Micro LED显示行业发展研究报告.docx
《Micro LED显示行业发展研究报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Micro LED显示行业发展研究报告.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
MicroLED显示行业发展研究报告
2019年MicroLED显示行业发展研究报告
一、MicroLED显示发展背景4
（一）产业背景：
三大因素驱动技术迭代4
1.产业结构优化调整4
2.行业应用加速拓展4
3.节能成为竞争焦点5
（二）技术背景：
多种显示技术竞相发展5
1.LED显示6
2.液晶显示7
3.OLED显示8
4.激光显示9
5.电子纸显示10
（三）发展基础：
LED显示进入微型化阶段11
1.小间距LED11
1.MiniLED11
2.MicroLED12
二、MicroLED显示概述13
（一）显示原理13
1.像素结构13
2.阵列驱动14
3.背板键合17
（二）核心工艺19
1.芯片制备19
2.薄膜转移19
三、MicroLED显示发展现状21
（一）产业发展现状21
1.产业化进程萌芽初显21
2.器件性能不断提升22
3.跨国公司抢抓布局23
4.MiniLED进入量产阶段23
（二）区域发展现状24
1.美国：
专利布局较早，企业并购活跃24
2.中国大陆：
紧跟国际步伐，龙头企业带动25
3.中国台湾：
产业链较完整，力图弯道超车26
4.日本和韩国：
大型企业牵头，重视对外合作28
（三）知识产权发展现状28
1.专利申请构成28
2.专利技术分布30
3.标准化推进32
（四）存在问题32
1.量产技术仍有困难32
2.生产成本高居不下32
3.产业环节较为分散33
4.设备工艺有待革新33
四、MicroLED显示发展研判34
（一）市场展望34
1.量产进程有待推进34
2.MiniLED最早得到商业化应用35
3.中小尺寸智能终端市场是发展方向35
4.大尺寸产品性价比优势值得关注36
5.透明显示优势明显37
（二）竞争格局展望37
1.TFT-LCD仍是未来主流显示技术37
2.对现有产业格局带来深远影响37
3.跨界合作加速产业发展38
五、MicroLED显示发展建议38
（一）加强顶层设计，强化产业政策支持38
（二）优化投资机制，完善产业发展环境39
（三）实施技术创新，提高产业竞争力39
一、MicroLED显示发展背景
（一）产业背景：
三大因素驱动技术迭代
新型显示在信息交流中承担了人机交互作用，是信息传输过程中的关键环节。
围绕新型显示技术发展起来的产业具有投资规模大、技术进步快、辐射范围广、产业集聚度高等特点，对上下游产业的拉动系数在4左右，是各国及地区近年来竞相发展的战略性新兴产业。
经过十多年的努力追赶，我国新型显示产业迅速发展壮大，已成为供给侧结构性改革的成功典型。
截止到2018年底，我国面板生产线的投资总额已超过万亿元，薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）面板年出货面积位居世界第一，全球占比达到了40%。
1.产业结构优化调整
近年来，全球显示面板产业开始出现结构性调整迹象。
一方面，大屏化促进面板产能持续增长。
另一方面，由于传统面板同质化竞争不断加剧，产业产值出现下滑趋势，显示产品的不断升级成为产业发展驱动力。
据中国光学光电子行业协会液晶分会
（CODA）预测，2018年全球显示面板出货面积预计将达到2.1亿平方米，同比增长9%，但整体产值预计同比下滑7.1%。
其中，传统的TFT-LCD产值下滑趋势明显，新兴的低温多晶硅液晶显示（LTPS-LCD）、氧化物液晶显示（Oxide-LCD）、主动矩阵有机发光二极管显示（AMOLED）和小间距发光二极管显示
（Mini/MicroLED）产值均呈稳定或出现增长。
2.行业应用加速拓展
智慧城市、智能网联汽车以及虚拟现实等应用的兴起带动新
型显示技术和产品进一步拓展。
智慧城市建设的加速发展促进大屏商用显示面板销售出现爆发式增长态势，据IHS预测，
2018-2021年全球商用显示收入的复合年均增长率（CAGR）将达到18%，远高于显示面板行业4%的年均增长率。
智能网联汽车的发展为显示技术提供了新的应用场景，车载显示面板继手机之后成为中小尺寸应用的第二大市场。
虚拟现实技术逐步走向成熟，对显示技术进步和性能提升将产生重要推动作用。
轻薄、柔性、环保、个性化是虚拟现实显示器件必须符合的标准，未来将给新型显示产业带来新的挑战与机会。
3.节能成为竞争焦点
消费电子产品加速升级对节能环保提出新的要求，智能手机、平板电脑、可穿戴设备等智能移动终端的续航、环境友好已成为消费者日益关心的焦点。
另一方面，随着更为严格的节能降耗标准的实施，新型显示产业加快向高光效发光材料、低能耗背光模组、健康化用眼环境等节能、环保、绿色方向发展。
韩国、日本和我国台湾地区的显示协会共同发起成立了WLICC（世界液晶产业合作委员会），旨在通过全球性的产业合作，敦促各个国家及地区在进行显示器件生产时能够兼顾环境保护，促进产业可持续发展。
（二）技术背景：
多种显示技术竞相发展
根据显示原理的不同，新型显示器件可以分为主动发光显示
（像素发光，短程成像）、被动发光显示（像素不发光，依靠外
部光源）、激光投影显示（像素发光，长程成像）3种类型。
其
中，主动发光显示主要包括电致发光显示（EL）、等离子体显示（PDP）、半导体发光二极管显示（LED）、激光荧光体显示
（LPD）等。
被动发光显示主要包括液晶显示（LCD）、电子纸显示（EPD）等。
当前，主动发光显示中的主动矩阵有机发光二极管显示（AMOLED）和被动发光显示中的薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）是最主流的显示技术，两者市场份额之和接近90%。
图1显示技术分类
1.LED显示
数据来源：
赛迪智库，2019年3月
LED显示的原理是利用半导体二极管的电致发光效应，使像素单元主动发光。
在电场驱动下，半导体发光二极管中的电子和空穴经电极注入和相向传输，成对地结合为激子。
特定材料中的激子衰变，可产生RGB三原色。
在驱动电路的控制下，LED像素矩阵即可实现彩色图像显示。
当前，LED显示产业已经步
入成熟期，相关产品在照明装饰、高动态范围图像（HDR）显示
（影院、酒吧与主题乐园）、背光指示器、广告租赁、零售百货、会议会展等应用领域的市场渗透率逐步提高。
根据集邦咨询LED研究中心（LEDinside）测算，2018年全球LED显示市场规模达到59.4亿美元。
随着未来LED显示屏市场需求进一步增加，2022年全球市场规模将达到93.5亿美元，CAGR达到12%。
图22018-2022年全球LED显示市场规模预测
2.液晶显示
数据来源：
LEDinside，2018年8月
液晶显示的原理是利用外加电压实时控制液晶分子的透光
率，在背光源照射下实现被动发光显示。
在外加电压下，每个像素单元内的液晶材料能够快速改变排列方式，动态地调整背光源光束的透光率。
具有红黄蓝（RGB）滤色片的像素矩阵在驱动电路的控制下，能够在较高刷新率下实现动态彩色图像的显示。
TFT-LCD显示是目前应用最广泛的显示技术。
除太空、大
温差、高湿等少数特殊环境外，TFT-LCD产品覆盖了所有的民用显示领域，如手机、电视、电脑显示器、平板电脑、笔记本电脑、公共显示屏等。
据CODA统计，2018年前三季度，全球TFT-LCD营收规模为509亿美元，同比下降16%，在新型显示器件营收中占比超过60%；出货面积接近1.49亿平方米，同比增加5%，面积占比超过95%。
未来5年，随着多条高世代生产线产能释放，TFT-LCD市场整体呈现“量增价跌”的发展态势，产能和出货面积逐年增加，但出货金额将逐年减少，利润率不断下降。
图32018-2024年全球TFT-LCD营收预测
3.OLED显示
数据来源：
赛迪智库，2019年1月
有机发光二极管（OLED）显示被认为是最具发展前景的新型显示技术之一。
其中，AMOLED显示器件凭借高对比度、可柔性、色彩艳丽等优点，近年来已实现快速商业化应用。
2018
年，全球AMOELD面板出货金额预计将超过250亿美元，主要
应用以智能手机为主。
未来五年，智能手机用OLED显示面板仍将保持快速增长，出货金额和面积将出现“量价齐升”的发展势头。
图42016-2024年全球AMOLED市场规模预测
增长率
4.激光显示
数据来源：
赛迪智库，2019年3月
激光显示（LPD）的原理是将RGB单色激光混合成全彩色光，经高频扫描投影实现彩色显示。
激光显示具有色域空间大、色彩丰富、色饱和度高等特点，理论上能够再现90%以上的人眼色域，远超液晶显示27%的再现率，而功耗仅为同尺寸LCD显示产品的三分之一。
LPD的使用寿命可达10年，是传统光源的10至20倍。
现阶段，激光显示大多通过蓝光激光激发荧光粉产生白光，窄谱三基色激光合成白光的技术仍处于研发状态。
目前激光显示主要聚焦大屏市场，日本三菱公司开发出
65/75英寸激光背投电视，索尼开发出激光数字影院技术，美国
ES公司开发出飞行员仿真视景平台，德国耶拿光学开发出天文
馆天象显示等，都各具特色。
根据QYResearch数据，2018年全球激光投影显示市场规模为42.9亿美元，2025年将达到117亿美元，CAGR为15.4%。
自2013年以来，海信、坚果、长虹、小米、光峰光电等国内企业相继推出激光电视产品，我国成为全球激光电视的主要生产国。
据奥维云网（AVC）统计，2017年中国激光电视总销量为7万台，较2016年增长226%，2018年激光电视销量有望达到16万台。
随着全息显示等需求的增长，激光显示仍有较大的成长空间。
5.电子纸显示
电子纸显示（EPD）是视觉效果接近纸张的被动显示技术。
电子纸显示有多种实现技术，其中电泳式电子墨水技术目前市场占有率最高。
电子纸显示技术具有超轻薄、可重写、低功耗、无闪烁、易携带、断电保持等特性，相比其他显示技术对视觉最友好，可以让用户在阳光直射下无障碍阅读，适合在户外使用。
但是，电子纸产品刷新率和灰度级别偏低、延迟较大，也影响了用户体验，限制了这一显示技术的普及。
目前，电子纸技术主要应用于电子书、智能手表和电子标签等领域，还占据一部分智能终端细分市场。
据AlliedMarketResearch公司统计和预测，2016年全球电子纸显示市场规模为13.5亿美元，2025年将达到70.1亿美元，CAGR为37.5%。
图52015-2025年全球电子纸显示营收预测
数据来源：
AlliedMarketResearch，2019年2月
（三）发展基础：
LED显示进入微型化阶段
2.小间距LED
小间距LED是指相邻LED灯珠点间距在2.5毫米（P2.5）以下的LED背光源或显示屏产品。
相比传统背光源，小间距LED背光源发光波长更为集中，响应速度更快，寿命更长，系统光损失能够从传统背光源显示的85%降至5%。
相比传统LED显示器件，小间距LED显示器件具有高的亮度、对比度、分辨率、色彩饱和度，以及无缝、长寿命等优势，在影视娱乐、购物零售、文化教育、安全监控、公共广告等应用领域具有广阔的应用前景。
据LEDinside预测，2022年小间距LED显示产品（包括MiniLED和MicroLED）的市场销售额将达到13.8亿美元。
3.MiniLED
MiniLED为点间距在2.5毫米（P2.5）和0.1毫米（P0.1）之间的小间距LED产品。
相比点间距小于0.1毫米的MicroLED，MiniLED显示一方面可作为液晶显示直下式背光源获得主流市
场应用，如手机、电视、车用面板及电竞笔记本电脑等；另一方
面，MiniLED有望衍生出背光高端机型，与OLED高端机型相抗衡。
据LEDinside估算，相同对比度条件下，采用MiniLED背光的液晶面板价格仅约为OLED面板的70-80%，可以大幅提升现有液晶画面效果。
由于具有性能和成本优势，近年来MiniLED在视频会议、会展广告、虚拟现实、监控调度等领域得到快速应用，逐渐侵蚀LCD和DLP拼接屏应用市场，有望成为市场主流。
据LEDinside最新报告，2022年MiniLED的产值将达到6.89亿美元。
各大企业纷纷开展研发，MiniLED产品的LED点间距记录被不断刷新。
2018年6月，国星光电P0.9产品已正式量产，洲明科技也已开发出P0.7的产品。
2018年7月，日亚化宣布已开发出P0.1的MiniLED产品。
4.MicroLED
MicroLED的像素单元在100微米（P0.1）以下，并被高密度地集成在一个芯片上。
微缩化使得MicroLED具有更高的发光亮度、分辨率与色彩饱和度，以及更快的显示响应速度，预期能够应用于对亮度要求较高的增强现实（AR）微型投影装置、车用平视显示器（HUD）投影应用、超大型显示广告牌等特殊显示应用产品，并有望扩展到可穿戴/可植入器件、虚拟现实（VR）、光通讯/光互联、医疗探测、智能车灯、空间成像等多个领域。
由于像素单元低至微米量级，MicroLED显示产品具有多项性能指标优势。
MicroLED功率消耗量仅为LCD的10%、OLED
的50%，其亮度可达OLED的10倍，分辨率可达OLED的5倍。
在设备兼容性方面，MicroLED有望承接液晶显示高度成熟的电流驱动TFT技术，在未来显示技术演进进程中具有一定优势。
根据LEDinside预估，2022年MicroLED显示的市场销售额将达到6.94亿美元，略高于MiniLED显示。
MicroLED与LCD、OLED和量子点LED（QLED）显示的性能比较如表1所示。
表1MicroLED与LCD、OLED和QLED性能比较
显示技术
MicroLED
LCD
OLED
QLED
技术类型
自发光
背光板/LED
自发光
自发光
亮度（nits）
5000
500
500
2000
色域（NTSC）
140%
70%
110%
140%
视角
大
较大
大
大
对比度
1,000,000:
1
10,000:
1
1,000,000:
1
1,000,000:
1
功耗
低
高
中等
低
响应时间
纳秒
毫秒
微秒
毫秒
寿命
长
中等
中等
长
器件成本
高
低
中等
较低
工作温度（摄氏度）
（-100,120）
（-40,100）
（-35,80）
/
厚度（mm）
≤0.05
≥2.5
≤1.5
≤1.5
二、MicroLED显示概述
数据来源：
赛迪智库整理，2018年10月
MicroLED是指将微米量级尺寸的发光二极管（LED），以矩阵形式高密度地集成在一个芯片上的显示器件。
由于采用主动选址驱动，MicroLED显示器件的任何像素都能定址控制并单点驱动发光。
按照当前行业共识，“微米量级”一般指相邻LED点间距在100微米以下（即P0.1以下）。
（一）显示原理
1.像素结构
MicroLED显示一般采用成熟的多量子阱LED芯片技术。
以典型的InGaN基LED芯片为例，MicroLED像素单元结构从下往上依次为蓝宝石衬底层、25nm的GaN缓冲层、3μm的N型GaN层、包含多周期量子阱（MQW）的有源层、0.25μm的P型GaN接触层、电流扩展层和P型电极。
像素单元加正向偏电压时，P型GaN接触层的空穴和N型GaN层的电子均向有源层迁移，在有源层电子和空穴发生电荷复合，复合后能量以发光形式释放。
图6MicroLED像素单元结构
与传统LED显示屏相比，MicroLED具有两大特征，一是微缩化，其像素大小和像素间距从毫米级降低至微米级；二是矩阵化和集成化，其器件结构包括CMOS工艺制备的LED显示驱动电路和LED矩阵阵列。
2.阵列驱动
InGaN基MicroLED的像素单元一般通过以下四个步骤制备。
第一步通过ICP刻蚀工艺，刻蚀沟槽至蓝宝石层，在外延片
上隔离出分离的长条形GaN平台。
第二步在GaN平台上，通过
ICP刻蚀，确立每个特定尺寸的像素单元。
第三步通过剥离工艺，在P型GaN接触层上制作Ni/Au电流扩展层。
第四步通过热沉积，在N型GaN层和P型GaN接触层上制作Ti/Au欧姆接触电极。
其中，每一列像素的阴极通过N型GaN层共阴极连接，每一行像素的阳极则有不同的驱动连接方式，其驱动方式主要包括被动选址驱动（PassiveMatrix，简称PM，又称无源寻址驱动）、主动选址驱动（ActiveMatrix，简称AM，又称有源寻址驱动）和半主动选址驱动三种方式。
图7MicroLED像素连接结构
其中，被动选址驱动是把像素电极做成矩阵型结构，每一列
（行）像素的阳（阴）极共用一个列（行）扫描线，两层电极之间通过沉积层进行电学隔离，以同时选通第X行和第Y列扫描线的方式来点亮位于第X行和第Y列的LED像素，高速逐点（或逐行）扫描各个像素来实现整个屏幕画面显示的模式。
图8被动选址驱动示意图
主动选址驱动模式下，每个MicroLED像素有其对应的独立驱动电路，驱动电流由驱动晶体管提供。
基本的主动矩阵驱动电路为双晶体管单电容电路。
每个像素电路中，选通晶体管用来控制像素电路开关，驱动晶体管与电源连通为像素提供稳定电流，存储电容用来储存数据信号。
为了提高灰阶等显示能力，可以采用四晶体管双电容电路等复杂的主动矩阵驱动电路。
图9主动选址驱动示意图
半主动选址驱动方式采用单晶体管作为MicroLED像素的
驱动电路，从而可以较好地避免像素之间的串扰现象。
半主动驱动由于每列驱动电流信号需要单独调制，性能介于主动驱动和被动驱动之间。
图10半主动选址驱动示意图
对比来看，主动选址方式相比另外两种驱动方式具有显著优
势：
一是无扫描电极数限制，可实现更大面积的快速驱动；二是有更好的亮度均匀性和对比度，像素亮度不受同列点亮数的影响；三是没有行列扫描损耗，可实现低功耗高效率；四是具有高独立可控性,被点亮像素周围不受电流脉冲影响；五是兼容更高的分辨率。
3.背板键合
从基板材质看，MicroLED芯片和背板的键合的基材主要有PCB、玻璃和硅基。
根据线宽、线距极限的不同，可以搭配不同的背板基材。
表2背板材料应用场景
背板材料
应用特点
大尺寸
中尺寸
小尺寸
PCB
应用于显示面积大、画素间距较大
的显示场景
√
√
——
Glass
线宽、线距尺寸范围大，可有望应
用于大中小等多种领域
√
√
√
Si基
应用于线宽、线距尺寸小于30μm
的场景
——
——
√
数据来源：
赛迪智库，2019年3月
其中，PCB基板的应用最为成熟。
2017年Sony推出MicroLED显示屏CLEDIS，采用PCB基板作为背板，封装后与微米级别的LED键合。
2018年，台湾地区工研院展出了将MicroLED芯片直接转移至PCB基板上的显示模块，为该技术增加了更多的应用场景。
依托TFT-LCD工业的成熟度，以玻璃基板替代PCB基板被认为是MicroLED未来发展的主流方案。
相较于PCB基板法，该方案更容易实现巨量转移，不仅有望大幅降低成本，同时更适用于对线宽、间距要求较高的工艺。
CMOS工艺采用键合金属实现LED阵列与硅基CMOS驱动背板的电学与物理连接。
制作过程中，首先在CMOS驱动背板中通过喷溅工艺热沉积和剥离工艺等形成功能层，再通过倒装焊设备即可实现LED微显示阵列与驱动背板的对接。
2018年，英国普莱思公司和台湾地区和莲光电联合推出点间距8μm，分辨率为1920×1080的MicroLED，通过专有电流源像素及灵活定位，该背板能够提供极好的电流均匀性。
图11芯片CMOS倒装键合示意图
（二）核心工艺
1.芯片制备
与LED显示相同，MicroLED芯片一般采用刻蚀和外延生长（Epitaxy，又称磊晶）的方式制备。
芯片制作流程主要包括以下几步。
一是衬底制备，用有机溶剂和酸液清洗蓝宝石衬底后，采用干法刻蚀制备出图形化蓝宝石衬底。
二是中间层制备，利用MOCVD进行气相外延，在高温条件下分别进行GaN缓冲层、N型GaN层、多层量子阱、P型GaN层生长制备。
三是台阶刻蚀，在外延片表面形成图形化光刻胶，之后利用感应耦合等离子体刻蚀（ICP）工艺刻蚀到N型GaN层。
四是导电层制备，在样品表面溅射氧化铟锡（ITO）导电层，光刻形成图形化ITO导电层。
五是绝缘层制备，利用等离子体增强化学的气相沉积法
（PECVD）沉积形成SiO2绝缘层，之后经光刻和湿法刻蚀。
五是电极制备，采用剥离法等方法制备出图形化光刻胶，电子束蒸发Au后利用高压剥离机对光刻胶进行剥离。
2.薄膜转移
薄膜转移指将MicroLED芯片转移到由电流驱动的TFT背
板上、并在微米级组装成为两维周期阵列的过程。
由于转移的像素颗粒数量极多（500PPI的5英寸手机屏幕需要800万个像素颗粒）、尺寸极小（要求微米级安装精度），薄膜转移又被称为“巨量转移”。
MicroLED的薄膜转移主要有物理转移和化学转移两种方法。
其中，物理转移方法主要包括以LuxVue为代表的静电吸附转移技术；而化学转移方法主要包括以X-Celeprint为代表的微转移打印技术（μTP技术）。
表3MicroLED两种主要转移技术比较
转移技术
静电吸附转移
微转移打印技术
基本原理
利用静电作用力，将MicroLED
芯片吸附到基板上。
使用弹性印模（stamp）结合高精
度运动控制打印头，通过控制打印头速度调整弹性印模和被转移MicroLED芯片间的范德瓦尔斯黏附力，有选择地拾取MicroLED芯片并将其打印到目标基板上。
转移过程
第一步
拾取：
构造类似介电层两侧
硅电极的转移头平台，使两边硅电极带相反电荷，利用静电力实现目标MicroLED芯片拾取；
第
升级会员 