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        2020 Mini & Micro LED產業商機與趨勢分析
        編輯:雁楓 [ 2020-9-23 9:17:42 ] LEDinside
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        過去兩到三年時間,LED行業經歷了一個非常長的下行周期,加上今年上半年又有疫情沖擊,直到現在影響還沒有散去。在這樣的大背景下,我們看到Micro LED已經露出了曙光,MiniLED也即將爆發。

        第1部分 Micro的定義

         


         

        從產品定義角度,行業一般把Micro LED和MiniLED的界限放到75微米這一數字。如果單純用75微米做界限的話,里面會有很多有沖突的部分。實際上,從單一角度判斷,75um這個指標就很難將Mini和Micro清晰的區分開。

        因此,在一個二維坐標里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,技術水平更先進。然后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坐標下,Mini,Micro和傳統間距的LED相對來說有比較清楚的分際。

         


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

        此外,MiniLED和Micro LED在這個二維坐標上仍有一個重合的區間,當MiniLED做到很小的時候,從尺寸和間距的角度都會出現和Micro LED定義的重合。

        Micro LED主要能力體現在三個方面,一個是可撓的形態,第二個是透明度可以做到很高,第三是附加傳感器的能力。

        附加傳感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屏不得不去掏孔,或者是設計復雜的屏下指紋識別系統,或者是屏下攝像頭,里面有一個根本的原因就是傳統的顯示方式沒有辦法把這些非顯示的組件整合在一起。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屏里面。

        也因為這些優點,所以可以看到,從最小的尺寸到最大的尺寸的各種顯示設備里面,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MiniLED & Micro LED

        過去有一種成見,不管是在產業里面還是在投資圈,都會覺得LED是一個相對來說比較低端的產業。跟現在的集成電路行業相比,LED似乎是一種比較低端的技術,門檻沒有很高。

        但如果從材料體系來看,我們會有不一樣的視角。現有的集成電路它主要是硅基的技術,硅基技術之所以現在門檻拉得很高,并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、復雜程度、或者功能性都要比硅基的元素半導體好。

        為什么LED會給我們一個感覺,門檻沒有集成電路那么高?

        這里面主要的原因還是集成電路產業發展的時間夠長,作為化合物半導體體系里面產品之一的LED來講,整個產業發展的時間是比較短。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,但是集成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。

        比如說集成電路產品有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。對LED來說現階段的應用還不需要這么復雜的制程,因此容錯率還處于比較高的水平。但實際上,容錯率高不是低端產業的特征,而是早期產業的特征。

        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,其實背后的原因在于基于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平、設備工業的水平沒有提出這么高的要求,因此短時間內,支撐產業還難以滿足Micro LED這樣高復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MiniLED & 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是整個半導體行業里面集成電路、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,還需要非常困難的制造技術來實現,再加上它比集成電路更有挑戰的地方在于,Micro LED要做顯示的功能,不像傳統的集成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征,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,還有一股潛流是集成電路的企業,也在積極做這方面的布局,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1個想到把傳統的電路整合到一顆器件里面的想法的人寫出這份專利,相當于是集成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,相當于把過去的分立的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組件。

         


         

        Micro LED對半導體行業也可能有一個比較巨大的貢獻。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芯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,盡管芯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芯片的轉移的能力,它背后的意義在哪里?

        半導體行業可以把很多邏輯運算能力整合到一個IC里面,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后,可能出現的是反過來刺激集成電路產業的變革,我們就可以把很多的器件在芯片形態的時候就整合到一起,而不是要等到最后封裝好之后,再把器件形態的產品SMT到載板上。

        對集成電路產業來說,意味著大幅度強化SOC(System on Chip)環節的整合能力,可以去實現更高的器件集成度,而不用到組裝環節再去做集成。

        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。

        第2部分 MiniLED背光

        如果我們把LCD當成一個顯示產業的起點,大家會自然的認為MiniLED可能是一個過渡性的產品,再往后是自發光的OLED、Micro LED。因此也導致產業界的觀念中對MiniLED一直有一種雞肋的感覺,感覺會擔心在這個技術方向上如果投入很多,會不會幾年之后就被取代了。

        但如果用另外一幅圖表示這種現狀,或許會看的更清楚。MiniLED它最大的價值并不是去取代過去的技術,而是強化了LCD產品的生命周期。從LCD這個產業來講,如果正面跟OLED競爭,可能就是5到10年的產業生命,但如果有了MiniLED背光的加持,很有可能把這個產業生命壽命再延長1.5倍甚至是兩倍的時間。

        所以MiniLED的價值不是過渡性的顯示技術,而是強化和改良了現有的技術,以傳統的LED背光+LCD產品形態作為觀察的起點,其實技術的演進有兩個方向,一個是技術變革型的向右上延伸的自發光的方向,另一個是改良的,強化現有產品能力的方向。

         這也是顯示產業比較有意思的地方,因為顯示的應用場景是如此的豐富,以至于不同的技術背景、不同的技術路徑,都有很好的應用場景可以去發揮。如果研究過光伏產業或者存儲行業,就會發現這種行業里面很大的不同,他們更像LED照明行業,產品性能比較的維度很單一,比如說光伏,它只看光電轉換效率,照明LED也是只看電光轉換效率,所以導致技術路線之間你死我活的競爭。但是對顯示來講,應用場景非常多元化,由于這種場景多元化的特征,會導致顯示技術長期是百花齊放的狀態,不同的技術路線可以長時間共存。

        從LED的視角,或者從原組件的視角,LED新型顯示分成兩條路徑,一個是自發光,一條是背光,而且在很長的時間內,這兩種技術路線都會共存。我們觀察的大部分參與LED顯示的企業,都不會只關注一個方向,通常都是兩個方向共同進展。

        這里面一方面他們都是屬于顯示領域,產業規律和技術原理上有相通之處;第二方面,任何為其中一種技術路線去做的設備投資,以及其它方面的一些例如研發類的投資,大部分投資兩種技術路線可以共享,來可以共同分攤固定成本,比如說專業的MiniLED固晶和檢測的設備投資下去,它不僅可以用于生產MiniLED背光,還可以生產MiniLED的自發光產品,這樣對廠商來說又產生了新的范圍經濟效應。

        為什么大家要對MiniLED這么重視呢?用這個圖簡單說明一下,MiniLED背光最重要的能力就是增加了顯示器的對比度。對比度高的意義在于如果用傳統顯示器,畫面會不清楚,如果用高對比度,不管是MiniLED還是OLED,擁有了更高對比度,會讓畫面的明暗對比更清晰。

        從幾種不同的顯示方式的競爭力的角度,我們選擇了5個維度做對比,我們可以看到從Mini顯示器的角度,盡管成本相比傳統的LCD有所增加,但是它在其它幾個維度上都是大幅改善了傳統LCD的能力。

        上圖為集邦的分析師和編輯現場實拍的,很難窮舉所有的MiniLED產品,因此抓了一些比較典型的產品做展示。從MiniLED背光的解決方案來講,從小尺寸到大尺寸都已經有各種產品設計出來了。包括華星已經有做到5100個分區的MiniLED背光電視機,去年同期就發表了樣機,這也是目前看到比較有機會在市場上很快商業化的一款產品。

        基于集邦咨詢作為第三方的判斷,這些產業的產業化時間點會是什么樣子的?

        從集邦現在觀察到的情況來講,比如說在小尺寸領域,整體來講我們認為MiniLED要做到具備這種性價比較低的時間可能還要到很晚。目前來說,觀測的重點還是在大屏的部分,特別是在TV的部分,是當下的產業界熱點。當然蘋果的iPad Pro和Macbook Pro也是不錯的應用場景,但是這部分的供應鏈相對來說中國大陸的企業機會比較少一點。

        從目前看到的情況來講,整個中國大陸的供應鏈其實是從TV的產業受益會比較大,這里面有幾個原因,一方面就是中國大陸的面板產業、電視機產業在全球份額都很大,應該算是中國大陸的廠商開始主導相關產業,所以MiniLED的供應鏈大陸企業相對有比較多的機會。目前的時間點上,從供應鏈了解到的信息來判斷,明年至少是數百萬臺級別的出貨規模。

         


         

        上圖是集邦咨詢2019年做的預測,用綠色和紅色的框標注的是當時預測的2020年和2021年 MiniLED背光TV的滲透率。

        對2020年的判斷,目前來看還是比較準確的,但在當時(2019年)我們很樂觀地認為2021年還有三四倍的增長空間,2021年約為0.3%的滲透率。

        但是在當下這個時間點,顯然這個預測已經低估了行業的發展速度。這充分的說明了,技術在短期內往往會被高估,在長期往往會被低估,這個長期其實也沒多長,只是兩年的時間而已,早期產業爆發前期,很難充分看得清楚其爆發的速度(集邦咨詢新的預測敬請參考集邦咨詢新出刊的MiniLED產業研究報告)。

        所以總的來看,MiniLED 背光行業的機會與挑戰有哪些?首先要看到行業面臨的機會,很重要的機會就是MiniLED產業鏈,跟原來的傳統產業鏈的契合度是非常高的,也就意味著商業化的難度會比較低,整個商業化的步伐非常快。這也是從照明之后,對整個LED行業來說非常重要的一波需求。

        其次它其實是一種能夠改善傳統LCD能力的顯示器,確實能夠改變一些高端的顯示器市場里面的競爭格局,如果是沒有提升對比度的能力,LCD就要把高端市場拱手讓出去其他高對比度的顯示技術。MiniLED背光TV提供了一個比較好的細分市場,先給這個MiniLED背光產業一個練手的機會,然后再嘗試滲透到更多主流的產品。

        從挑戰的角度來說,比較大的挑戰有幾方面,一方面是很多領域都會跟正面和OLED競爭,OLED主打的優勢之一就是高對比度,另外就是技術路線、成本和規格之間的平衡,如果過度在意成本,則無法實現提升產品性能的初衷。

        另外就是從滲透率的角度,還有一個比較大的不確定性。盡管現在這個時間點去看明年,是比較樂觀的,畢竟電視就有這么大的量。但是,2億多部電視里面,真正的高端市場也就是1000多萬部,明年推廣之后,如果消費者反饋的歡迎程度并不如產業內部預期這么高的話,可能出現一個問題,就是MiniLED這個產品只能局限在高端市場,失去了再去向中低階市場滲透的能力,就變成這個產業面臨的一個巨大風險。

        第3部分 Micro LED顯示器行業的發展情況

        從產品的形態來講,此處大概列了一些比較重要的典型解決方案,可以看到從最小的2.7寸到最大的200多寸的產品,Micro LED都可以實現。

        整個技術路線來講,目前觀察到的主要是三個技術路線,最小的就是做在硅基上面的,它的優勢是PPI可以做得很高,但是它的限制是沒辦法把像素總量做的很大。另外一種是PCB的方案,目前比較多的廠商在這個領域有一些比較成熟商業化實踐。另外就是比較多的面板廠的方案,玻璃上做Micro LED,也是未來重要的技術方向。

         

        Micro LED面臨的問題主要是體現在幾個方面,一是轉移的效率,有待于巨量轉移技術上的投資,包括前期的產品研發,以及未來廠商大量資本開支以提升產能或者量產能力。

        另外一個很大的問題,就是在良率的部分。良率里面包含了兩層,首先是轉移的良率,還有一個角度就是從支撐產業的能力出發看如何改善良率。現有的支撐體系對Micro LED有比較大的限制,比如說Micro LED要做到波長的偏移在1-2個納米以內,如果材料和設備體系不支持,想做到這件事情就會非常困難。因為良率的問題,導致后道會有比較多的不良問題,需要大量的成本去做檢測和修復。基于現有的LED配套產業水平,能做到像素點級別幾十個PPM不良率已經是很好的水平了,但是對Micro LED來說,就會變成后道檢測和修復環節的巨大成本。

        從商業化的進程來講,我們也是看到了兩個方向,應該說是一大一小,大的還是在商業顯示這個領域,比如說索尼、三星,以及國內的很多的顯示屏廠,電視機廠都有布局。主要優勢是突破了原來的LCD的面積限制,進入到大屏幕商顯的領域。

        另外一個方向就是可穿戴設備,它的優勢是要求的像素總數不是很多,可以采用較多的半導體產業的技術,相對來講也是會比較快實現商業化的。

        滲透率方面集邦咨詢做了推估,Micro LED要看到比較多的商業化的機會,至少要到2023年以后。目前在商顯大屏或者是可穿戴領域的一些小規模的商業化實踐,其實對整個產業來說也是比較有益的積累。總的來說,Micro LED這個產業,目前是創業或者說一級市場投資布局比較好的時間點,但是想要看到它真正的大規模普及,能夠給企業貢獻比較多的收入的話,還需要比較長的時間。

        從供應鏈的角度,Micro LED和現有自發光顯示產業鏈有比較多的重合。但如果考慮到Micro LED會是一個交叉型的產業,那么未來玩家到底還有誰,誰會勝出,其實還是非常大的未知數。目前來看,傳統的顯示屏的產業,做了相當多的自發光顯示技術的積累和摸索,會使得在位的顯示屏廠商有一定的先發優勢。但未來能不能成功,取決于企業能不能把先發優勢轉變成新產業賽道里面的競爭優勢。

        總結Micro LED三個比較重要的機會或者三個比較大的挑戰。

        從機會來講,首先,是一個比較完美的顯示器,另外就是一些利基型的市場,會給這個產業提供練手、提供小規模生產的機會。此外在5G消費電子變更的浪潮下,也會給Micro LED帶來一些意外的機會。

        還有幾個比較大的挑戰,首先是技術的難度問題,包括整個配套產業支撐力度的問題;然后轉化成第二個大的問題,就是成本的問題,導致Micro LED想要進入量產或者是產業規模擴大到具有顯著規模效應的階段,路還很漫長。

        此外在供應鏈的部分,還有怎么去整合,怎么去發展出商業模式的問題。半導體行業發展到現在,造就臺積電這樣的公司,它的角色就是去負責重資產的研發和設備投入,由全行業的設計公司共同分擔巨額的折舊。

        對Micro LED來講,如果成本要大幅下降,有很大的規模效益和發展空間,或許也需要同樣的商業模式,這也是需要很長時間才能解決的問題。


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