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Micro LED显示器的优势、技术挑战和制造商前景

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共0条评论】【我要评论 时间:2021年4月08日

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预计到2025年,Micro LED显示器的收入将达到70亿美元。

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由于制造工艺复杂、工艺和设备标准化程度低、供应链的参与者众多、良品率管理和产量不成熟、不稳定,Micro LED 显示器成本居高不下。

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据估计,从2020年到2025年,Micro LED显示器的资本支出将达到80亿美元。其中,32亿美元用于Micro LED外延片(epi wafer)工艺、48亿美元用于Micro LED批量转移、模块化和组装。LED世界资讯网A j%y"G%d

 

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尽管在制造和成本方面仍然存在诸多挑战,Micro LED作为一种新兴的显示技术正在日新月异地发展。许多公司将Micro LED显示器视为取代LCD和OLED的下一代显示器。另一方面,许多公司计划大规模生产Micro LED显示器,以便安装在不适合使用LCD和OLED的应用中,例如超大尺寸电视/公共标牌或智能手表显示器。

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Micro LED显示器成功的关键是实现高密度的自发光LED芯片组,其像素间距为微米级,然后将LED芯片放置在有源矩阵基板或模块上,通过micro LED芯片阵列实现显示功能,提供高品质的色彩和出色的亮度。

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换句话说,与LCD或OLED不同,Micro LED显示器不需要大面积的基板进行光刻或蒸发,也不需要一个复杂的过程来转换颜色和防止亮度降低。从理论上讲,Micro LED可以很简单,成本更低,画面性能更高,这使得Micro LED成为一种完美的显示技术。

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Micro LED显示器的优缺点LED世界资讯网,C{)pT.K|!z

 

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与主流显示技术LCD和OLED相比,Micro LED显示器具有许多优点。下图显示了LCD、 OLED和Micro LED显示器性能的评分比较。LED世界资讯网d])~s!aM [m].k v

 

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图 1:LCD、OLED和Micro LED显示器的性能比较(来源:Omdia)

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Micro LED在亮度效率、亮度水平、对比度、寿命、水氧电阻、响应时间、工作温度和功耗等方面优于LCD和OLED。以上都得益于LED芯片组的特性。LED世界资讯网$}K,IF:BU

 

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但由于模块化,在灵活性、成本竞争力和抗冲击性方面与LCD和OLED相比并不占优势。

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对于LCD来说,它的成本低于OLED,它比OLED具有更好的亮度效率和亮度水平。就水氧电阻和寿命而言,OLED并不占优势,但它的柔韧性很好,而且随着生产规模的增加,成本会大幅降低。LED世界资讯网,u$|4WD8G x$]Ij

 

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通过与LCD和OLED比较,Micro LED显示器更胜一筹,但仍有一些问题需要解决,如较低的成本竞争力、抗冲击性和灵活性。这表明如果Micro LED显示器制造商的目标是取代LCD或OLED,他们应该瞄准那些不需要灵活性、且属于高端类别的应用。这就解释了为什么许多Micro LED显示器开发商将目标锁定在超大尺寸的高端电视/数字标牌显示器、高端豪华汽车显示器或高端IT显示器。LED世界资讯网BQb3c4RN+y2z

 

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下图显示了Micro LED显示器的优势、劣势、机会和威胁 (SWOT)。

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图 2:Micro LED显示器的SWOT分析(来源:Omdia)

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Micro LED显示器样机及商业化

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迄今为止,很多公司已经将micro LED显示器样机或初步产品商业化并进行了演示。

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Plessey 0.7英寸 1920x1080 硅片 Micro LEDLED世界资讯网2W~yd6n#mx+k$@g

JBD 0.4英寸 1280x720 硅片 Micro LEDLED世界资讯网7TT+mt pZW(p

ADRC 0.22 英寸 Micro LED,配备LTPS TFT背板

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ITRI 2.5 英寸120 x 120 Micro LED,配备无源基板

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华星光电3.3 英寸 Micro LED显示器,配备氧化铟镓锌(IGZO) TFT背板

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PlayNitride 458像素/英寸 (ppi) Micro LED,配备LTPS TFT背板LED世界资讯网j%}T!Xn7J!V

天马 720x480 透明Micro LED显示器,配备LTPS TFT背板

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eLux 12.1 英寸 720x240 全彩Micro LED显示器LED世界资讯网M+Yx0d gp

AUO 9.6 英寸 1920x960 柔性Micro LED显示器,配备228 ppi和超过550万个Micro LED芯片组LED世界资讯网"^5q9@B p,]M'Lw8PC9p

AUO 12.1 英寸柔性Micro LED显示器,用于车载显示器应用LED世界资讯网Z1R#K&[W

康佳 230 英寸 8K Micro LED数字标牌LED世界资讯网w6bibDh[ o

海信 118 英寸 4K Micro LED数字标牌

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TCL 132 英寸 4K Micro LED电视,像素间距为0.76mmLED世界资讯网/c u,K~o^P

三星 146 英寸 The Wall 4K Micro LED数字标牌显示器LED世界资讯网ef!p&@"H%i3X

夏普 24 英寸曲面Micro LED显示模块LED世界资讯网2A.WmE Sj\

索尼 395 英寸 7680x2160 Micro LED标牌显示器LED世界资讯网y%LBQI/p

康佳2英寸Micro LED显示器,用于具有量子点颜色转换和LTPS TFT背板的智能手表LED世界资讯网`!F ~0pg _8L!S IM

 

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2020年,三星电子开始将其146英寸Micro LED显示器“The Wall”进行商业推广。

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三星电子计划于2021年针对公共展示场所和豪华公寓的起居室推出一款全新的110英寸Micro LED显示器。该显示器仍然基于印刷电路板(PCB)背板,但三星电子的目标是在不久的将来应用LTPS TFT背板。LED世界资讯网.yI:E,^ [(I

 

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该款特殊产品有几个重要的里程碑:

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Micro LED显示器的RGB三合一封装LED世界资讯网!fS!\$e(|x

非常小的Micro LED尺寸:75μmx125μm

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印模传输技术

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下图为三星电子新推出的110英寸Micro LED显示器。LED世界资讯网.P+Np7V T `Wx

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图 3:三星110英寸Micro LED显示屏及规格(来源:Omdia,三星电子)

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三星146英寸的The Wall Micro LED数字标牌显示器每台售价超过27万美元。全新的110英寸Micro LED显示器估计每台售价超过13万美元。它的售价高昂,使它步入了超级奢侈品的行列。LED世界资讯网%rG!Upcb6U*EYOb

 

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三星电子计划从现在起为家庭推出更多的Micro LED显示器,包括75英寸、88英寸、94英寸和99英寸。所有这些显示器都具有高密度的微米级像素间距的Micro LED芯片和一个全新的LTPS TFT背板。三星电子的Micro LED电视供应链包括三安光电、EPISTAR、PlayNitride、AUO和BOE。LED世界资讯网A#U3~)} [ Qt

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Micro LED显示器预测

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到2021年,Micro LED显示器将在公共显示和电视领域实现商业推广。正如Omdia在《显示器长期需求预测追踪报告 ─ 3Q20分析》中的预测,近眼应用,如智能眼镜、头戴式显示器和增强现实(AR)/虚拟现实(VR)设备,以及智能手表将于2022年开始使用Micro LED显示器。LED世界资讯网a+qg8o&k1Zv

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Omdia预计,从2024年开始,Micro LED显示器将出现在汽车显示屏和台式显示器领域。预计到2025年,Micro  LED显示器收入将从2020年的0.2亿美元增至70亿美元。这仍然远远小于LCD收入(920亿美元)和OLED收入(480亿美元)。然而,Micro LED具有较强的发展潜力。

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图 4:Micro LED显示器预测(单位:千)(来源:Omdia)LED世界资讯网1hp QbApX&t

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Micro LED显示器制造挑战

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Micro LED显示器最严重的不足在于制造挑战和经济规模较小造成的高额成本,这让其难以在成熟的显示器市场竞争。LED世界资讯网%`R*J5W4o Q"`ay'Pq

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最关键的是,Micro LED显示器模块的制造工艺尚未实现类似于LCD或OLED的标准化,并且每个制造商都在开发自己的独特工艺和产品技术。这使Micro LED显示器制造工艺复杂、品种繁多。LED世界资讯网 _K Rin y8m%c

 

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此外,设备和工具都是定制的,成本很高。同时,参与制造工艺的公司很多,包括Micro LED外延片制造商、PCB/LTPS制造商、批量转移制造商、驱动器集成电路(IC)制造商、机柜组装制造商、模块化制造商和OEM/ODM制造商。涉及的制造商越多,转型成本就越高。LED世界资讯网2tg'^;m#rv M5K

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换句话说,Micro LED显示器的高成本是由以下四个因素造成的:LED世界资讯网!FHG'qe%Z4Z i#\

复杂的生产工艺LED世界资讯网2[pvlZ

工艺和设备标准化程度低

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多个供应链参与者

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良品率管理和产量不成熟、不稳定LED世界资讯网nnH&ew,R#C0``

 

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Micro LED显示器模块工艺可以按照以下步骤排序:

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Micro LED部件LED世界资讯网 pno$j8e9^|

外延片的矽晶锭LED世界资讯网J~ K6_HtY

Micro LED芯片分割

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中介层上的倒装芯片 Micro LEDLED世界资讯网/PH/\7iq

 

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背板和批量转移LED世界资讯网/f v"u(ia&x

LTPS/PCB背板

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批量转移(从中介层上的Micro LED到背板)LED世界资讯网/mW#O Ww dEQ

Micro LED芯片检修

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模块化

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IC键合

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模块组装LED世界资讯网w `$lu;D

检修

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图 5:Micro LED显示器模块制造工艺(来源:Omdia,三星LED世界资讯网)Z1|z].n t

照片由Park Ken/Omdia在2020年1月内华达州拉斯维加斯的“2020年消费电子展(CES)”拍摄LED世界资讯网zb'eOHX U5H7uP

 

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这些工艺存在四个主要的挑战和技术问题:LED世界资讯网c;{4_(m8]@

 

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Micro LED芯片和结构:Micro LED芯片结构比传统LED更为复杂。LED世界资讯网3cw)i&eP$vvO%mG

 

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背板:TFT背板设计比一般的TFT更为复杂。

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批量转移工艺:存在许多可选的批量转移工艺,例如静电转移、电磁转移、激光转移、印模转移、整体转移、射流转移、逐一固晶转移和可拉伸巨量转移,每一种都有其优缺点。LED世界资讯网#E.C"L+d.j S v*~5O J)`

 

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检修:如有必要,需要对每个Micro LED芯片组进行检修。因为有数百万甚至数千万个亚像素,即使良品率达到99.99%,仍需修复存在缺陷的Micro LED芯片组。检修非常耗时。LED世界资讯网*tN3B b ?0Y

 

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图 6:Micro LED制造挑战和技术问题(来源:Omdia,Freepik Company S.L.)LED世界资讯网%et@%f`.r*@DK[(p/}\

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Micro LED显示器投资LED世界资讯网;g L5U` rk

 

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虽然仍然存在技术和制造挑战,但许多公司在Micro LED显示器制造方面投入了资本支出。它们为各种工艺投资,因为Micro LED显示器模块的制造工艺复杂。工艺包括有机金属化学气相沉积(MOCVD)、外延片、批量转移、Micro LED芯片设计、互补金属氧化物半导体(CMOS)背板、TFT背板、驱动器集成电路、模块化、检修设备、系统集成等。LED世界资讯网~k8zmZ-GDK

 

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由于独特的工艺,Micro LED设备非常昂贵。预计设备价格如下:LED世界资讯网Co)t5S!N!dB{

Micro LED芯片MOCVD设备:200万美元/套LED世界资讯网q{;MjA*?

Micro LED MOCVD后生产线设备:100万美元/条LED世界资讯网];i6mS?JD,J

Micro LED显示器模块和设备(激光转移到模块化):年产50万台100英寸micro LED显示模块需投资5亿至10亿美元LED世界资讯网a4i-T!z%G0D

 

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以下是各制造商Micro LED显示器制造投资情况一览表。

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表 1:Micro LED显示器投资公司及2020-2025年预计资本支出(来源:Omdia)LED世界资讯网}*w-]F3K4u;WLs

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表 2:Micro LED显示器设备和应用制造商(来源:Omdia)LED世界资讯网:\$JWLT3`

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据估计,从2020年到2025年,Micro LED显示器的资本支出将达到80亿美元。其中32亿美元用于micro LED外延片工艺,48亿美元用于micro LED批量转移、模块化和组装。

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关键词: LED显示器 Micro micro 技术
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