TrendForce 2020 Mini & Micro LED產業商機與趨勢分析—上篇

過去兩到三年間,LED產業經歷了一段下行週期,加上今年上半年又有疫情衝擊,至今影響尚未結束。在此背景下,TrendForce看到Micro LED已經露出了曙光,Mini LED也即將爆發。

第一部分 Micro LED的定義

從產品定義角度,產業目前將Micro LED和Mini LED的分界放在75 µm這一數字。如果單純用75 µm做界限的話,裡面會有很多有衝突的部分。實際上,從單一角度判斷,75 µm這個指標就很難將Mini和Micro清晰的區分開。

因此,在一個二維座標裡面或許能夠更精確的定義:以點間距作為橫坐標,以像素點面積大小作為縱坐標,可以發現這樣一個規律,往右或者往上代表是技術門檻更高,技術水準更先進。然後把市場上主流的顯示技術做一個分類,就會看到這樣的二維座標下,Mini LED、Micro LED和傳統間距的LED相對來說有比較清楚的分際。

但Mini LED是其中比較特殊的一塊,也是目前整個行業裡面出現概念爭論比較多的領域。從Pitch的角度看,P1.2到P0.4以上的範圍定為Mini LED是沒問題的,但是還要參考晶片的大小,這樣兩個維度相對來說會比較容易清楚地界定。所以Mini LED裡面也是包含了很多不同的技術路線或者技術方案,也因此Mini LED的內涵更廣泛,很多技術路線都可以歸類為Mini LED,然後對應到不同的技術路線和方案,再增加具體的定義,比如背光Mini LED,IMD Mini LED,COB Mini LED等。

此外,Mini LED和Micro LED在這個二維座標上仍有一個交疊的區間,當Mini LED做到很小的時候,從尺寸和間距的角度都會出現和Micro LED定義的交集。

Micro LED的能力主要展現在三個方面,一個是柔性可撓式的形態,第二個是透明度可以做到很高,第三是附加感測器的能力。

附加感測器可以用下圖解釋得更清楚一點,比如說現在有很多手機的顯示器不得不挖洞來設計屏下指紋識別系統,或屏下攝影機。其中的根本原因就是傳統的顯示方式沒有辦法把這些非顯示的元件整合在一起。對Micro LED來講,因為每一顆像素之間還有相當大的空隙,其實可以整合相當多的功能,未來或許不僅能解決屏下指紋的問題,還可以把所有感測、觸控的部分整合到一張顯示螢幕裡面。

也因為這些優點,所以從最小的尺寸到最大的尺寸的各種顯示裝置裡面,理論上都可以去搭載Micro LED的顯示方案。

半導體材料體系視角下的Mini LED及Micro LED

過去有一種成見,不管是在產業裡面還是在投資圈,都會覺得LED是一個相對來說比較低階的產業。認為跟現在的積體電路行業相比,LED的技術門檻相對較低。

但如果從材料體系來看,我們會有不一樣的視角。現有的積體電路它主要是矽基的技術,矽基技術之所以現在門檻拉得很高,並不是因為它的技術或者材料就比LED的材料更先進,如果從材料系統來看,其實化合物半導體的技術難度、複雜程度、或者功能性都要比矽基的元素半導體好。

那為什麼LED會給我們一個感覺,門檻沒有積體電路那麼高?

主要的原因是,積體電路產業發展的時間夠長,作為化合物半導體體系裡面產品之一的LED來講,發展的時間則比較短。現有的體系下面,LED生產表現出來的就是容錯率是相對比較高的,但是積體電路產業已經發展得非常成熟,容錯率已經到了一個非常低的程度。

比如說積體電路產品有1000多道工序,如果每個環節的不良率不控制到很低的話,最終產品的良率就會非常低。不過對LED來說,現階段的應用還不需要這麼複雜的製程,因此容錯率還處於比較高的水準。但實際上,容錯率高不是低階產業的特徵,而是早期產業的特徵。

實際上這也會影響到Micro LED的發展進程,比如說Micro LED現在遇到很多瓶頸的問題,其實背後的原因在於基於第三代半導體或者說化合物半導體這樣一個產業鏈的體系。過去的應用產品對作為支撐產業的材料工業的水準、設備工業的水準沒有提出這麼高的要求,因此短時間內,支撐產業還難以滿足Micro LED這樣高複雜度產品對配套產業的需求,這也就意味著提升配套輔助行業的能力,是Micro LED需求拉動下產業能力升級的一個方向。

半導體行業視角下的Mini LED及Micro LED

再如上圖所示,從整個半導體的視角來看Micro LED產業,它有一個比較特別的定位,實際上Mciro LED是整個半導體行業裡面積體電路、驅動和顯示三大產業的重合區間,傳統的LED可以理解成是半導體視角下的分立器件,一個LED就是一個PN結。

Micro LED則需要多個LED的PN結整合在一起,還需要非常困難的製造技術來實現,再加上它比積體電路更有挑戰的地方在於,Micro LED要做顯示的功能,不像傳統的積體電路主要是邏輯運算和存儲的功能,所以它需要把半導體顯示的這樣一種能力也整合在一起。

正因為Micro LED是一種交叉產業的特徵,這個市場的競爭非常激烈,主要的玩家不僅是來自傳統LED行業,很多面板廠商在大手筆投入,還有一股潛流是積體電路的企業,也在積極做這方面的佈局,不同背景的企業都覺得和自己的領域相關,自己的核心能力能夠在這個新興產業有用武之地。這也意味著未來要在Micro LED這個產業有所建樹可能不是單一能力突出就足夠的,而是要有很強的產業鏈整合能力,把多領域的產業力量整合到一起,才能解決這個交叉產業所面臨的問題。

上圖中右邊這幅圖是一個非常重要的專利,是第一個想到把傳統的電路整合到一顆器件裡面的想法的人寫出這份專利,相當於是積體電路產業一個開創性的專利。左邊這個圖,不是具體的某家公司的專利,現在這個時間點上還很難判斷哪一份Micro LED的專利有右圖同等的重要性,但是它所昭示的原理跟右邊這幅圖是相同的,相當於把過去的分立的LED元器件,顯示控制系統以這樣的創意整合到一起,再結合顯示技術,構成一個顯示的單元元件。

Micro LED對半導體行業也可能有比較巨大的貢獻。這是一個非常典型的需求創造供給的案例,因為產業界要想辦法把非常微小的Micro LED晶片從一個基板上大量轉移到新的載板上,因此需要去開發這樣巨量轉移的技術。從半導體行業來講,儘管晶片已經做到很精密的程度,但是我們主要依靠的方法還是做加法和做減法,加法就是堆積,減法就是刻蝕。

如果多了一個微觀層面晶片的轉移的能力,它背後的意義在哪裡?

半導體行業可以把很多邏輯運算能力整合到一個IC裡面,但是沒辦法把感測、光學的能力整合到一起。如果巨量轉移的能力變成一種可產業化的能力之後,可能出現的是反過來刺激積體電路產業的變革,我們就可以把很多的元件在晶片形態的時候就整合到一起,而不是要等到最後封裝好之後,再把器件形態的產品SMT到載板上。

對積體電路產業來說,意味著大幅度強化SOC(System on Chip)環節的整合能力,可以去實現更高的元件整合度,而不用到組裝環節再整合。

所以更高的視角來看,巨量轉移的技術不光對Micro LED行業是有價值的,對整個半導體行業都會有它的價值。

(文:TrendForce分析師王飛)

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