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MicroLED离我们还有多远?问问三星和苹果

时间:2018-09-20 作者:Junko Yoshida 阅读:
MicroLED技术目前发展到哪里了?除了Apple,业界有哪些厂商加入MicroLED热潮?影响MicroLED延迟导入穿戴设备市场的原因又是什么?

苹果(Apple)在日前的年度iPhone新机发表会同步推出了Apple Watch Series 4,全新系列的智能手表甚至比最新一代iPhone更吸睛。第四代Apple watch采用更窄的边框与圆角设计,配备较大屏幕且内建EKG扫描仪,被一些媒体报导誉为“Apple秋季硬件新品中最受欢迎的小玩意儿。”SMyEETC-电子工程专辑

Moor Insights & Strategy创办人兼总裁Patrick Moorhead说:“Apple藉由推出Watch Series 4,延续其打造‘腕上计算机’(computer on the wrist)的差异化策略,执行真正的行动应用程序(app),而不仅仅是小应用程序(applet)。”他认为Series 4提供更大30%的可视影像区域,成为吸引新用户的关键。他并补充说,这可能有助于让使用者更喜欢“依赖于其Watch而非iPhone。”SMyEETC-电子工程专辑

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Apple Watch Series 4(来源:Apple)SMyEETC-电子工程专辑

另一方面,显示技术观察家则采用完全不同的角度来观察Watch Series 4。他们想知道Apple什么时候才能准备好将微型发光二极管(MicroLED)用于Watch屏幕,以取代OLED。如果Apple成功实现这一目标,那么这家从来都不是显示器供货商的业界巨擘,将独家掌握一项世界上还没有其他业者专精的技术。SMyEETC-电子工程专辑

首先必须澄清的是,Watch Series 4并未支持MicroLED。SMyEETC-电子工程专辑

Yole Développement资深市场和技术分析师Eric Virey认为,这一点也不令人意外。“我们知道Apple仍十分积极地致力于开发其MicroLED显示技术,但即使他们已经十分接近其产品所需的‘完美显示器’,仍然需要一些时间来建立供应链、加速制造以及管控质量。”SMyEETC-电子工程专辑

Virey去年曾经预测MicroLED可望在2019年下半年导入可穿戴设备市场,用于像Apple Watch等产品中。但在今年受访时,他坦言消费性MicroLED产品量产的时间表还要再推迟至少两年——到2021年。SMyEETC-电子工程专辑

究竟发生了什么改变?Apple目前的MicroLED技术进展到哪里了?业界还有其他厂商加入MicroLED热潮吗?影响MicroLED导入严重延迟的原因又是什么?Virey将与我们分享如今MicroLED技术难以捉摸的突破。SMyEETC-电子工程专辑

为什么要用MicroLED?

MicroLED显示器由一系列形成个别像素的微型LED数组组成。与OLED不同的是,MicroLED使用传统的氮化镓(GaN) LED技术。从高亮度、高动态范围和广色域到快速刷新率、广视角和低功耗,MicroLED带来了诸多承诺。这一技术的支持者还声称,MicroLED的整体亮度较OLED产品更高30倍,同时提供更高的每瓦流明效率。SMyEETC-电子工程专辑

那么,MicroLED如何改变用户的观看体验?Virey说,最重要的因素在于MicroLED的低功耗特性,“能够将转化为更长的电池寿命。”SMyEETC-电子工程专辑

同样重要的是MicroLED的亮度。“这意味着从任何角度和任何条件下,它都能提供出色的可读性,甚至是在明亮的阳光直射时。”Virey强调:“这在许多使用情况下是一项极具价值的功能,例如当人们不希望为了在阳光下读取显示器而必须不断改变手表的位置或用手遮盖手表时。”SMyEETC-电子工程专辑

发展道路上的障碍

尽管Virey预测MicroLED将延迟两年推出,但他认为,阻碍MicroLED发展的一些主要障碍开始逐渐消失了。SMyEETC-电子工程专辑

其中的问题包括将非常微小的单个LED芯片转移到显示器的方法改善了,同时也从LED获得了更好的产量和能源效率。SMyEETC-电子工程专辑

MicroLED芯片究竟有多小?为了打造基于MicroLED的4K显示器,必须安装2,500万个LED芯片——据Virey的说法,每个芯片都只有“花粉粒”般大小,其定位精确度达到了~1μm。但这可不是什么轻松的事。SMyEETC-电子工程专辑

他解释说,“我们还无法大量制造”商用显示器。然而,MicroLED技术的水平已经提高到可让业界打造原型的程度了。SMyEETC-电子工程专辑

透过「原型」,Virey认为MicroLED显示器中的大多数像素都能发光。这一假设存在可容忍的缺陷数。而且,通常,成本和产量都不是原型开发考虑的目标。SMyEETC-电子工程专辑

相形之下,消费级MicroLED必须达到零像素缺陷;同时,MicroLED提供更高的性能和更佳效率,完胜LCD和OLED。虽然必须达到指定的“完美色彩和亮度均匀度”,但是根据Yole的说法,MicroLED有望提供“超过1,000小时的稳定度”以及“从任何角度都没有肉眼可见的拼接/放置错误”。SMyEETC-电子工程专辑

总之,MicroLED已经通过了早期可行性、技术开发和技术展示等阶段了。但是,Virey解释说,就像LCD和OLED等既有的显示技术一样,MicroLED的系统/设备开发和制造等最后一哩路更难走。SMyEETC-电子工程专辑

三星插旗MicroLED市场

过去一年来,更加明朗的是三星(Samsung)积极插旗MicroLED市场。SMyEETC-电子工程专辑

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三星在CES 2018亮相首款模块化MicroLED电视The WallSMyEETC-电子工程专辑

这家韩国巨擘在今年初的CES 2018上展示一款146吋屏幕的MicroLED电视,称为‘The Wall’。三星声称The Wall电视采用的MicroLED技术“无需使用彩色滤光片或背光,而能让屏幕为消费者提供绝佳的观看体验。”三星并补充说:“MicroLED屏幕在耐用性和有效性方面表现优异,包括发光效率、光源寿命和功耗,为未来的屏幕技术设定了新标准。”SMyEETC-电子工程专辑

虽然三星称之为MicroLED,但三星在CES的原型采用的是120μm×200μm的LED芯片。据Virey的观察,三星的The Wall更准确地说应该算是‘miniLED’,因为要说它是‘micro’又太大了。Yole估计,三星的146吋The Wall电视的成本大约在20万到25万美元之间。SMyEETC-电子工程专辑

然而,三星承诺将在2019年推出基于MicroLED的低成本版“消费型4K电视”新设计。新版本将包含30μm x 50μm的LED芯片。在Yole看来,这更像是三星公关部门预告其投入MicroLED市场的另一项行动。如果三星确实瞄准了消费市场,那么该公司基于MicroLED的电视应该会使用小于10um的LED芯片。SMyEETC-电子工程专辑

IP现况

根据专精于专利分析的Yole旗下子公司Knowmade表示,过去五年来,MicroLED领域的IP活动快速扩增。从2012年至2017之间的专利出版物年复合成长率(CAGR)达到了53%。然而,Virey观察到,专利的增加并不一定表示MicroLED的技术突破突然大量增加。相反地,随着业界对于MicroLED的兴趣日益升温,拥有LCD和OLED技术的传统显示器公司纷纷提出了专利申请——而且是任何专利——以避免其相关技术有朝一日证实与MicroLED生产相关。SMyEETC-电子工程专辑

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MicroLED专利出版物(来源:Yole Developpement)SMyEETC-电子工程专辑

然而,Virey补充说,传统的显示器公司也开始进入MicroLED领域,“因为他们可不能不关注MicroLED啊!”SMyEETC-电子工程专辑

毕竟,MicroLED已经是一种“全球趋势”了,Virey表示,超过120多家组织提交的MicroLED专利出版物数量已经达到了1,495项。其中,628项专利已获批准,780项正在申请中。SMyEETC-电子工程专辑

值得注意的是目前涉及MicroLED专利的组织数量。Virey解释说,为了打造MicroLED,公司需要从芯片、转移(transfer)到组装相关的各种技术。“很少有公司拥有如此广泛的横向专利。”不过,他表示,Apple似乎就拥有涵盖MicroLED各方面的重要专利。SMyEETC-电子工程专辑

在持有MicroLED相关IP的业者中,爱尔兰公司X-Celeprint拥有“相当广泛的专利组合”,涵盖从转移——X-Celeprint称其为微转移(micro-transfer printing;uTP)技术,到提高MicroLED制造的技术范围,囊括MicroLED技术的上游和下游。SMyEETC-电子工程专辑

台湾新创公司镎创科技(PlayNitride)也拥有两项主要技术,包括巨量转移工艺和像素修复技术。今年初,市场上一直流传着有关Apple与PlayNitride合作开发MicroLED的消息。还有一些传言则指三星可能收购PlayNitride。然而,Virey在上周证实了三星投资了30%的PlayNitride所有权。SMyEETC-电子工程专辑

Virey说,三星虽然较晚进军MicroLED市场,但一直“积极地寻找可收购或授权技术的公司”。除了PlayNitride,三星今年初还与中国LED巨擘三安光电(San’an Optoelectronic s)达成项协议,计划共同开发MicroLED显示器。如今,三安由于拥有最大的制造产能而主导LED市场。对于三星而言,与三安的合作对于确保稳定的LED芯片供应至关重要。SMyEETC-电子工程专辑

然而,Apple仍在MicroLED开发方面保持领先地位。Virey说,Apple于2014年收购新创公司Luxvue——为消费性电子产品开发低功耗MicroLED显示器的开发商,让Apple得以拥有“迄今为止最广泛的MicroLED专利组合”。SMyEETC-电子工程专辑

Apple于2015年12月收购Maxim Integrated位于硅谷的晶圆厂,就是一个最佳照。由于Apple的Luxvue采用基于MEMS的印刷技术,可将微小的LED芯片精确地放置在背板上,因此,Virey推测那就是在以前的Maxim小型MEMS厂打造的,后来由Luxvue团队用于进行试运转,进一步完善其“转移压印头”(transfer heads)的技术。SMyEETC-电子工程专辑

智能手表:易于实现的目标

在各种MicroLED应用中,Virey认为智能手表是“容易实现的目标”,主要原因在于MicroLED用于智能手表的优势比比电视或智能型手机等应用更明显势。SMyEETC-电子工程专辑

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MicroLED应用(来源:Yole Développement)SMyEETC-电子工程专辑

然而,Virey提醒道,Apple想要最先使用MicroLED也不是那么容的事。如果Apple打算在其Watch中使用MicroLED,必须从一开始就确保能够大量供应,因为Apple Watch市场本身十分庞大。相形之下,他推测像小米(Xiaomi)或华为(Huawei)等较小型的OEM将只需要大约几百万片MicroLED的规模。SMyEETC-电子工程专辑

无论是哪一种方式,很难想象Apple会在未完全就绪的情况下冒险推出MicroLED。Virey说,Apple的作法通常不仅希望完善技术,甚至想“进一步扩大与竞争对手的差距,并带来一些MicroLED技术的独特和突破性能。”SMyEETC-电子工程专辑

例如,Virey推测,Apple可能会整合所有的像素,然后利用在MicroLED显示器上的更大可用空间,添加各种不同的“像素传感器”。他补充说,这可能会是3D传感技术,包括手势和位置。SMyEETC-电子工程专辑

随着MicroLED的工艺日趋成熟,Yole预计未来的应用将进一步扩展。Yole并将2021年至2023年称为MicroLED的“第一阶段”,预计MicroLED将在此阶段进入智能手表以及“非常高端的大尺寸电视(85-110吋)等成本不受限的应用。”SMyEETC-电子工程专辑

此外,Virey指出,MicroLED的早期杀手级应用可能包括扩增实境(AR)以及车用抬头显示器(HUD)等“小型设备......它们不需要很大的量。”SMyEETC-电子工程专辑

编译:Susan HongSMyEETC-电子工程专辑

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Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
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