED新创公司展开大量投资和收购的活动, 反映技术产业永无止境地追求新一代显示技术.
整个供应链都面临挑战
Virey指出: '我们已经看到了经概念验证的MicroLED显示器原型. 技术已经到位了, 而今仍不足的是成本和良率——但这也是MicroLED得以实现大量生产的关键. ' 再者, 他补充说, MicroLED的挑战存在于整个供应链中.
制程挑战
理论上, 制造MicroLED应该就像制造LED晶片一样. 但是, 一般的LED制造设备并不适合这项任务, 主要是因为MicroLED晶片远比一般LED晶片更小. 这表示为了制造MicroLED, LED晶片厂需要另外打造一个拥有 '更干净的无尘室' 和 '更高解析度微影技术' 的新制造设施.
Virey认为半导体代工厂会更适合些. 例如, 为了克服MicroLED制造的第一个障碍, '如果Apple与台积电(TSMC)合作, 应该会更有帮助. '
能源效率挑战
生产LED晶片经常导致一些微小的 '侧壁' 损坏, 通常是在250 x 250微米(us)的LED晶片上出现约1-2us的缺陷. 但是, Virey解释, 制造MicroLED所需的LED晶片小至5x5us, 2us的侧壁缺陷已经足以导致破坏性的影响, 留下的可用面积极其微小, 大约仅占总晶片尺寸的4%.
为了解决这个有关能源效率的问题, MicroLED产业必须采取 '双管齐下' 的做法. Virey指出, 这可能涉及新晶片的设计和制造发展. 例如, Glo正致力于研发奈米线. 从CEA-Leti独立而出的法国新创公司Aledia则着重于研发类似的微米线技术.
组装挑战
除了制造微型LED晶片外, Virey说, 另一个更大的问题是与MicroLED有关的组装挑战—— '如何将这些微型晶片转移到显示器的背面? ' 将每一个LED移植到6吋的MicroLED显示器, 大约需要4天的时间. Virey说, 其实目前已有十几家公司正试图解决这个 '晶片移植技术' 的问题, 而解决这个问题的方法之一就是Virey所说的 '单片式途径' .
单片式途径让MicroLED能以最终显示器的间距直接生长在晶片上. 但这种单片式途径对于具有高画素密度(例如﹥2000PPI[画素/英寸])的微型显示器极其有利, 但并不能成为MicroLED的通用解决办法.
为什么呢? 因为LED晶圆尺寸被限制在4x6英寸. 如果显示器间距太大, 大部份珍贵的晶圆面积都会被浪费掉. Virey说: '想像在晶圆表面放置100um间距的5um MicroLED, 你可是浪费了99.75%的晶圆表面啊! '
对于行动装置, 电视和显示器所需的大尺寸显示器而言, 大多数MicroLED显示器制造商都使用 '拾取和放置' 的方法, 将微小的LED晶片放置在显示器背板.
缺陷管理和维修策略
Virey说, 在各种有关MicroLED显示器制造的问题中, 业界最需要的是制定缺陷管理和维修策略. 毕竟在大多数高阶显示器保证零缺陷的时候, MicroLED显示器将难以因应PPM缺陷率的竞争.
假设MicroLED的良率(结合了外延和晶片制造)是99.9%, 而移植与互连良率也是99%, 二者相乘的结果是使MicroLED的组合缺陷率为2000ppm. 这当然不够好, 因而正引发业界展开大规模的研究, 积极寻求开发MicroLED测试的方法.
谁将会胜出?
Virey指出, 追逐MicorLED专利的行动并不只是Apple一家公司, Google和Facebook也正积极投入这项技术. 此外, 还有许多研究机构, 显示器制造商, LED制造商, 半导体公司和新创公司等等, 太多的 '有智之士' 都积极参与其中.
在这些参与厂商中, Virey观察到, Apple (在收购Luxvue之后) '目前拥有最广泛的MicroLED专利组合. 而LG和华为也是强大的竞争对手. '
Sony同样是MicroLED技术的早期开发商. 该公司自2008年以来致力于MicroLED的创新, 并曾在2012年CES展示55吋的全高解析度(Full HD) MicroLED电视原型. 但Virey说, Sony自那次之后的发展重心似乎转向了大尺寸荧幕的工业/商用市场.
未来谁将在此领域胜出还有待观察, 但Yole将智慧手表视为MicroLED得以最早实现的目标应用. 另一方面, Virey也强调, MicroLED '将不会完全取代OLED和LCD, 而是最终在诸如穿戴式装置, AR, MR和抬头显示器等利基应用领域处于强势地位. '
编译: Susan Hong