苹果iPhone8全新屏幕呼之欲出,全新一代显示技术革新之战一触即发 | 独家专访

作者: 发布时间:2017-08-13 12:23

苹果 10 周年的新机一直是大家关注的焦点,而就在上周,国外开发者根据 HomePod 的开发版固件中的代码竟然推断出了下一代 iPhone 的蛛丝马迹。这些开发者们大胆推测,除了iPhone 手机上经典的 Home 键可能将被取消、实现真正意义上的全屏幕之外,还可能全线换装最新的OLED屏幕。


图丨下一代 iPhone 官方渲染框架图

虽然消息真假难辨,但可以肯定的是,全屏幕带来的好处就是手机屏占比的水平达到了前所未有的程度。而这样一来,使用何种屏幕显示技术又成了考验苹果设计师的头等难题。

根据《日本经济新闻》等多家媒体的先前消息,外界几乎已经认定,苹果新一代 iPhone 的显示屏将采用 OLED(有机发光二极管)屏幕,如果属实,那这也将是苹果第一款搭载 OLED 屏幕的 iPhone。不过,因为目前 OLED 全球产能有限,而且技术领先优势及产能仍由掌握在韩系面板厂如三星、LG Display(LGD)手中。因此,尽管无奈,苹果也只能将 iPhone 8 的 OLED 订单交由主要死对头三星供应。

苹果登高一呼后,势必引发其他手机厂加大 OLED 的采购力度,将进一步导致 OLED 产能吃紧。过度依赖单一供应商是一件很危险的事情,这样的案例不是没出现过。早在 2010 年,宏达电就推出采用 AMOLED 屏幕的重量级产品 hTC Desire,当时供应商三星就曾使出屏幕缺货的招数,导致宏达电产品计划大乱。

图丨采用 AMOLED 屏幕的 hTC Desire

有了前车之鉴,苹果制定了两个策略:一是积极采取扶植其他 OLED 面板供应商。除了 LGD 放出扩大产能的消息之外,鸿海也将与夏普携手,在大陆沿海地区新建主动矩阵有机发光二极管(AMOLED)工厂。预计 2019 年量产,京东方、天马都将加入这场 OLED 产能竞赛,希望争取供货 iPhone OLED 面板。面板从业者就私下透露:“未来 2 年肯定会看到 OLED 产量会整个洒出来!”

第二个策略则是自行研发比 OLED 更新一代的技术--微发光二极体(Micro LED)。2014 年,苹果收购 LuxVue,并买下高通先前在台湾设立的龙潭厂,专攻 Micro LED。业界人士指出,苹果目前以台湾龙潭厂作为自主研发的实验基地,拥有至少上百名工程师,从晶片到封装展开深入研究,内部会进行小量测试生产。

不过,苹果很可能还是希望通过将 Micro LED 诸多专利授权给面板厂或 LED 厂的模式,在日后时机成熟的时候让供应商进行大量生产。但无论如何,苹果的大动作让 Micro LED 变成了当红炸子鸡。

图丨Micro LED 技术

众所周知,现阶段显示技术以 TFT LCD 为主。但目前,部份面板从业者正在力推OLED技术——该技术优势明显,因为不需要搭配背光模组,其厚度自然比 LCD 面板来得更薄,再加上可达到高对比度,视觉效果更是鲜艳。

更重要的是,市场盛传苹果即将发布的 iPhone 8 将采用 OLED 面板,甚至到了 2019 年底,全系列 iPhone 都会改用 OLED,全面引爆了话题,让 OLED 被视为是取代 TFT LCD 的新世代面板技术主流。

相比之下,Micro LED 在体积微型、低耗电、高色彩饱和度、反应速度的表现比 OLED 更上一层楼,掀起了一场从毫米(mm)级演进到微米(μm)级的革新之战,吸引了各路科技巨擘投入研发。

然而,一连串科技巨擘收购或有意向收购的产业消息也将 Micro LED 从实验室推到了镁光灯前。Micro LED 的技术将一般 LED 的像素(Pixel)从毫米级降到微米级,因此芯片尺寸只有原来主流 LED 的百分之一。

正因具备体积小、高分辨率,能够自动发光所以更轻薄及节能,这些优点让 Micro LED 被视为是最有潜力的下一代显示技术,索尼、苹果、鸿海集团、Facebook、三星等巨头公司都积极投入。

图丨Micro LED 技术的主要玩家

为此,DT君采访到这两家相当低调的公司:镎创(PlayNitride)及Mikro Mesa,他们对于Micro LED市场发展不约而同给出了类似的看法:未来一年到一年半之间,巨量转移相关技术可望到位,让Micro LED走向量产。

什么是Micro LED?

目前,面板技术主要是 TFT LCD,主要有 LTPS 及 IGZO 两种制程,LTPS 主要用于生产小尺寸、分辨率为FHD、2K 的显示设备,IGZO 则适合大尺寸及 4K、8K 分辨率的设备。但 LCD 需要有背光源,在体积上想要达到极薄有一定的瓶颈,亮度、分辨率也不如自动发光的 OLED,而 Micro LED 在薄型、亮度、像素密度(PPI)又比 OLED 更胜一筹。

Micro LED 的特色是将一般 LED 的像素大小从毫米级降到微米级,举例来说,传统 LED 封装体尺寸大于 1000 μm,Micro LED 等级就得将尺寸缩到 100 μm 以下。目前,大致上现有 LED 芯片约 200~300 μm,小间距显示器芯片约 150 μm,而可视为 Micro LED 前身的 Mini LED 则是 100~150 μm,Micro LED 定义是小于 100 μm,但产业界对 Micro LED 未来实现商品化的目标是在 10 μm以下。

举个例子,大概就能理解 Micro LED 有多小:人类一根头发直径大约在 70~100 μm 左右(每个人头发粗细不同),若以上述的产业共识来看,未来商品化的 Micro LED 将比头发来得细小许多倍。而也正是因为 Micro LED 体积微缩化,导致了制程上的诸多困难。

图丨Micro LED 发光体尺寸对比

实际上,Micro LED 制程有四大关键技术,包含磊晶与芯片技术、巨量转移技术、键结技术(Bonding)、彩色化方案,其中又以转移技术最为棘手。

简单来讲,巨量转移的“巨量”就是指数量非常多的 LED 晶粒,动辄几千万、甚至上亿,而“转移”则意味着这些晶粒被“单独”制造出来,然后再“焊接到 IC 或基板的适当位置”,由于这些晶粒非常小,所以要求的安装精度十分之高。

对此,在 LED 及面板产业具权威性的调研机构 LED inside 研究副理杨富宝举了一个具体的例子:一片 6 寸的晶圆(Waffer)上可以制作出 1.65 亿颗 10X10 μm(间距10 μm)的 Micro LED 晶粒,如果是 5X5 μm(间距5 μm)尺寸就会有高达 6.5 亿颗。

因此,要将这些“巨量”的超微小 LED 芯片搬移至 IC 或基板上,难度就已经很高,而且还要考量放下时的对位准确度,以及后续的检测,如果检查出不良品又该怎么替换等问题,也就是包括晶粒的拾取(Pick UP)、选择及放置等环节,都大大提高了巨量转移的困难。

所以,许多新兴公司都在研发相关的解决方案,包括苹果在 2014 年收购的 LuxVue 使用暂时基板载体,加上静电吸附方式,转移 1~100 μm 的 LED 芯片,而且在最关键的转移与键结项目上,LuxVue 拥有的转移专利数量在业界排名第一,这正是苹果将其收归麾下的原因。

图丨苹果收购 LuxVue

专利排行仅次于 LuxVue 的则是美国新创公司 X-Celeprint,其优势在于取得美国伊利诺大学(University of Illinois)教授 John A. Rogers 开发的 Micro-Transfer-Printing(μTP)技术独家授权。实际上,μTP 概念类似我们拿橡皮印章将墨水印在纸上,将 Micro LED 转贴至可挠式基板或玻璃基板上以制作 Micro LED 阵列。

但鸿海集团收购的 eLux 使用的则是其它的技术,专利布局包括相变化修复及转移以及流体装配,较其他公司的转移技术有着不同之处。杨富宝对此评论道,流体装配是目前看来产出最快的巨量转移方式,这正是鸿海集团愿意斥资 1000 万美元投资 eLux 的原因之一。

台湾的Micro LED创业新秀

半导体产业的重镇台湾在过去的 LCD 时代,一度占有领先的位置,但随着大陆面板厂强势崛起,加上三星、LG 积极发展 OLED,台湾在量产技术及投资不敌竞争对手,因此试图借助发展 Micro LED 实现弯道超车。

实际上,Micro LED 属于结合面板及 LED 两大产业的新兴技术——目前,有两家新创公司凭着技术领先而备受产业关注,且存在一定的相似处:不但皆是由在产业界知名、拥有丰富经验的人士自立门户创办,且研发重心均落脚在半导体与面板业聚落的台南,并且两家公司都取了很特别的名字。

一家的团队背景主要来自 LED 产业,由台湾大学教授、台湾 LED 磊晶厂前 CTO 李允立创立的镎创,另一家的成员则是在面板业负盛名,由华星光电前执行副总裁、前奇美电子电视面板事业部总经理陈立宜成立的 Mikro Mesa。

镎创公司的英文名为PlayNitride,直译是“玩氮”——透过“氮”等化学元素的创新组合,将显示技术再升级,是当初命名的初衷,而且一玩还真玩出名堂:今年 5 月市场传出三星为了追上苹果在 Micro LED 的发展,有意收购 PlayNitride,消息一出,所有人都在问 PlayNitride 是何方神圣?

镎创是李允立在三年前成立,团队人数约 70 人,累积募资金额约新台币 8 亿元(约 1.8 亿元人民币),股东包括台湾 LED 磊晶厂晶圆电子,晶圆代工厂联电也有小部分持股。镎创董事长李允立指出,PlayNitride 的优势是从不只做巨量转移,也设计 Micro LED 芯片,因为两者息息相关,比起目前其他公司多半只针对转移环节下手更具有技术优势,并已拥有 PixeLED 与芯片转移技术等专利。

图丨镎创创始人李允立

正因为受到市场诸多关注,因此先前被点名是三星有意收购的公司。“其实根本没有谈什么,而且我们不会在这个时候考虑被收购。”李允立说得很直接。他透露,在 PlayNitride 内部的巨量转移的良率已经可以达到 99.9% 以上。为了加速技术问世的脚步,已经订购量产设备,开始建设生产线,目标是在今年 12 月底以前可以生产,“那就不是在实验室做,是可以接适当量的订单。”届时也才能测试产品生产的良率。

不过,要看到 Micro LED 崛起依旧尚需时日,得先突破包括巨量转移、集成式驱动 IC 的设计等技术瓶颈。李允立指出,“巨量转移的解决方案不会只包括一种技术,短期来看,巨量搬移很关键,但我相信,到了 2018 年底,就会有合理的转移成果,也就是说,未来一年到一年半,大家就会开发出很有效率的转移技术。”

另外,李允立更提醒,中长期更需要关注的是如何把技术应用到量产、如何取得很高的良率,这就不只是转移的问题, 还要搭配芯片设计跟背板设计,例如芯片怎么设计可以更好被抓取,怎么更好的放在背板上,转移是个桥梁,中长期的问题是如何整合芯片与面板。

图丨Mikro Mesa 创始人陈立宜和3×3 μm 的单色晶粒

另一家值得关注的 Mikro Mesa,其已经在实验室做出 3×3 μm 发光面积的单色晶粒,只需要 50 nA(纳安)的微弱电流就可驱动,而且解决了漏电问题。

创始人陈立宜从面板业转战 Micro LED,其实算是无心插柳。据了解,他在 2013 年离开华兴光电后,产业界的朋友找他咨询,希望是不是能借着多年的面板专业,帮忙解决 MicroLED 的一些技术问题,例如漏电——当 LED 进到微型化后,发光元件在边缘漏电的情况大幅增加,陈立宜自己也拜访了业界人士,但在当时发现居然找不到解决办法,因此他心想“那不如自己下来做吧!”便成立了 Mikro Mesa。

Mikro 是拉丁文,等同英文 Micro 的意思,也就是微小化,Mesa 则是桌子、平台之意,“将 Micro LED 小小的晶粒转移放置在平台上就是我们在做的事。”Mikro Mesa 创始人陈立宜说。

三年后,Mikro Mesa 发布了3×3 μm 的Micro LED 晶粒,为全球最小的尺寸。并且携手重庆惠科金渝光电,共同成立两岸合作的第一座 Micro LED 面板实验室,预计在今年第四季度完工。

Mikro Mesa 合伙人苏志浩指出,“经过三年的发展,我们已经解决边缘漏电的问题,并且已经在美国拿到了 14 项专利,在申请中的还有 65 项。”

苏志浩表示,从 LED 芯片、架构、背板、巨量转移、封装到最后的检测,整个环节 Mikro Mesa 都会投入,并且与芯片厂及面板厂合作。他们的策略是利用现有面板厂的设备,加以修改、增加功能后,来生产 Micro LED,例如 Micro LED不需要滤光片,是不是可以拿原有的设备跟产能来做 Micro LED 封装呢?但对于技术细节,苏志浩则表示还在保密中,“我们现在不能讲。”

不过,他也强调,未来一年到一年半之间,公司最重要的目标就是做出“ 3 点多寸而且是全彩”的 Micro LED 显示屏,而且要达到接近量产的条件,“只要这个技术做出来,要做大尺寸的 Micro LED 就没有问题。”

下一代显示技术之争

目前 TFT LCD、OLED、Micro LED 这三个技术间看似存在明显的替代性。对此,李允立认为,Micro LED不是要取代其它两个技术,以代际划分来看,LCD 确实是比较早期的技术,“基本上很成功,大中小尺寸都可用,也经过很长时间的制造磨练”,但是,LCD 很耗电,所以有 OLED 出现,OLED 既然是新技术,价格势必昂贵,而且受限技术本身的特性,可应用的地方较少,短期内不容易超越 LCD。

不过,“评估技术得从很多角度来看,包括成本,就像灯泡发明了很久,到现在还在用啊”。所以 OLED 也还未能取代 LCD。

那么回到 Micro LED 上,他认为,从工程基础指标来看 Micro LED 很有优势,“不是取代性质,而是用在其他两个技术做不到的地方”,所以“短期”来看 Micro LED 能先取得市占率的是 LCD 和 OLED 不适合的应用,比如是可穿戴设备,如智能手表、头戴显示器、汽车显示屏、 户外高亮度的显示屏以及需要省电的应用。

图丨Micro LED 应用于不同产品的预估时程

不过,李允立也强调,既然是目前技术做不到的,市场就看不到应用,所以大家就比较难想象可以怎么使用这项技术,但恰恰是这种情况下却会有很多新的可能性,象是摩托车的数字化仪表板,又或是汽车外部可利用显示技术做出各种特殊效果,“就看产业有没有找到或想到”,他也坦言 ,Micro LED 现阶段技术尚未成熟,但长期来看,Micro LED的价格势必会变便宜,应用的范围自然就扩大。

不同于镎创认为小尺寸可能会较快进入应用市场,Mikro Mesa 有不同的看法。苏志浩认为,如果 Micro LED 的市场要扩大,就要从大尺寸走,包括电视及户外显示屏。从目前面板厂的产能配置来看,主要有 7 成是用在生产电视,而笔记本电脑、显示器、智能手机只分别各占1成,所以切入大尺寸的需求应会先行。Micro LED 的优点包括低耗电、高亮度,所以可以做户外的显示屏,一旦当Micro LED 的量产成本等同于甚至是低于 LCD 或 OLED,这种颠覆式创新的效益就会显现出来。

不过,他也预期,当技术可以实现量产,面板厂改造生产线至少需要一年时间,因此 Micro LED 大概还要等三年,大约在 2020 年才会有商业化产品。

杨富宝则是从苹果公司的策略来分析。他认为,Apple Watch 1 在 2015 年问世采用 OLED 面板,一直到近期才准备推出 OLED 面板的 iPhone,其间 2~3 年的时间就是要测试技术及市场接受度,而 Micro LED 应会遵循这样的模式,先从小尺寸的 Apple Watch 或智能手环(Smart Bracelet)切入。

图丨Micro LED适合应用在智能手表上

他指出,从现在到 2019 年将是 Micro LED 技术发展的关键期,如果这段时间能克服将微米等级的 Micro LED 晶粒转移至基板的难题,再配合品牌从业者采用,掌握产品应用时间,就能成功。按照时间推估,Micro LED 可以在 2020 年左右有一些小量的应用产品出现,但真的要大量应用的时间应该是落在 2023 年以后了。

Micro LED会不会昙花一现?谁又希望它成功?

十多年前就有学术研究机构公布 Micro LED 技术的相关研究成果,到了 2012 年索尼展示小间距 LED 的概念性产品 Crystal LED TV 曾一度引起市场眼球,但当时因技术困难、成本太高,并未造成长时间的关注。

不可否认,一直到了 2014 年苹果收购 LuxVue,并买下高通先前在台湾设立的龙潭厂,专攻 Micro LED,甚至自设实验测试生产线。苹果的大动作让 Micro LED 变成当红炸子鸡,但是 Micro LED 会不会昙花一现?没人说的准。

图丨索尼概念性产品 Crystal LED TV

要分析一项技术能否成功,可以从三个面向谈起:市场需求及应用、从业者态度、技术瓶颈的克服。在市场及技术方面,显示面板的需求是不断向上,除了TV之外,还有诸多新应用,包括智能手表、智能眼镜、头戴显示器、汽车显示等,而Micro LED可以满足这些新应用对更薄型、高分辨率、低耗电的需求。

另一项重点就在于从业者态度,表面上看起来苹果及索尼最为积极投入,并且认为三星在 Micro LED 的布局落后。不过,有业界人士私下透露,不论是三星或是 LG 早就已经组织团队低调研究数年了。但他们暂时先把 Micro LED 定位为“隐藏版的技术”,因为他们已经在 OLED 跟量子点 LED(Quantum Dots LED,QLED)上投资很多了。

这是什么意思?目前三星可说是全球 OLED 第一大供应商,而且不断扩大 OLED 的产能,今年 5 月韩国媒体报导,三星在韩国忠清南道牙山市将建造一座新的 OLED 面板厂,估计造价在 13~16 兆韩元(115~141亿美元),预计在明年下半年开始投产,为的就是供应苹果 iPhone。对三星来说,既然已经投入巨资,那自然就希望 OLED 能成为市场的主流,才能符合投资效益。

图丨三星的OLED产品

对 LG 亦是如此,LG 的策略除了积极布局 OLED,近期宣布将于广州建立第一座 8.5 代线 OLED 面板的合资工厂,也发展更新一代的 QLED,因此从商业利益来看,三星及 LG 短期并不会希望 Micro LED 发展太快而扼杀了 OLED 或 QLED 的商机,这也就是为什么三星及 LG 对 Micro LED 研发倾向低调及观望。

那么谁会希望 Micro LED 成功?那就是为苹果及索尼的产品提供显示屏的从业者了。苹果虽然向三星采购 OLED,但彼此之间仍是竞争关系,加上苹果一贯采分散供应链的策略,过度依赖三星宛如芒刺在背,因此苹果除要求夏普等其他供应商加速扩大 OLED 产能之外,同时积极研发 Micro LED。

而且实际上,供应链也已经嗅到先机,打头阵的就是鸿海,据了解,鸿海集团收购 eLux 后,联合集团底下的群创、荣创、夏普,组成了一个跨公司的 Micro LED 团队,荣创与 eLux 负责转移技术,群创及夏普负责面板及模组,鸿海则是总指挥。

所以说, Micro LED 能否成功,各大从业者之间的角力赛更是一大关键。李允立就直言:“我希望大家都来做,因为大家共同的竞争者是 OLED,如果 OLED 成功了,Micro LED 就很难了。”

毫无疑问,苹果是目前最具有话语权力量的品牌从业者,只要苹果一声令下,不仅所有供应链都会跟着启动,同时也会带动其他品牌从业者跟进采用。因此,以苹果积极投资Micro LED 的策略来看,Micro LED 确实具备成功的机会。