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從Micro LED專利看華為的佈局

實際上,除了華為之外,蘋果、三星、索尼、LG、TCL、京東方、三安光電、利亞德等廠商均佈局了Micro LED。Micro LED不僅極大地拓展了LED顯示應用範圍,未來也將顛覆顯示技術競爭格局,將在電視、手機、iPad、顯示器、AR/VR眼鏡、智慧手錶等消費電子領域廣泛應用。而這一專利資訊不僅表明華為正在發力Micro LED,更側面反映了其將進一步強化消費電子業務。

Micro LED技術挑戰有哪些?

從概念表述來看,Micro LED顯示技術是指以自發光的微米量級的LED為發光畫素單元,將其組裝到驅動面板上形成高密度LED陣列的顯示技術。

其中,MicroLED顯示器可提供與OLED相同的完美黑色,但沒有燒傷的危險,並且比任何其他顯示技術都具有更高的亮度。與OLED相比,MicroLED的另一個吸引人的特點是亮度增加。例如,儘管OLED電視的HDR標準為540尼特,但市售的基於MicroLED的電視有望提供約4000尼特,且隨著技術的發展,甚至可能提供更高的尼特。

同時,從理論上來說,由於MicroLED使用了無機發光材料,相對OLED的有機發光材料,其壽命期顯然更具優勢。只不過由於MicroLED還存在諸多技術難題,仍未大範圍應用。

儘管概念上很簡單,但是MicroLED大規模量產卻不簡單。

現階段,MicroLED還有許多技術瓶頸有待突破,如晶片製造、巨量轉移、檢測修復等,這也是目前MicroLED出貨量低、售價高昂原因。其中,在晶片製造上,外延片厚度、波長、亮度均勻性與一致性要求更高,晶片結構比傳統LED更為複雜,且目前行業製造工藝尚未標準化,使得工藝和裝置標準化程度低、良品率和產量尚不成熟。

不過,MicroLED最大的技術痛點是巨量轉移。因為晶片製造完成後,需要將微米級的晶粒轉移到驅動電路基底上,無論是TV屏還是手機屏轉移數量相當巨大,並且顯示產品對於畫素錯誤的容忍度極低。例如要製造少於5個畫素壞點的全綵1920*1080顯示屏,良率必須達到99。9999%!

同時,MicroLED壞點檢測修復也是難點之一。由於MicroLED尺寸極小,傳統測試裝置難以使用,如何在百萬級甚至千萬級的晶片中對壞點進行檢測修復是一大挑戰,同樣透過檢測技術挑出缺陷晶粒後,如何替換壞點也是一項不可或缺的技術。

綜合上文,我們可以得出關於巨量轉移的結論:一是MicroLED晶片需要進行多次轉移(至少需要從藍寶石襯底臨時襯底新襯底),且每次轉移晶片量非常大,對轉移工藝的穩定性和精確度要求非常高;二是對於R/G/B全綵顯示而言,由於每一種工藝只能生產一種顏色的晶片,故需要將紅/ 綠/藍晶片分別進行轉移,需要非常精準的工藝進行晶片的定位,極大的增加了轉移的工藝難度;三是MicroLED的厚度僅為幾微米,將其精確地放置在目標襯底上的難度非常高,晶片尺寸及間距都很小,要將晶片連上電路也是一個挑戰。

最大的技術挑戰為巨量轉移

儘管MicroLED大規模量產還存在諸多技術挑戰,但這裡我們僅討論巨量轉移,以契合華為公佈的MicroLED巨量轉移的專利。

根據華為本次專利摘要顯示,該申請提供了一種Micro LED晶片的轉移方法、晶圓以及用於抓取晶片的轉移頭,該Micro LED晶片上具有疏水層,方法包括:將多個具有疏水層的Micro LED晶片放置於水溶液中;透過轉移頭抓取水溶液中的多個Micro LED晶片,轉移頭包括多個凹槽,凹槽用於容納Micro LED晶片,凹槽的底部設定有親水層,以使抓取的Micro LED晶片的疏水層遠離凹槽的底部;將抓取的多個Micro LED晶片固定至目標基板上,Micro LED晶片的疏水層貼合目標基板。透過上述流體自組裝的方法可以實現高效率的巨量Micro LED晶片的轉移。

從專利摘要描述可見,華為所申請的Micro LED晶片轉移方法是目前幾大巨量轉移方式之一,也正是被蘋果公司收購、美國MicroLED巨量轉移關鍵技術廠商eLux研究和開發的工藝和技術——流體自組裝技術。如圖表1。

從Micro LED專利看華為的佈局

據悉,流體組裝巨量轉移方法可解決Micro LED外延片波長不均勻的問題,避免顯示屏出現馬賽克現象,能夠有效提升Micro LED外延片的利用率,降低製造成本。因此,對於解決巨量轉移的瓶頸問題,流體組裝方式被認為是一種可行且有效的解決方案。

2021年4月19日,eLux在官方網站上宣佈透過流體組裝技術已生產出12。3英寸MicroLED顯示器,自然產率為99。987%。顯示器由581,400個GaN MicroLED 在10分鐘內組裝而成, 組裝速度為每小時310萬顆,即3。1KK/時。其中有34個失效顆粒,33個可用鐳射修復,修復缺陷率接近百萬分之一。與最常見的取放及鐳射轉移方案相比,流體組裝技術耗材使用較少、成本較低,在轉移裝置和轉移過程中,流體組裝裝置不需要精密的對位控制,因此成本相對低廉。

另外,3年前就傳出華為向日本東麗購買MicroLED製造裝置。據悉,東麗既有液晶面板裝置業務,也有LED裝置業務,在MicroLED裝置研發上具有先天優勢。東麗MicroLED製造解決方案包括巨量轉移裝置、MicroLED檢測裝置、MicroLED修復裝置等關鍵製程裝置。其中,巨量轉移裝置主要採用的是鐳射轉移技術,而鐳射轉移技術也是應用潛力較大、可行性較強的巨量轉移技術之一,尤其適合AR/VR等小尺寸微顯示領域。

儘管華為本次公佈的專利更類似流體組裝技術路線,但無論哪種路線得以大規模量產,都將助力華為在顯示硬體獲得更大的競爭自主權。

最完美的顯示面板技術前景

MicroLED這項技術在出現之初,就被認為是史上第一種沒有尺寸限制的顯示技術,併成為公認的顯示屏未來發展方向,因而受到整個顯示屏產業鏈廠商的大力追捧。該技術技術的基礎特性非常出色,擁有寬色域、高亮度、低功耗、高穩定、長壽命、寬視角、高動態範圍、高對比度,高重新整理率、透明性,支援無縫連線和整合內部感測器等特點。

雖然這些特效能分別在LCD、OLED和QD面板上得以實現,但MicroLED技術卻能一次性實現這些技術特性,幾乎不存在明顯的短板,也是目前在技術條件下表現最全面的顯示面板技術。

目前,三星、LG、索尼、TCL、康佳、夏普、京東方、華星光電、三安光電、天馬、友達、京瓷、錼創(PlayNitride)、錸寶(RiTdisplay)、青鳥(JBD)、VueReal(加拿大初創公司)、Plessey(英國公司,VR和MR螢幕供應商)等公司都有推出了基於該技術的相關產品。

其中,三星連續多年在CES展上推出MicroLED顯示器。比如,三星在CES2022上推出89英寸MicroLED電視,預計在今年9月在其越南工廠開始量產。蘋果公司也正在探索在其智慧手錶中使用MicroLED,儘管目前尚無上市時間表。LG和索尼等其他電子製造商也在研究基於MicroLED的產品。

從各大巨頭佈局可以看出,MicroLED作為一種“完美”顯示面板技術,擁有比LCD、OLED更強的競爭活力。根據IHS Markit的預測,MicroLED有望成為大螢幕顯示器的標準技術,到2026年,MicroLED電視的出貨量將超過1500萬。

近幾年來,華為消費電子業務在晶片受到限制的情況下無疑受到了巨大的影響,從曾經的全球第一滑落到五名開外,銷售收入也大幅下滑。今年4月,在華為終端商用辦公新品釋出會上,華為宣佈全面進軍商用領域,且宣佈華為“消費者業務”已更名為“終端業務”,依託硬體和軟體兩大生態,不斷豐富商用筆記本、桌上型電腦與顯示器、平板、智慧屏、穿戴等產品品類,重點為政府和教育、醫療、製造、交通、金融、能源等六大行業提供商用辦公解決方案。

由此可見,華為消費電子業務還是受到了較大影響,否則也不會進行業務更名,推動業務多元化方向發展。

不過,華為佈局MicroLED技術,在證明該技術的良好發展前景的同時,也側面證明了華為未來將以MicroLED技術參與其多元化佈局之路。如今,MicroLED技術正從“實驗室”發展階段,逐漸走向大規模量產階段,前行的挑戰仍在,但實際商用值得期待。

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