“元宇宙”这把火已经烧到上游产业链了！

近日，TCL科技发布公告称，将投资150亿元扩建一条第6代LTPS LCD显示器件生产线，生产中小尺寸高端显示屏幕，可用于VR等设备。

京东方控股的子公司云南创视界正在新建一条12英寸硅基OLED生产线，总投资额为34亿元，计划年产能达到523万片。同时，京东方还在为VR/AR厂商们提供小尺寸的Fast LCD和硅基OLED等目前常用的微型显示屏幕。

国内屏幕厂商们正在加大布局VR/AR设备中微型显示屏幕产线。中国的上游显示产业链玩家，正通过一块小小的微显示屏，实打实地打通元宇宙概念的大门，也让中国制造，试图抢先站稳元宇宙领域的一个制高点。

Markets&Markets调研机构预计2024年微型OLED屏幕市场将达到近16亿美元。国际信息显示学会董事会成员Sri Peruvemba同样表示，全球微显示器市场2024年预计将达到5000万台，覆盖AR/VR设备、智能眼镜、头戴式显示器（HMD）和抬头显示器（HUD）等产品领域。

微型显示屏幕是VR/AR等硬件实现交互的基础，也是进入“元宇宙”的核心技术之一。供应链上游显示屏幕厂商将如何押注未来VR/AR产业发展？微型显示屏幕的核心技术又有哪些？国内玩家能否实现弯道超车？

什么是Micro LED？

Micro LED又被称为μLED或者微型LED，由发光二极管构成，因此和OLED一样都属于自发光技术的屏幕。

之所以叫Micro LED，是因为这种技术的本质是把LED微缩化和矩阵化，把LED单元微缩至小于50微米的级别，从而实现单点驱动自发光。

目前主流的屏幕技术有TFT LCD和OLED两种，而随着Micro LED的实用化，屏幕技术可能会迎来新的一轮洗牌。

Micro LED相对LCD和OLED有什么优势？

即便搞不懂这三种屏幕技术的具体原理，光看上面的结构图也不难看出，Micro LED一大优势是薄，而且体积很小。

相比起LCD和OLED，Micro LED拥有无机LED高效率、高亮度、高可靠度及反应时间的优点，而且也更容易实现节能效果。

另外，Micro LED的发光效率和发光能量密度比LCD和OLED更高，其中高发光效率令Micro LED的功率消耗量约为 LCD 的 10％、OLED 的 50％，而高发光能量密度让Micro LED达到同等亮度只需要OLED 10%左右的涂覆面积，还能够达到超高的1500 PPI（像素密度），各项指标在理论上都非常棒。

除此之外，Micro LED适用于非常多的应用场景，包括可穿戴智能设备、手机、电视，甚至是超大型荧幕，应用前景十分广泛。

Micro LED对比LCD和OLED有着非常明显的显示效果和应用场景的优势，不过目前LCD由于供应链更加成熟，而且成本低廉，依然占据着主流。但随着OLED和Micro LED的崛起，LCD被淘汰也只是时间的问题。

京东方、TCL纷纷押注微型显示屏幕赛道

现在我们知道，目前主流的VR设备主要将以Micro LED、硅基OLED为主流，AR设备显示方案有LCoS光波导+Micro LED。那么，国内外哪些厂家在此布局，以及国内玩家与国外玩家处于一个什么样的地位上呢？

我们首先来看看一线屏幕厂商京东方，京东方已经推出5644PPI屏幕分辨率、120Hz+刷新率的硅基OLED屏幕，并表示可以应用于VR、AR等领域。

调研机构Omdia表示，京东方Mini LED显示产品的像素间距范围已经能达到0.7mm至1.2mm，Micro OLED产品的像素间距范围为0.39至0.71英寸。

在2021维信诺创新大会上，维信诺表示，其子公司辰显光电已经建成了自己全制程Micro LED中试线，未来将通过这条产业线专注研发Micro LED，为VR/AR设备提供微型显示屏幕。

并且，在今年7月下旬，辰显光电点亮了国内首个拥有326PPI像素密度、具备1600nit显示亮度、近180°广视角、1.84英寸Micro LED穿戴样品流片。据悉，这是目前中国大陆像素密度最高、尺寸最大的Micro LED可穿戴产品。

11月16日，TCL科技推出全球首款2.02吋LTPS VR显示屏幕，拥有1512PPI高分辨率。这同样是TCL科技打造的首款VR显示屏幕，标志着TCL科技正式进军VR显示领域。

此外，TCL电子和雷鸟科技联合创办的雷鸟创新发布了首款双目全彩AR眼镜雷鸟智能眼镜先锋版，采用的是全息光波导技术和Micro LED微型显示屏幕。

与此同时，一些初创企业也攻坚克难，计划在Micro LED产业上抢占一席之地。中国香港Micro LED制造商JBD宣布，他们已正式发布0.13英寸的J013X01VGA系列Micro LED AR微型显示器产品。

不仅国内玩家在布局未来可适用于VR/AR设备的微型屏幕上干得热火朝天，国外玩家同样早早看准这一赛道。

据韩媒ETnews报道，苹果正在开发一款硅基OLED显示屏幕的XR设备。并且，美国微型显示技术开发商Kopin宣布与一家日本消费电子制造商达成合作关系，双方将共同开发2Kx2K全彩Micro LED微型显示器，瞄准AR/MR等应用。

此外，显示屏幕制造厂商eMagin在11月1日宣布推出一款全彩色OLED微型显示器产品原型，像素分辨率高达1920×1200。据悉，该产品采用了直接图案显示（dPd）技术，亮度达到超高的10000尼特，这是目前世界上亮度最高的高分辨率、全彩色OLED微型显示器。

eMagin首席执行官安德鲁·斯克里（Andrew G. Sculley）表示，现有的微型显示器通常无法为VR/AR提供足够的亮度。厂商的目标是10%的占空比，而光学系统效率通常同样在10%的范围之内，因此如果想要眼睛获得100尼特的亮度，显示器至少需要10000尼特。

三星，屏幕界的“老大哥”，目前看起来却在微型显示屏幕方面并无大动作，似乎认为大屏幕以及电视才是OLED未来应用的主流场景。据悉，三星正在开发新技术，目的是将100英寸以下Micro LED电视的像素间距缩小至0.5mm。

无论是高分辨率，还是小尺寸，甚至是屏幕亮度，不同玩家正在纷纷涌入其中，根据自己的优势开始落子微型显示屏幕市场。

TCL华星COO赵军曾在2021TCL华星全球显示生态大会上分析了国内外显示屏幕的格局。他认为，在LCD领域，中国的厂商已经形成了全球领先竞争力。而在OLED领域，可能差不多两到三年，中国和韩国有望在大尺寸和小尺寸能够达到一个同场竞技的水平。

但同时赵军也透露，“在OLED领域、小尺寸蒸镀OLED、大尺寸的白光OLED，韩国的厂商竞争力比较强。三星SDC在小尺寸、LG显示在大尺寸等各自领域形成了比较大的领先优势。”

最后他讲到未来三到五年，甚至五到十年，新一代的显示技术，包括印刷OLED、Mini LED和 Micro LED等显示技术，中国企业的进展相对来说比较快。

microLED的应用，可能远超预期

就大方向来看，microLED可替代LCD、OLED，占据所有的显示应用如AR/VR、可穿戴、手机、汽车、笔记本电脑、电视。不过microLED的技术特性，又决定了它有着更大的应用外延。这里我们不着重探讨microLED在普通照明（如健康医疗领域微型化的光电镊子、光学耳蜗植入）、VLC（可见光通讯）等方面的应用，而关注它在显示方面的应用。

首先在高ppi（每英寸的像素数量）方面，虽然如今高端手机的像素密度早就来到了500ppi左右，但AR/VR对于像素密度仍然有着不小的追求，尤其在高于1000ppi的需求方面，microLED有着得天独厚的优势，毕竟它可以很小。加上AR/VR在显示亮度、对比度、响应时间方面的要求，microLED能够让AR/VR的体验上升一个台阶。

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，亮度本身就比较低。microLED则如前文所述，克服了两位前辈的缺陷，在结构和材料层面碾压LCD和OLED；虽然其EQE数值现阶段仍然不是很好看。

另外由于客观制造条件和成本的限制（主要是在mass transfer制造阶段，以及高电流密度更少受到侧壁缺陷的影响），AR/VR、可穿戴设备、投影机等会成为microLED率先登场的应用——它们对于高ppi有着更天然的需求，microLED因此成为这些应用的绝对优选。

此外，microLED在制造柔性屏、折叠屏、透明屏方面有着更天然的优势。从直觉来看就不难理解，更微小的microLED稀疏地排布于透明基板上，在大屏更低ppi的情况下，对于透明屏、柔性屏的制造自然更有价值。不仅是透明电视，汽车前挡风玻璃HUD透明显示之类的应用也是有价值的。这些应用实际上都有对应的厂商做过宣传，比如錼创科技就展示过microLED制造的透明+柔性显示屏。

除了传统显示上的应用，microLED还能应用于裸眼3D显示——更小的像素间隔、自发光特性、高亮度，让光场显示系统的紧凑方案成为可能。此外，如前文所述在生物医疗和健康，如神经元刺激等，以及可见光通讯方面，microLED都是有应用前景的。因此从市场价值来看，microLED创造的市场规模中短期内都至少是以数十亿计的，当然前提是microLED最终迈向成熟和大规模量产。

microLED的主要技术挑战

事实上，microLED制造中遇到的问题远比以下列举的挑战更多。而且因为这些挑战和问题的存在，有分析与咨询机构猜测，microLED未必会成为显示技术的未来——毕竟电子行业内竹篮打水一场空的先例也不在少数。而且如前文所述，在通往microLED屏幕的这条路上，还没有一个市场参与者约定俗成的标准化道路，这也进一步增加了microLED的不确定性。

总的来说，microLED的几个重大技术挑战包括了：mass transfer——也就是在microLED制造流程中，将LED从原wafer，迁移到背板上的过程；microLED现阶段较低的发光效率（EQE）；以及microLED更需要从系统的角度来选择不同阶段的工艺技术；还有背板基板的制造、RGB三色实施方案等。

首先，比较为人所知的应该就是mass transfer了。国内有译作“巨量转移”的，就是将LED移到背板上的过程。前文提到的InGaN、AlGaInP不同色光也就是RGB的LED，生长在不同的衬底上，这种wafer上的外延生长有相对成熟的方案，当然这个过程本身也不同于常规方案。

但更大的挑战出现在转移这些LED的过程中，毕竟当这些LED的尺寸小到microLED像素级别，而且多达几千万颗的程度，比如4K分辨率有超过800万个像素，每个像素又有RGB三个子像素，就有超过2400万颗LED需要转移；转移效率、对齐精度、良率等相关的工艺难度就会大出许多。

现有研究成果的主流方案有两类，分别是直接整片全体转移，以及间接的pick-and-place（拾取并放置）。整片转移采用wafer-to-wafer或者die-to-wafer bonding的方法，这种方案适用于高ppi的小屏幕；而pick-and-place则比较复杂，是每次拿取一部分microLED做贴装，并重复这个动作，有时需要借用载体。对于大尺寸显示面板而言，这种方案是更加适用的。

Pick-and-place技术有比较高的复杂度，不同的市场参与者和研究机构有不同的方案，比如说electrostatic transfer head、elastomer stamp transfer printing，以及fluidic transfer、激光剥离等。

其次，除了mass transfer之外，microLED效率低下也是个大难题。如前文所述，microLED的EQE显著低下。EQE是指发射到外部的光子数，与流过结的载流子数目之比。EQE越大，则LED发光效率越高。解决microLED的发光效率问题，是这类屏幕实现大规模量产的基础。

microLED尺寸小，在大屏幕上受到比较严重的侧壁效应影响（传统LED本身很大，边缘的尺寸相对的比例并不大，侧壁效应影响很小）。各种侧壁缺陷主要是蚀刻过程中出现的，这些缺陷会导致非辐射复合。低电流密度下，microLED的效率将非常低下。改进方法包括新型的LED芯片结构设计、工艺流程改进等，减少侧壁效应、提升EQE。

不过似乎现有microLED方案EQE仍远低于常规大尺寸的LED。在此，不同色的microLED材料选择也会成为制造中的难点。

再有，从更系统的角度来看，microLED的生产制造对更多领域的专业知识有了新要求，包括晶圆制造、外延生长、mass transfer、背板制造等。而且每个阶段都还没有明确、统一的技术方向；它们彼此之间还形成了环环相扣的关系，甚至还需要考虑到最终应用是什么，才能明确不同环节采用何种方案。

所以有咨询机构认为，更具备垂直整合能力的市场参与者会在microLED时代中崭露头角——比如苹果可能会有希望，还有富士康/夏普，以及三星、LG，因为microLED显然是个更系统的过程。当然这可能也更考验市场参与者之间的协同能力，而目前较为分散的microLED技术实施方案显然与之背道而驰。

其他microLED相关的挑战还包括测试方面的（更小的microLED对测试提出了高得多的要求，而且整个链条上的每个阶段都需要做测试；需要开发新的测试方法；采用系统的工程方法覆盖整个生产流程）；以及一些更细致的问题，如外延生长过程中波长一致性的控制，LED结构设计中波长偏移、光谱FWHM的降低，像素发光串扰的控制（类似于miniLED一文中提到的光晕效应），以及电路设计中提升波长与亮度一致性的补偿电路等等。

中国OLED产业需要发力高附加值

CODA数据显示，2020年全球显示行业增长11.4%;2021年上半年，全球新型显示器件产值规模约742亿美元，同比增长49%。中国企业表现抢眼，实现全面盈利，促成了京东方和中电熊猫、TCL华星和三星、杉杉和LG化学等企业间的整合，中国面板厂商的整体竞争力进一步获得提升。2020年，中国大陆的显示面板出货面积已经超过全球一半。

不过业内人士同时指出，中国显示面板行业在高附加值、高效益等方面仍有很大增长空间。《中国电子报》记者在采访中了解到，韩国面板出货面积为4000万平方米时，实现营收约395亿美元，而我国面板出货面积高达1.3亿平方米时，营收却没有显著提升，仅为427亿美元。

对此，梁新清解释，这说明韩国显示产业生产高附加值产品的能力更强，而其中贡献很大的就是AMOLED。

据了解，目前三星显示以成熟的AMOLED技术和充足的产能优势引领手机OLED面板市场，在大尺寸OLED面板领域，LGD一枝独秀。

中国进入OLED领域比韩国晚了近十年，但发展速度较快，经过京东方、维信诺、TCL华星、和辉光电、天马不断发力，六七年时间已经建成大大小小19条生产线。2021年上半年，中国大陆OLED手机面板出货达6200万片，同比增长约93%。其中，京东方出货约2500万片，位列国内第一;维信诺出货约1400万片，位列国内第二。

与三星这样的巨头相比，目前国内厂商在OLED柔性工艺技术、产品良率、核心技术人员、设备和材料的布局等方面都存在差距。由于技术限制，我国企业主要集中在中间体和粗单体领域，在利润较高的OLED有机发光材料成品(终端材料)领域占比较低。我国OLED终端材料市场主要被美、日、韩、德等国的企业垄断，关键材料严重依赖进口。

梁新清指出，下一阶段，我国企业应该在显示产业技术新一轮进步中把握机会，进一步加强前瞻性技术布局，在新的产业格局下，掌握更多主导权。

结语：微型显示屏幕或成显示屏幕厂商新的发力点

今年科技圈的年度热词“元宇宙”为VR/AR赛道的玩家们带来了较高的关注度，VR/AR设备上的微型显示屏幕也逐渐成为各大显示厂商追逐新的发力点。

近日，索尼在其活动日上公布了一款8K分辨率的VR头显模型，采用的是Micro OLED微型显示屏，Micro OLED微型显示屏幕也逐渐开始成为高端VR设备的优先选择。

据调研机构Omdia的报告显示，到2026年，消费类VR市场价值将达到160亿美元，比2021年增长148%。随着VR/AR设备的广泛应用，微型显示屏幕即将成为屏幕赛道新的风口。

在microLED这种技术的发展下，显示行业可能会发生翻天覆地的变化。只是在针对microLED市场的诸多猜测中，仍有相当一部分是对microLED技术的质疑；即便从现有市场参与者的角度，他们都仍然认为microLED的成熟可能还需要一段时间。市场仍有一定概率出现，microLED会向前发展，但LCD和OLED仍长期统治市场的局面。要知道，某个企业甚至行业点错技能树的情形，在科技领域是相当广泛的，但我们期待着microLED的进步和成熟。

文章来源：王树一，科技圈泛观察，太平洋电脑网，智东西