苹果2014年就投资的MicroLED，目前情况如何？

如果说MiniLED背光，仍属于LCD液晶显示屏范畴的技术，那么MicroLED从整个屏幕和面板和角度来说则是跳脱到LCD和OLED之外的。如上篇探讨miniled背光技术一文中所说，传统LCD显示屏的层级结构中，有一层是背光层。有了这层背光，屏幕才能点亮，并显示各种色彩。

上世纪90年代开始，某些制造商开始将LED发光二极管用于背光层——LED具备更广色域、更节能、更薄等特点。不过那个时候的LED成本还是比较高的，而且散热成问题，加上较低的光电转换效率等缺陷，LED其实并没有被广泛地应用于LCD显示屏。

从2000年开始，白光LED芯片技术步入成熟，后续几年LED就在短时间内完全替代了CCFL冷阴极荧光。现在一般消费电子产品的LCD屏幕都以LED为背光——当然LED背光本身也有不同的技术走向。

与LCD、OLED结构根本不同

当这种LED芯片尺寸变得越来越小，小到一块屏幕下就有几千、几万颗LED，而且这些LED还能在画面某些区域显示黑色时完全熄灭，那么我们就将这种屏幕称作miniLED屏。通常miniLED屏仍然是LCD结构，因为miniLED主要就是对LCD屏背光部分的变动。

如果LED芯片尺寸再变小，小到50μm以下，小到像素级别，那么我们就称其为microled。但在LED已经小到像素级的尺寸时，它们可以自行控制单个像素的点亮与熄灭，也就不需要传统LCD屏的液晶层、色彩filter层的存在；屏幕面板结构也发生了很大的变化。那么microled屏也就不再属于LCD范畴，其结构与OLED屏更靠近；不过microLED并非有机发光材料，所以microLED屏也不是OLED。

于是在显示领域，microLED可能成为冉冉升起的另一类屏幕存在。但microLED的前景是不明朗的：今年12.9寸版的iPad Pro应用miniLED，苹果宣称这块屏幕的LED背光数量超过了10000颗——听起来还挺多，但当LED尺寸小到像素级别，也就意味着即便是1080p分辨率的面板，LED数量也将超过600万颗（1080x1920x3），完全不在一个量级。所以microLED的技术挑战也是不同以往的，毕竟miniLED也才刚刚开始大规模进入市场。

与此同时，microLED这个新角色的存在，可能对整个显示行业、现有市场参与者、行业价值链产生极大程度的影响。此时我们再看microLED，虽然它作为显示屏的发光器件存在时，也只是尺寸比miniLED更小，但它的存在却一点也不是变小这么简单。

                                                                                来源：Yole Developpement

它比LCD/OLED好在哪儿？

自索尼2012年率先展示microled电视面板，相比当时索尼的其他电视产品高出3.5倍的对比度、1.4倍色域、10倍响应速度，是令人眼前一亮的。2014年苹果宣布收购LuxVue，则为microLED的发展注入了一剂强心针。不过当2016年，索尼再行发布microLED芯片尺寸0.003mm²的CLEDIS电视时，当时高达1.2亿日元的报价，还是让人感觉看看就好的。

不过这不影响我们去深入了解microLED展现出的魅力。京东方在一次公开演讲中曾经公布过三种显示屏的各项参数对比，如下图所示。虽然这张表的部分参数是有待商榷的，比如LCD的色域、对比度、功耗等参数，毕竟LCD/OLED技术也在持续进步；不过大方向上，microled显示屏的优势是毋庸置疑的。这里还有一些参数是没有列出的，包括像素密度（ppi）、可视角度等。

值得一提的是，其中的EQE（外量子效率，可理解为发光效率）、功耗两项，microLED的领先优势部分停留在理论阶段。microLED在实操中，实际的效率和功耗表现暂时都弱于LCD和OLED。尤其是microLED作为体积小了很多的LED，EQE相比传统LED直线下降，且受到侧壁效应（sidewall effect）的影响相当严重——这本来就是microLED在新生阶段遭遇的技术挑战。

来逐项看看microLED的优势是如何形成的，便于我们更好地理解microLED这类显示屏形态。

从亮度的角度来说，microLED相比LCD和OLED就有着数量级上的优势（虽然这项优势可能也暂时受限于实际的实施方案）。OLED不用多说，有机发光材料的寿命和亮度本来就是其短板；而LCD则主要受限于复杂的结构，包括整个光学系统、偏振片、色彩filter等，导致了亮度的大量损失。

此前谷歌收购的一家名为Glo AB的公司就曾演示过亮度达到10000nit的小尺寸microLED显示屏。要知道我们现在用的高端手机屏幕峰值亮度达到1200nit就不错了，PC大屏的亮度普遍在500nit左右。在10000nit这样的亮度下，OLED基本上可以在几秒内烧坏。

对比度方面，LCD因为背光层的存在，对比度很难做高——miniLED部分缓解了这个问题。OLED则因为像素自发光，在显示黑色时可以“熄灭”整个像素，对比度理论上可以做到无限高；microLED也是自发光，所以高对比度不在话下。不过当我们探讨现在流行的ACR——环境对比度的时候，OLED则因为亮度上限低，在环境对比度上将显著弱于microLED。即在户外强光场景下，microLED将具备显著更高的可用性。而且这也决定了microLED要实现HDR内容显示是轻而易举的。

在稳定性和寿命的问题上，microLED芯片本身就是在高温下生长的，理论上可以具备更广的工作温度范围，加上更好的散热效率，使用寿命也将远超OLED和LCD。尤为值得一提的是，寿命对OLED所用的材料而言，可谓是短板中的短板（尤其是蓝光材料）。而且OLED对水氧非常敏感，所以对封装工艺会提出更高的要求，OLED在结构上因此会比microLED更复杂。

响应时间这个参数对游戏玩家而言是有价值的，这一点主要是基于microLED较高的电子迁移率，致其开关速度可以达到纳秒级别，领先OLED/LCD几个身位。这项特性对于AR、VR应用可能具备了更大的价值；该属性对可见光通讯应用也有相当的价值。

另外如前所述，在功耗和效率的问题上，microLED理论上会有优于LCD/OLED表现。“理论上”的这一设定让microLED更适用于使用电池的小型设备，比如可穿戴设备，而且预期中的功耗会有显著优势。理论上microLED的EQE（EQE具体是指发射到外部的光子数，与流过结的载流子数目之比）可以达到80%，但实际却会低很多。这也是microled技术研发中的重要挑战，令现阶段其实际EQE和功耗表现都弱于LCD和OLED。

这张表格还有一些未列出的参数，比如说ppi（每英寸的像素数量）像素密度，已经有厂商展示过上万ppi的microLED显示屏。可能在乔布斯的宣传下，很多人认为手机屏幕只需要超过300ppi就有了上佳的细腻度表现。但在其他领域，尤其是AR、VR、投影机等应用下，>1000ppi的需求是常态。LCD在实施高像素密度方面有比较大的弱势；而OLED理论上是可以实现高像素密度的，但要在现有的制造流程中实现OLED高像素密度，经济效益并没有那么好。

microLED制造流程中的mass transfer，图片来源：MICROLED-info

microLED在制造工艺上向半导体制造工艺进一步靠拢甚至融合，《电子工程专辑》杂志7月刊封面故事对此将有更详尽的描述。包括microLED在wafer外延生长、LED芯片的mass transfer方面，以及背板（backplate）在小尺寸屏幕应用上开始采用CMOS——而非传统的a-Si或LTPS TFT（当然大屏应用仍然会是LTPS TFT）。在microLED芯片本身小至微米级别之后，microLED不仅能实现高很多的ppi，而且对大屏设备而言，microLED以更稀疏的方式排列，给了显示屏实现更丰富特性的余地。

有这么多的优势，感觉microLED实在是太美好了。但最终极的一个对比属性这里也没有列出，那就是成本。在LCD、OLED走向成熟的时代，microLED现阶段甚至都还无法走向大规模量产，其成本当前自然是不可言说的。microLED现存的各种工艺技术挑战，也令其前途不是很明朗。

时代下的应用与市场现状

microLED的特性说到底就是小，小到带动了整体显示结构的显著变化，甚至波及显示行业价值链构成的程度。miniLED与microLED的区别，可以认为是LED技术量变和质变的区别。

不仅限于显示，microLED在照明、光通讯等领域也是有相当的应用前景的，包括在生物医疗健康领域——比如说在光遗传技术、神经刺激方面去替代传统的电刺激，十多年前就已经有应用先例了。

如果只说显示领域的话，microLED作为未来有机会替代LCD、OLED的技术，实际上有着更大的应用外延。比如说前文提到，其高ppi、高亮度、高对比、快速响应时间的特性，就决定了它对于未来的AR、VR类应用，具备将体验提高几档台阶的能力。这类型的应用对亮度、对比度和像素密度等的贪婪需求，是远超手机屏幕之类的显示设备的。LCD和OLED应付AR、VR实际上是很吃力的。

而且像AR、VR、头显、可穿戴设备小屏、投影机之类的应用更有潜力成为microLED第一批大规模应用的场景。因为microLED的制造难点主要在mass transfer，以及低EQE、受制于严重的侧壁缺陷效应；而小屏microLED制造，是一定程度规避了其中难点的。

比如说mass transfer——也就是将microLED从wafer转移到屏幕背板上的过程。对大屏设备而言，这个过程将变得非常复杂和困难，而小屏则可以采用一次整片转移的方法，虽然也存在技术挑战，但总体复杂度会低不少。此外，小屏应用的电流密度会比较高，侧壁效应的影响会显著更低，并促成EQE达到相对更高的值。

錼创科技展示的microLED透明屏

这里比较值得一说的是，microLED在透明和柔性屏制造上的天然优势。此前谈透明屏和折叠屏的文章提过屏幕实现透明和弯曲/折叠的原理，小型化的microLED对于实现屏幕的透明和柔性化都是有意义的。前两年錼创科技就演示过透明+曲面的microled屏幕，而且microLED本身的高亮度特性也能够显著提升透明屏的实用性。

而这两个属性，也让microLED在可穿戴设备，比如AR眼镜、智能腕表等领域具备了更具前瞻性和未来感的应用场景。至于更多大屏方向替代LCD和OLED，那可能还是个长期而艰巨的任务。LED制造商也都提过，microLED会率先应用到可穿戴、AR、VR以及车载小屏产品上，更大众的放量至少也要等到2024年——这可能还是个比较乐观的估计。

所以苹果若更早产出microLED成果，则未来率先应用microLED显示屏的设备，应该是智能眼镜或智能手表。

索尼价值可达上亿日元的CLEDIS电视

若要谈microLED的发展现状，那么这类屏幕现在主要是展会的常客，离进入寻常百姓家和大规模的工业应用还是有距离的。去年的SID Display Week上，展示microLED能力的如友达光电——展示的是microLED车用面板，包括应用于仪表板、中控台等驾驶舱应用；天马微电子以及供应链上的其他参与者（如材料供应商）也有microLED技术展示。

国内面板制造商、LED芯片制造商等市场参与者，对于microLED普遍有比较高的预期。京东方就多次强调过microLED是未来技术发展的重要方向，今年CES上有对应产品技术展示，其玻璃基AM microLED还拿到了CES“年度创新显示应用产品奖”。

韩国、中国台湾的诸多面板制造商都在向microLED面板发力，大陆地区的供应链相关企业表现得更加积极，包括京东方、TCL/华星光电、天马微电子这些面板厂商都在miniLED/microLED的R&D方面加大投入。LED供应链上，三安光电、华灿光电、国星光电、聚飞光电等这两年都在开展工作。

LED芯片制造商三安光电就将mini/microLED作为开发策略的重点，2019年三安光电宣布投资12亿元人民币在湖北鄂州的葛店经济技术开发区针对研发生产做布局；去年，三安光电与华星光电宣布合作成立联合实验室，投入3亿元人民币共同开发microLED材料、制造工艺和设备。利亚德与晶元光电、利晶去年底共同成立了microLED研究院。

去年底三星电子宣布在韩国市场开售一款110寸的microLED电视，售价是1.7亿韩元——也就是超过了100万元人民币。LG等厂商也有类似的发布动作，大抵上都属于看个寂寞的操作。2018年三星曾经发布过一款名为The Wall的microLED显示屏，那款产品的LED尺寸实际已经不大能够被称作microLED了，当时的售价也依然是相当高昂的。

颠簸中的价值链

Hendy Consulting前几年针对microLED生态参与者总结过一张图，如下图所示，或许这张图已经相对过时了，但仍可作为了解该行业的参考。当时主要的市场参与者以各自的能力构成了不同的“群组”，很多厂商还没有加入到完整的网络中来。

从microLED生长，到这些LED的mass transfer，以及背板的制造，行业内可能都还没有广泛被接受的大方向技术；甚至在不同方案下，microLED芯片结构都可能差异较大。现有的市场参与者更像是各凭本事在摸索。

一个比较有趣的事实是，microLED的生产制造可能更需要从系统和全局的角度，对工艺做出选择——而且每个阶段的技术有时又是环环相扣的。甚至制造商需要以应用为最终导向来选择对应的制造材料和方法（比如AR、VR这种高像素密度、小屏设备，在microLED技术方向，乃至材料上的选择就与大屏电视大相径庭）。

技术的分散性，以及制造工艺需从系统角度出发，这两者的相悖又可能为microLED本身的发展增添了诸多不确定性。

与此同时，microLED制造工艺给现有显示领域的传统市场参与者提出了新的要求，microLED的制造要求多个领域、长链条的专业技能，包括更高要求的外延生长、wafer制造、芯片转移、背板制造灯。比如高ppi的小尺寸microLED屏幕，可能在背板上选择CMOS制造工艺——传统硅集成电路制造工厂具备了更高的适用性。

这些不同以往的技术特点，可能会造成显示行业的价值链整体颠簸，或价值重心的转移。未来占据新制高点的企业可能未必是传统的显示企业，比如价值将向材料与设备供应商、LED供应商与硅晶圆厂，或者更具垂直整合能力的企业等倾斜；而不少显示行业的传统市场参与者的重要性可能会下降。