Micro-LED有望促使顯示屏向輕薄化、小型化、低功耗、高亮度方向發(fā)展，被譽(yù)為“下一代微顯示器技術(shù)”。3月3日，國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心(蘇州)、江蘇第三代半導(dǎo)體研究院與智慧芽聯(lián)合發(fā)布《2023 Micro-LED產(chǎn)業(yè)技術(shù)洞察白皮書》(以下簡稱“白皮書”)。白皮書從技術(shù)研發(fā)視角出發(fā)，全面分析了Micro-LED產(chǎn)業(yè)的競爭環(huán)境、重點(diǎn)技術(shù)、代表企業(yè)等情況。
中國科學(xué)院院士、國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心(蘇州)主任郝躍在發(fā)布會致辭中表示：“現(xiàn)今，我國正在大力實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，中國科技正向著價值鏈的上游攀升。Micro-LED作為LED發(fā)展新賽道，市場增幅和市場潛力巨大。白皮書經(jīng)過課題研究組半年多時間的梳理、分析、總結(jié)，致力于填補(bǔ)Micro-LED產(chǎn)業(yè)分析中‘市場—技術(shù)—專利’的研究空白，為企業(yè)的專利構(gòu)思與布局提供支撐，幫助企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)預(yù)測技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新點(diǎn)，減少科研的盲目性和重復(fù)性，同時強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)間的協(xié)同合作，為政府的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展決策提供相關(guān)參考。”
白皮書顯示：Micro-LED產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出市場潛力大、技術(shù)儲備豐富、創(chuàng)新研發(fā)熱度高漲的特征，全球該領(lǐng)域的專利申請已超過4萬件，正處于爆發(fā)式增長期;從創(chuàng)新主體來看，中國頭部企業(yè)與國際龍頭齊頭并進(jìn)，在專利申請量Top 15企業(yè)中，中國企業(yè)已占一半以上;從技術(shù)上看，Micro-LED產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)難題主要集中于外延&芯片結(jié)構(gòu)、巨量轉(zhuǎn)移、全彩顯示和顯示驅(qū)動上，上述技術(shù)正在加速攻堅進(jìn)程;此外，白皮書著重從企業(yè)維度進(jìn)行縱向深度研究，解析了包括三星、蘋果在內(nèi)的多家頭部企業(yè)在各細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)路線。
技術(shù)儲備豐富 研發(fā)熱度高漲
從技術(shù)創(chuàng)新的維度看，根據(jù)智慧芽數(shù)據(jù)顯示，截至2022年6月，Micro-LED全球?qū)＠麅湟殉^4萬件，技術(shù)儲備豐富;且從2017年開始，Micro-LED技術(shù)研發(fā)活躍度明顯上升，目前正處于爆發(fā)式增長期。
Micro-LED是在一個芯片上集成高密度微小尺寸的LED陣列。相較于現(xiàn)已大規(guī)模量產(chǎn)的LCD技術(shù)和OLED技術(shù)，Micro-LED的性能優(yōu)勢顯著：長壽命、高對比度、可實(shí)現(xiàn)高分辨率、響應(yīng)速度快、更廣的視角效果、豐富的色彩、超高的亮度和更低的功耗等。
目前Micro-LED芯片已在眼鏡、電視等顯示場景實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，但大部分產(chǎn)品還處于概念階段，未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場推廣。隨著Micro-LED相關(guān)的紅光芯片、轉(zhuǎn)移、全彩顯示等關(guān)鍵技術(shù)的突破和逐漸成熟，商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化成本大幅度降低，芯片良率進(jìn)一步提高， Micro-LED預(yù)計將率先實(shí)現(xiàn)后端的顯示場景應(yīng)用。
根據(jù)Omdia數(shù)據(jù)顯示，受智能手表和高端電視市場需求影響，全球Micro-LED顯示器的出貨量將從2020年的低水平飆升至1600多萬片，市場需求潛力巨大。
圖：Micro-LED全球技術(shù)創(chuàng)新概況
中國頭部企業(yè)與國際巨頭齊頭并進(jìn)
在全球Micro-LED專利申請量TOP15的企業(yè)中，中國企業(yè)占據(jù)一半以上，其中京東方、華星光電這2家中國企業(yè)已躋身全球前5?？梢娭袊^部企業(yè)在Micro-LED領(lǐng)域具有較強(qiáng)優(yōu)勢，特別是顯示面板類企業(yè)。而在中國頭部企業(yè)之外，韓國三星、LG公司的專利申請量同樣排在全球前列，尤其是三星，技術(shù)優(yōu)勢顯著。
白皮書顯示，Micro-LED技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新較活躍的區(qū)域主要集中在中、美、韓三國。從全球頭部創(chuàng)新主體來看，同樣是中國、韓國、美國企業(yè)占據(jù)更大的優(yōu)勢，且主要以顯示面板、光電類企業(yè)為主。在技術(shù)儲備上，全球的頭部企業(yè)技術(shù)儲備豐富，與后梯隊的創(chuàng)新主體拉開明顯的差距。
圖：Micro-LED全球&中國主要創(chuàng)新主體
四大關(guān)鍵技術(shù)突破在望
當(dāng)前，可靠性技術(shù)的應(yīng)用是影響Micro-LED產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的主要因素之一，具體集中在外延&芯片結(jié)構(gòu)、巨量轉(zhuǎn)移、全彩顯示和顯示驅(qū)動等技術(shù)領(lǐng)域。白皮書顯示：上述四大關(guān)鍵技術(shù)均已有了一定量的技術(shù)儲備，且正在加速技術(shù)攻堅，為產(chǎn)業(yè)化落地奠定基礎(chǔ)。
在外延&芯片結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，全球?qū)＠季挚偭砍^3500件。在該領(lǐng)域的技術(shù)挑戰(zhàn)中，突破量子效率問題是當(dāng)前行業(yè)的熱點(diǎn)研發(fā)方向。由于該問題是因為制造過程中等離子體刻蝕產(chǎn)生的側(cè)壁損傷引入了非輻射復(fù)合中心和漏電流而引起的，因此行業(yè)主流通過改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)、改進(jìn)制造工藝、避免刻蝕工藝三種方式以改進(jìn)側(cè)壁損傷。
圖：外延&芯片結(jié)構(gòu)領(lǐng)域改進(jìn)側(cè)壁損傷技術(shù)流派
在巨量轉(zhuǎn)移領(lǐng)域，全球?qū)＠季挚偭砍^3300件。由于Micro-LED發(fā)光層和驅(qū)動基板生長工藝差異，巨量轉(zhuǎn)移是必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。以一臺4K電視為例，需要轉(zhuǎn)移的晶粒高達(dá)2400萬顆，即使一次轉(zhuǎn)移1萬顆，也需要重復(fù)2400次，因而轉(zhuǎn)移過程中的轉(zhuǎn)移效率、精度、良率問題將重點(diǎn)影響轉(zhuǎn)移后的顯示性能。當(dāng)前，該領(lǐng)域主要有五大技術(shù)流派：分子作用力、靜電、磁力轉(zhuǎn)移、激光轉(zhuǎn)印、自組裝，其中分子作用力方向的專利布局?jǐn)?shù)量較高。
圖：巨量轉(zhuǎn)移領(lǐng)域技術(shù)流派
在全彩顯示領(lǐng)域，全球?qū)＠季挚偭砍^2000件。全彩顯示能力是Micro-LED技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。Micro-LED彩色化實(shí)現(xiàn)方法主要包括RGB三色LED法、波長轉(zhuǎn)換法和3D納米線法。由于目前波長轉(zhuǎn)換技術(shù)可形成高分辨率，較其他方法對驅(qū)動集成要求低，整體商品化成本也較低，因此該技術(shù)成為了研發(fā)熱點(diǎn)，主要應(yīng)用單色紫外光LED或藍(lán)光LED搭配色彩轉(zhuǎn)換材料來達(dá)成全彩化，著重關(guān)注關(guān)注量子轉(zhuǎn)換效率和光串?dāng)_問題的突破。
圖：全彩顯示領(lǐng)域波長轉(zhuǎn)換方法技術(shù)路線
在顯示驅(qū)動領(lǐng)域，全球?qū)＠季挚偭砍^1700件。Micro-LED是電流驅(qū)動型發(fā)光器件，其驅(qū)動方式一般分為被動驅(qū)動和主動驅(qū)動。由于被動驅(qū)動在Micro-LED應(yīng)用上擁有諸多劣勢，因此，以CMOS和TFT為代表的主動驅(qū)動設(shè)計方案或?qū)⒊蔀镸icro-LED技術(shù)發(fā)展的良伴。舉例來看，在CMOS驅(qū)動技術(shù)中，為突破Micro-LED和驅(qū)動矩陣精準(zhǔn)對準(zhǔn)困難的問題，當(dāng)前業(yè)界正重點(diǎn)研發(fā)Micro-LED與CMOS驅(qū)動電路的鍵合技術(shù)。
圖：顯示驅(qū)動領(lǐng)域CMOS驅(qū)動轉(zhuǎn)移鍵合技術(shù)路線
深度洞悉頭部企業(yè)技術(shù)路線
隨著Micro-LED產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，上下游產(chǎn)業(yè)鏈逐漸清晰，白皮書深度刻畫了全球Micro-LED產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)圖譜，并從供應(yīng)鏈的角度，揭示了當(dāng)前該產(chǎn)業(yè)中各大主流廠商之間的合作關(guān)系。研究顯示，當(dāng)下頭部廠商已逐漸形成各自穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系，其中三星的供應(yīng)鏈構(gòu)建尤為完善。
圖：Micro-LED各大主流廠商合作和供應(yīng)鏈關(guān)系
此外，從技術(shù)研發(fā)的視角，白皮書不僅著重分析了三星與蘋果兩家Micro-LED頭部企業(yè)的技術(shù)全貌，更是在四大關(guān)鍵技術(shù)分析的同時，融入了企業(yè)維度進(jìn)行縱向深入研究，解析了包括三星、蘋果、Play Nitride、XDC、Aledia、英特爾、華星光電在內(nèi)的多家頭部企業(yè)在各細(xì)分領(lǐng)域的技術(shù)演進(jìn)路線。
如在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)領(lǐng)域中，蘋果是全球在該領(lǐng)域布局專利最多的創(chuàng)新主體。白皮書通過解讀蘋果與其收購的Luxvue的核心專利家族，呈現(xiàn)了蘋果圍繞巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)構(gòu)建的技術(shù)護(hù)城河。
圖：蘋果/Luxvue巨量轉(zhuǎn)移相關(guān)核心專利家族解讀
另外，在外延&芯片結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域中，Play Nitride是全球在該領(lǐng)域布局專利最多的創(chuàng)新主體。白皮書描繪了該公司利用多種技術(shù)手段改進(jìn)側(cè)壁損傷的技術(shù)路線，如通過改變芯片結(jié)構(gòu)方式，在P/N半導(dǎo)體層何電極之間設(shè)置電流調(diào)控結(jié)構(gòu)、斜角LED結(jié)構(gòu);或通過避免刻蝕工藝的方式，基于隧道效應(yīng)提升發(fā)光效率等。
圖：Play Nitride改進(jìn)側(cè)壁損傷技術(shù)路線
聯(lián)合發(fā)布單位介紹：
國家第三代半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新中心(蘇州)(簡稱“國創(chuàng)中心”)于2021年3月獲科技部批復(fù)支持建設(shè)。國創(chuàng)中心集聚全國優(yōu)勢力量為第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供創(chuàng)新源頭技術(shù)供給，輸出高質(zhì)量科技創(chuàng)新成果，輻射帶動形成一批具有核心競爭力的創(chuàng)新企業(yè)，貫通創(chuàng)新鏈、技術(shù)鏈、人才鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。
江蘇第三代半導(dǎo)體研究院是由江蘇省、蘇州市、蘇州工業(yè)園區(qū)共建的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)，是國創(chuàng)中心的建設(shè)實(shí)施單位，聚焦第三代半導(dǎo)體在新型顯示、5G 通信、電力電子、環(huán)境與健康等領(lǐng)域的應(yīng)用，開展第三代半導(dǎo)體高質(zhì)量材料制備技術(shù)、器件外延技術(shù)、芯片工藝技術(shù)、應(yīng)用模塊設(shè)計與集成技術(shù)、相關(guān)裝備技術(shù)等關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。
智慧芽是一家科技創(chuàng)新信息服務(wù)商，聚焦科技創(chuàng)新情報和知識產(chǎn)權(quán)信息化服務(wù)兩大板塊通過機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺、自然語言處理 (NLP)等人工智能技術(shù)，智慧芽為全球的科技公司、高校和科研機(jī)構(gòu)、金融機(jī)構(gòu)等提供大數(shù)據(jù)情報服務(wù)。截至目前，智慧芽已經(jīng)服務(wù)全球50多個國家超12000家客戶，涵蓋了高校和科研院所、生物醫(yī)藥、新材料、新能源、智能制造、通信電子、新能源汽車、半導(dǎo)體等50多個高科技行業(yè)。
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