中国微显示产业概况及未来发展展望

    什么是微显示?在显示行业提微显示概时，很多人都不明其义，或将具有“微显示”特点的头盔悬挂式微型SRT适配光学放大设备的显示装置称其为微显示;五年前，随着LED小间距技术在显示行业突飞猛进，行业内部分先导企业开始将“微示”用来定义P1.0以下的微间距产品;但随着Mini/Micro人士为区别传统显示技术，将这一业态称其为微显示。

    2019年6月21日，中国微显示产业联盟(筹)和盛世传媒《LED屏显世界》杂志发起举办的首届“中国微显示产业高峰论坛”上，首次对微显示概念进行了定义。与会专家学者经过充分讨论，认为自Mini/Micro LED等新型显示概念兴起后，国内外对于微显示的认知存在理解上的偏差，LED显示应用行业部分企业也频繁借用“微显示”概念，造成人们认知上的混乱，因此厘清微显示的定义也就成了当务之急。在此次微峰会上，与会行业厂商代表和来自应用一线的用户代表经过激烈而全面地探讨，最终达成在LED显示应用领域用“微间距显示”来表述“微显示”的共识。这也是行业有记录可查的最早对“微显示”概念进行的定义和界定，也掀起了行业方方面面对微显示概念及定义的关注热情。

    微显示技术相关概念和定义需要统一标准

    Mini/Micro LED是一种新兴的微显示技术，具有高亮度、高对比度、高色彩饱和度、低功耗等优点，被认为是未来显示技术的发展方向之一。其中，Micro LED技术是在2000年由来自于德州理工大学的江红星和林景瑜两位教授领导的一个研究小组创造。MicroLED就是传统LED通过更小的方式排放在阵列中，这种技术可以降低对极化和封装层的要求，能让显示面板更薄。因此MicroLED的组件都很小，宽度不到50μm，比人类的头发还细。

    近年来，市场上涉及Mini/Micro LED的产品几乎一经推出就广受关注，Mini/MicroLED这把火，烧得红遍半边天。从上游芯片厂到中游封装厂商，再到下游终端厂商都在谈论Mini/MicroLED，但奇怪的是至今未对“Mini/MicroLED”的概念达成统一认知。

    过去，对于Mini/MicroLED的概念，有的依据LED芯片尺寸<50μm定义为真正的Micro LED，介于50μm到200μm之间的属于Mini LED;有的依据芯片面积<2500μm㎡;有的依据像素间距小于0.5mm;有的则以芯片最终是否带有衬底作为评判准则。

    从易于技术迭代理解角度，上游和面板显示企业更倾向于从芯片尺寸、正倒装和薄膜转移(去衬底)来定义 Mini LED和Micro LED;从易于大屏显示应用端理解角度，很多中游和LED显示屏应用企业则更倾向于用像素间距(Pitch)来定义MiniLED和MicroLED(屏)。

    重新定义Mini/Micro LED，明确相关标准，不但有助于大众认知，其实也是促进行业向下一代显示技术发展，从而推动我国LED显示应用产业转型升级的基本要求。

    有鉴于此，很多协会组织和从事相关领域研发生产的企业都异常热衷于相关微显示概念的定义。例如深圳市照明与显示工程行业协会就率先在2020年牵头起草了《MiniLED商用显示屏通用技术规范》的团体标准。其中对MiniLED显示定义为，结构在100-200微米，尺寸介于小间距LED与Micro LED之间。稍后出来的《MicroLED显示屏通用技术规范--中大尺寸显示屏》团体标准明确对MicroLED芯片要求:MicroLED芯片尺寸要求长宽任意一边小于100um;Micro LED芯片应为倒装芯片，应采用无焊线工艺。

    微显示产业链发展状况

    以Mini/MicroLED为代表的微显示产业，承袭LED产业发展脉络，其上游产业链为芯片制备及巨量转移技术，其中涉及到蓝宝石/GaN衬底材料技术，从GaN外延片到Mini/Micro级芯片的制造技术以及相关芯片转移搬运和全彩化显示技术，处于整个Mini/MicroLED产业链的核心环节;中游面板封装产业链则集中在驱动方式以及背板技术和面板封装工艺等方面;下游产业链则主要为Mini/MicroLED产品的应用环节，就当前产业应用情况来看，其应用主要集中在一大一小两端。其大的应用主要以三星、索尼以及国内雷曼、希达等为代表的企业在大尺寸屏幕显示方面的应用，如视频墙、MicroLED电视和巨幕等;在小尺寸应用方面主要以可穿戴的手表以及VR/AR和投影显示等。

1.上游产业链

    在LED显示产业中，上游原材料供应商提供的是制造 LED基本元素的原材料。这些原材料包括:

    衬底材料:氮化镓(GaN)/蓝宝石/碳化硅(SiC)等。GaN材料是制造半导体LED的重要原材料之一，也是许多其他半导体材料的基础。蓝宝石是LED所需要的衬底材料，可以帮助LED芯片提高亮度和可靠性。

    氮化镓(GaN)外延片:外延片是在蓝宝石等衬底上生长GaN材料的过程中必不可少的材料。

    在Mini/MicroLED芯片制备完成后，其集成工艺将从我们熟悉的直插、表贴、COB封装制程转变成了“巨量转移”。

    Mini/MicroLED巨量转移技术是一种新型的半导体制造技术，可以将微小的LED芯片(MiniLED或 Micro LED)从原始晶圆上定位到另一个基板上。这项技术有助于提高显示屏的亮度、对比度和分辨率，并具有更低的能源消耗。该技术使用精密的制造工艺，通过使用巨量转移技术将成千上万个LED从它们的基板上切割下来，然后将它们直接转移到新的基板上。这可以在保持颜色一致性的同时提高LED的亮度和效率。

    (1)巨量转移技术是Mini/MicroLED量产化应用的关键

    Mini/MicroLED巨量转移技术是解决LED芯片小间距化、高分辨率化及大尺寸化的关键技术，其转移良率、制程时间、制程技术、检测方式、可重复性、加工成本等是Mini/MicroLED转移技术必须考虑的要素。

    巨量转移的难点在于，如何提升转移良率到99.9999%(俗称的“六个九”)，且每颗芯片的精准度必须控制在正负0.5μm以内。传统的LED在封装环节，主要采用真空吸取的方式进行转移。但由于真空管在物理极限下只能做到大约80μm，而MicroLED的尺寸基本小于50μm，所以真空吸附的方式在MicroLED时代不再适用。通常巨量转移技术的转移效率要求在每小时数十KK级以上现有的LED机械式转移效率在每小时百K级，远远无法满足Micro LED显示的转移要求，需要采用全新的技术来实现。若巨量转移技术取得突破，将进一步推动微显示产业商业化进程。

    Mini/Micro LED巨量转移技术的应用范围非常广泛，包括电视、智能手机、汽车照明、VR等。虽然这项技术的成本较高，但它的优点使得它成为未来发展最快的技术之一。

    （2）LED色彩转换技术取得了突破

    LED色彩转换技术则是为了应对Micro LED芯片微缩后的光效降低问题，色转换方案是实现全彩化的有效方法。其中，量子点色转换技术被认为是解决MicroLED显示所面临的红光LED低光效、巨量转移等难题的候选技术路线之一。通过喷墨打印技术将量子点沉积在蓝色或紫外MicroLED芯片上实现三色发光，同时避免了巨量化转移。近年来，压电/热喷墨打印、气溶胶喷墨打印、电流体动力喷墨打印、超级喷墨打印等技术被用来沉积色转换层，为实现Micro LED全彩化表现出极大潜力。厦门大学张荣教授团队与台湾交通大学郭浩中教授合作，在 Opto-Electronic Advances2022年第5期上发表了题为“喷墨打印技术的原理及其在AR/VR微型显示中的应用”的综述文章。文章介绍了喷墨打印制备Micro LED色转换层的优势，并讨论了非辐射能量转移机制以及色转换层的厚度对色转换效率的影响;介绍了SIJ相对于其他打印技术在分辨率上的优越性。北京理工大学智能光子学课题组研究团队立足MicroLED量子点色转换技术，提出了将喷墨打印与光聚合结合的策略，发明了直接打印光聚合原位制备技术，原位制备出具有微透镜光学结构的钙钛矿量子点图案，实现了像素尺寸20微米、高度接近10微米的半球形三维钙钛矿量子点彩色微阵列，为解决打印像素中发光不均匀、蓝光泄露等问题提供了新的思路，为 MicroLED色转换、CCD紫外增强探测等光转换应用提供了新的技术路线。

    (3)Mini/MicroLED制程设备取得重大突破

    产业发展，设备先行。在我国LED产业发展的前期阶段，由于受制相关外延芯片制造及检测设备无法独立自主，导致我国在上游外延芯片领域严重受制于人，也制约了我国LED产业高质量运营及发展。随着行业发展，国内设备厂商在中微半导体等设备厂商的引领下开始崛起，正逐步取代了台系设备并与国际高端设备厂商展开竞争。特别是在Mini/MicroLED设备研发方面，国产设备厂

    商基本与国际先进厂商处在同等技术水平线上。其中中微半导体制造的氮化镓基MOCVD设备成功应用于Mini/MicroLED蓝绿光领域，并占据绝对领先的市场地位。

    近年来，已经有众多设备厂商进入Mini/MicroLED设备领域，推出了各自的Mini/MicroLED设备，涵盖了从巨量转移、芯片点测、分测、固晶、焊线、点胶、检测返修等诸多关键生产环节。

    在此期间，一批设备厂商如中微半导体、新益昌、凯格精机、海目星等获得资本市场认可，成功融资上市。在资本的加持下，更多如卓兴一样的新兴设备厂商涌入Mini/MicroLED设备领域，推动整个行业的发展。

    在Mini/MicroLED巨量转移技术攻关方面，在我国相关企业的推动下，激光转移技术正被更多的国内厂商所接受，未来也许会发展成国内巨量转移技术的主流方向。大族激光、先导智能、海目星等企业已成功批量出货相关Mini/MicroLED巨量转移设备。新益昌也对外宣称，其转移良率已经接近99.999%水平。

    在AOI全自动检测设备领域更是云集了盟拓、精测、镁伽、舜宇等一大批新老企业。而传统LED显示屏行业的诺瓦星云则在2022年推出了基于自研显示控制芯片和算法在内的集点亮、检测、校正、返修等全流程智能化管理的检测设备，正式宣告涉足Mini/MicroLED设备领域。

    有鉴于Mini/MicroLED微显示产业的快速发展，资本也青睬于设备及关键原材料领域布局。据不完全统计，自2021年以来，仅投入到设备领域的资金就超百亿元。不少风投机构看好中国微显示产业设备领域的发展，认为未来中国微显示设备领域完全能走出黑马行情。

    2.微显示中游产业链

    Mini/MicroLED显示产业中游封装产业链指的是将上游供应商提供的Mini/MicroLED芯片进行封装测试后交付给下游最终产品制造商的整个生产线。由于此环节涉及到驱动背板技术的选择以及驱动IC与Mini/MicroLED

    灯板的键合，因此也是整个产业链中非常关键的环节。

    将Mini/MicroLED从原始衬底上剥离下来后，需要通过转移技术，将Mini/MicroLED阵列与驱动基板进行键合。常采用的两种键合方式包括传统的引线键合和改进的倒装芯片键合。

    由于Mini/Micro LED是电流驱动型发光器件，其驱动方式一般只有两种模式:无源驱动(PM:Passive Matrix，又称无源寻址、被动寻址、无源驱动等等)与有源驱动(AM:ActiveMatrix，又称有源寻址、主动寻址、有源驱动等)。驱动方式不同，Mini/MicroLED像素单元驱动电路的结构也不同。

    1、无源驱动技术

    无源驱动方式把每一列像素的阳极(P-electrode)连接到列数据，每一行像素的阴极(N-electrode)连接到行扫描线。某特定的行和列有电流信号通过时，在行列交叉处的像素单元将会被点亮。逐行地对每个像素施加不同的电压，每个像素能够实现不同的亮度显示，以点阵的方式动态显示图像。采用Mini/MicroLED无源驱动技术会导致电流密度过高，线间存在串扰，矩阵上不同布线长度的阻抗存在偏差等问题，Mini/MicroLED显示器的分辨率、亮度、可靠性和画面质量均受到限制。

2、有源驱动技术

    在有源驱动电路中，每一个Mini/MicroLED像素都有各自独立的驱动电路，双晶体管单电容2T1C电路是最基本的有源矩阵驱动电路。单个2T1C像素电路使用2个TFT晶体管和1个电容，其中T为开关晶体管，用来控制像素电路的开启或关闭，T，是驱动晶体管，与电压源VDD相连，在一帧内为Mini/MicroLED提供稳定的驱动电流，依靠存储电容Cs来储存Vdata数据信号。有源驱动方式克服了像素在扫描时存在的串扰问题，让像素单元有更长的点亮时间，使Mini/MicroLED显示器拥有更高的显示亮度。图(a)显示双晶体管单电容器(2T1C)有源矩阵像素电路，有源面板上驱动电路的配置为如图(b)所示。

    PM是目前市面上较为成熟的技术方案。相较PM， AM驱动方式在画质显示细腻程度、对比度、功耗等方面更具优势，且AM方式可以控制光源连续发光，做到无屏闪，更加护眼。由于市场对高分区的高端显示产品需求不断增加，画质更优，且拥有精准调控优势的AM驱动技术现已进入快速发展阶段。

    历经多年沉淀与储备，微显示行业产业链正在不断优化Mini/MicroLED的技术方案，助推量产成本的下降。那么，哪项封袭技术才是微显示的最优选

    就LED封装技术来说，自LED显示器件问世以来，产生了DIP直插、点阵模块、SMD、COB、IMDPOB、MIP等多种类制，在小间距LED显示领域，现阶段SMD封装技术仍是业内主流，如果选择采用间距P1.0以上的显示模组，那么SMD仍然会是优秀的选择。但随着微距化竞争进一步加剧，传统SMD单灯封装技术很难满足P1.0以下小间距LED显示的需求，需要新的封装技术来满足微显示时代的发展要求:

    IMD封装技术

    在传统小间距下探到POX时代几乎小无可小的时候，国内行业出现了另外一种替代方案，即采用IMD集成封装(Integrated MountedDevices，简称(“IMD”)的“四合一”“N合一”方案。IMD是将N组RGB灯珠集成封装在一个小单元中，形成一个灯珠。主要技术路线:共阳4合1、共阴2合1、共阴4合

    1、共阴6合1等。其优点在于集成封装的优势灯珠尺寸更大，表贴更容易，可实现更小点间距，降低维护难度。与传统SMD相比，IMD具有更好的防碰撞性

    能和更高的贴片效率。而且IMD具有高颜色一致性，易分BIN性能、SMT工艺兼容性、易返修等优点，目前也有不少企业采用。“四合一”封装被视为传统表贴灯珠和COB产品之间的折中方案，即一个封装结构中有四个基本像素结构，集合了SMD和COB的优点。这种封装的好外在千克服了COB封装里单-CELL结构中LED晶体件过多的技术难度;对于下游终端制造企业而言，基本封装单位的几何尺寸不会因为“像素间距过小”而变得“非常小”，进而导致“表贴”焊接困难度提升;并且一个几何尺寸刚刚好的基础封装结构，有助于小间距LED显示屏“坏灯”的修复，甚至满足“现场手动”修复的需求(0X的表贴产品和COB产品都不具有这种特性)。但是和 SMD技术一样，由于MiniLED需要高密度封装，IMD也面临着封装密度难以突破的限制。

    COB封装技术

    COB(chip-on-board)即板上芯片封装，是一种区别于SMD表贴封装技术的新型封装方式，具体是将裸芯用导电或非导电胶粘附在PCB上，然后进行引线键合实现其电气连接，并用胶把芯片和键合引线包封。COB的工艺路线包括锡膏印刷，固晶，自动光学检测AOI，点亮测试，返修和覆膜。采用倒装技术的COB具有很多优势，如散热性好、可靠性高、保护力度更强以减少维修成本等。COB技术突破了发光芯片封装为灯珠、灯珠贴装到PCB板的物理尺寸限制，以其高稳定性、超高清显示技术特点，成为目前市场上新兴的显示封装技术。

    我国LED直显企业最早在显示领域涉足COB封装技术，在希达等一批早期企业的引领下，国内LED显示行业尝试用COB工艺替代传统的SMD贴片工艺。后期在雷曼、卓华等企业加入COB阵营后，COB技术路线迅速被行业所认可。后期一线品牌及封装企业迅速跟进。COB技术在国内LED显示行业正式告别了小步慢跑，跨进到资本密集的规模化量产阶段。此举可有效降低成本，促进COB规模化市场应用。

    POB封装技术

    即Packageon Board，行业内俗称的满天星方案，首先将LED芯片封装成单颗的SMDLED灯珠，再把灯珠打在基板上。POB是目前运用最广泛的封装技术，在目前的MiniLED背光显示器产品中尤为普遍。优点是成熟度高，能够满足大部分应用行业的封装要求，并且封装技术与工艺要求也较低，但缺点是背光模组厚度较高，不能做到轻薄化。从目前技术情况来看，MiniPOB依然是主流，更适用于43~85寸的TV17~39寸的 MNT车载显示等，总体的性价比较高。虽然MiniLED背光渗透提速，但其发展面临成本、封装路线等各种挑战。尤其POB与COB的方案之争，始终处于MiniLED背光博弈的风口浪尖之上。有观点认为，MiniPOB工艺难度低、量产性强，但受限于封装尺寸，目前普遍应用在大OD模组上，主要针对中低阶TVMNT和车载市场。而MiniCOB可实现超薄，OD可达到~0mm及以上;但现阶段工艺难度、设备投入、物料要求相对较高，模组良率较低。不过，随着产业链各环节技术成熟度的提升，良率将得到解决，其发展前景远大于MiniPOB，实现全领域应用。

    MIP封装技术

    MIP(MicroLEDinPackage)是一种基于Micro LED的新型封装架构，其脱胎于久经历练的小间距显示产品，本质是MicroLED和分立器件的有机结合，即将大面积的整块显示面板分开封装，这样更小面积下其良率控制将得到极大提升，同时测试环节从芯片后移至封装段，将有效降低成本提升速率。

    从成本角度讲，MIP封装技术可以不大幅增加设备，能够使用当前机台设备进行生产，这样就大幅降低了企业的高昂的产线设备端投入。同时，MIP技术将原先需要在芯片端进行的测试后移至封装端，从芯片测试改为对引脚的点测，效率得到大幅提升的同时也进一步降低了成本。MIP封装还更易于后期的检测和修复。

    由于不同间距产品采用不同的工艺模式，性价比有所不同，故多种封装模式共存将会持续一段时间。但从间距逐步减小，性价比逐步提升的趋势来看，COB和MIP封装模式具有明显优势。尤其是MIP适用更小的芯片，减小间距和降低成本的空间更大，MicroLED未来将成为通吃的显示产品，从大尺寸应用到小尺寸应用的趋势已经确定，使用的芯片也会越来越小，那么MIP优势将更加明显。

    COG封装技术

    由于传统PCB板在Mini/MicroLED微显示时代不仅面临小无可小的窘境，而目其线路板设计难度(层数、过孔数)及成本都将成倍增加。因此，相关业界厂商引进了COG封装概念。COG(chiponglass)，顾名思义，就是玻璃上的芯片封装技术。可以简单概括为:LED发光芯片直接封装在TFT玻璃基板(或者TFT树脂基板)上的LED显示单元封装技术。这一技术的主要特点有三个:1LED晶体颗粒直接封装，这是微米级芯片的巨量操作;2背板电路采用TFT玻璃基板等新型产品替代传统的PCB电路板;3LED芯片的工作方式是AM主动驱动，而非传统PM被动驱动。

    由于COG技术更适合于采用AM有源驱动方式的面板厂商，因此更受面板及习惯面板组装工艺的终端电视厂商的青睐。相关厂商认为玻璃基板的光滑性，更话合巨量转移技术的大量LED芯片同步操作。可极大的提升了巨量转移技术的上限，降低了巨量转移的难度和工艺差因素。

    尽管Mini/MicroLED微显示在PM、AM驱动方式及基板选择上，行业还有不同意见，但不妨碍相关企业布局COG技术。京东方、TCL华星、深天马、维信诺等面板厂商包括LED直显领域的龙头企业利亚德等都布局了相应的COG技术与驱动显示方案。

    如果未来主流行业选择COG路线，则以Mini/MicroLED为代表的微显示产业链将会发生巨变。从PCB载板过渡到 TFT玻璃基板，从PM无源驱动过渡到AM有源驱动，在TFT玻璃基板领域具有巨大影响力甚至垄断能力的企业，如三星、 LG、京东方、华星光电、群创、友达、深天马、惠科等无疑更有优势。因此，在COG时代，TFT玻璃基板作为上游产业链，对相关LED显示产品的行业控制权、定价权，具有LED显示历史上前所未有的“决定性”地位。

    实际上，从LED直插式技术、SMD表贴式技术、COB技术，到COG技术，在产品端看，其核心的不同点就是“LED显示的像素间距越来越小、单位显示面积LED芯片数量集成规模越来越高”。--这也恰是小间距LED显示、微间距LED显示、Mini/MicroLED技术主要的前进方向。

    有鉴于此，相关从事微显示的厂商都基于短板方面进行针对性布局。如玻璃基板巨头京东方于去年11月份控股华灿光电，打通了Mini/MicroLED上游芯片环节;海信视像增持乾照光电股权并取得该企业控制权，得以补齐Mini/MicroLED上游芯片领域的短板。与此同时，在国内LED芯片行业居首位的三安光电也加强与另一显示龙头企业TCL科技的战略合作，包括建立合资企业，加快推动MicroLED芯片的产业化。稍早前，利亚德与台湾晶电合资成立利晶微电子，在无锡建成全球首个运用巨量转移技术实现最小尺寸MicroLED显示产品大规模量产的基地。而联建光电也于2019年和重庆康佳研究院成立合资公司，主要从事MiniLED及MicroLED大屏显示产品研发、生产制造。除去这些跨行业整合布局外，相关LED封装企业的动向也值得观察，国星、兆驰、中麒都布局了完整的从上游芯片到中游封装的产线;包括木林森在内的部分封装企业也朝控股或者参股LED芯片企业的方向在布局。在Mini/MicroLED微显示产业链上，越来越多企业注意到上游芯片领域的核心价值，争抢上游核心芯片资源成为当下微显示产业链真实写照。