Micro LED行业分析及投资思考

行业研究是投资的源动力。元禾控股推出“元动力”系列行研分享，东沙湖基金小镇据此推出《元动力》行业研究专栏，旨在交流行业研究成果，分析行业发展趋势，探讨未来投资方向。

本期《元动力》行业研究专栏聚焦Micro LED行业，分享者是元禾控股集成电路产业投资部高级投资经理张海洋，将从当前Micro LED的技术难题、典型企业的技术布局、投资逻辑等维度进行展开。

从LED到Micro LED

Micro LED其实就是尺寸在微米级别的LED，而LED发光二极管是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。LED下游应用主要包括显示和照明，Micro LED的应用也是在这两个方面，只是在具体应用场景上有一些区别，Micro LED可能会取代传统的一些LED应用场景，但更多是能开发一些新应用、新方向。 

LED制备过程主要包括先在衬底之上外延相关的半导体材料，再将外延层切割成一颗颗晶粒，然后将晶粒封装成一颗颗的成品。外延是在蓝宝石或者硅基的衬底上长出外延氮化镓或者磷铟的材料，主流衬底尺寸有2英寸、4英寸、6英寸、8英寸，然后根据设计的LED大小切成对应大小的晶粒，其中一般认为Micro LED尺寸在100微米以下，mini LED尺寸在100-300微米之间，普通LED尺寸在300微米以上。

 从成本上来说，一个4英寸的蓝宝石外延片，切成普通的LED芯片大概有6万颗，切成mini LED芯片大概有60万颗，切割Micro LED芯片在240万颗以上。同样一块晶圆，做成Micro LED的数量有显著提升，单颗芯片成本更低，这也是从成本上来看Micro LED的发展潜力的原因之一。 

从性能上来说，和现有LCD、OLED、LCOS以及DLP四种显示技术进行比较，Micro LED相对而言是比较全面的“六边形战士”，在亮度、对比度、像素密度、可视角、响应时间、工作温度、功耗、寿命、光源利用率等10个技术性维度方面具备一定的优势。综合来看，成本和性能会推动Micro LED产业不断发展。 

当前来看，Micro LED缺陷是成本高，技术难度高。成本高的原因不在于芯片本身，而是当前的制备良率过低、工艺过于复杂，导致整体成本高，而技术难度高也是造成当前Micro LED成本高的原因。因此，降低制造成本、提升制备良率是每个Micro LED企业均需解决的难题。

Micro LED显示应用

根据显示应用的尺寸不同，Micro LED主要有两大显示应用：

l  高PPI小尺寸显示应用，以及对应的单片集成技术路线。

l  低PPI大尺寸显示应用，以及对应的巨量转移技术路线。

AR/VR 显示应用中，显示屏距离人眼较近，需要较高的PPI（大于1000），而芯片本身的尺寸较低，目前主要采用单片集成的技术路线，将显示晶圆与CMOS驱动背板直接键合，而后再切成需要的尺寸的显示屏。而在中大屏显示中，由于显示屏本身尺寸较大，一般需要玻璃背板，因此更多是采用巨量转移的方式，将Micro-LED芯片转移至驱动背板上。大屏和微显虽然都是Micro LED重要的应用方向，但是他们对技术要求却是截然不同。 

在大屏和微显虽然都是Micro LED重要的应用方向，但是他们对技术要求却是截然不同。但它们是两种模式完全截然不同的技术方案。在低PPI应用场景是巨量转移的技术方案，而高PPI应用场景是单片集成的技术方案。

Micro LED技术方案，来源：Yole

l  巨量转移技术路线：将每个显示屏所需的几百万甚至数千万颗Micro LED晶粒，高效、高速、高良率、低成本的转移焊接到驱动电路（一半采用薄膜晶体管(TFT)）上，形成低像素密度(PPI<1000)的 Micro LED 显示，应用于中大尺寸显示屏。

l  单片集成封装技术路线：将Micro LED外延片通过键合的方式，与硅基CMOS驱动背板形成电学连接，再切成需要尺寸的高像素密度的微显示屏(PPI>1000) ，主要应用领域是AR/VR和投影。

Micro LED应用进程

Micro LED暂未实现大规模量产，目前应用领域主要集中于对价格或者对成本不太敏感的商业显示。未来3-5年将成为Micro LED走向消费级应用的关键时期，随着技术逐渐成熟、芯片良率提高、商业化成本大幅降低，Micro LED将首先在智能手表、大屏显示领域开始量产应用，智能手机的应用在短时间内难以实现。苹果预计2025年秋季将发布搭载Micro LED屏幕的新一代Apple Watch。目前Micro LED芯片已在眼镜、电视等显示场景实现产品化，但大部分产品受价格限制，还处于概念阶段，未实现大规模市场推广。

 Micro LED应用进程，来源：Yole

Micro LED应用挑战

制约目前Micro LED大规模应用的主要挑战在于大规模量产时如何保证良率和降低成本。

一个4K电视需要的像素点个数为8kk，其良率如果要求99.9999%，一个屏幕上的坏点个数不能超过8个。而从芯片成本来说，一个4K电视需要10片的4寸外延片，外延片成本不超过1万，因此，Micro LED芯片成本是在价格可以接受的范围内，但是受制于制程的良率以及成本，目前的商业化应用还没有明显进展。 

从技术上来说，Micro LED融合了半导体、光电、面板显示等多个学科门类，是不同领域技术的汇聚。Micro LED目前在制造端最需要改进有如下四个问题：第一，像素尺寸减小带来的发光效率低；第二，巨量转移以及单片集成面临的问题；第三，如何实现全彩化的问题；第四是驱动方面的问题。

效率低

Micro LED在外延和芯片结构上目前主要的技术挑战是量子效率问题，随着Micro LED尺寸缩小，小电流密度下量子效率急剧降低，这主要是制造过程中等离子体刻蚀引入的侧壁损伤问题。

由于蓝、绿两色Micro LED芯片基于GaN材料体系，氮化物对于缺陷密度的相对容忍度较高，氮化物材料表面复合速率较低；Micro-LED在15um的尺寸上效率还是高于OLED器件。

而基于InP/GaAs材料体系的红光Micro-LED芯片，其芯片效率对于缺陷密度更为敏感；且磷化物的表面复合速率比氮化物高出一到两个量级，因此10微米以下尺寸芯片效率迅速降低到10%以下，是亟待解决的“红光难题”。

难搬移

针对解决LED发光像素单元和驱动基板的连接问题，Micro LED领域现有两大主流技术路线，即单片集成技术路线和巨量转移技术路线。针对大屏显示来说，需要把几百万颗晶粒搬到比较大的TFT玻璃背板上，存在搬运效率、对准偏移、晶粒损伤、对准失配、杂质等影响。目前来看，MIP会是比较好落地的方案。在单片集成的技术方向，需要解决晶圆的翘曲、对位精度以及后续的全彩化的问题。

电视尺寸要求像素尺寸在100-400微米之间，Micro LED芯片可以做到20-30微米，在实际操作当中可以把Micro LED芯片通过合封的方式实现，对合封后的Micro LED采用扇出型的封装形式，也就是MIP的封装形式，合封成MIP之后，采用传统的SMT工艺贴片，可以较低成本实现会议屏幕的组装，这应当是大家最早能接触到的Micro LED产品。

全彩化

Micro 蓝光和绿光一般是GaN外延材料，红光是磷铟材料，难以在同一片晶圆上生长出不同的发光材料；目前主要的全彩化方案包括合光、量子点色转、以及巨量转移，另外，单片直接外延不同的材料从而发出全彩的光线也有一些公司在尝试中。

全彩化问题研究方向，来源：元禾控股

难驱动

Micro LED显示技术主要还是CMOS驱动和TFT驱动CMOS驱动采用共阴极倒装结构，发光芯片采用单片或者单晶粒形式，倒装到驱动基板后再应用倒装键合技术将芯片倒装到硅基CMOS驱动基板上。CMOS驱动可能涉及到驱动对准、电路补偿、亮度补偿的问题。

TFT驱动主要是大屏的完全无缝拼接仍具有较高工艺难度，因为TFT电流相对而言会比CMOS电流更小，如何把Micro LED进行比较好的点验是需要解决的技术问题。

Micro LED 产业链及投资逻辑

从产业链来看，Micro LED分成上游、中游、下游三个部分。

上游主要是材料、驱动设计类企业，代表性企业有晶湛半导体、晶能光电、华灿光电、三安等企业；中游主要是芯片、模组加工企业，代表企业有JBD、思坦科技、镭昱等微显领域公司以及辰芯、麦沄、芯聚等中大屏显示领域公司；下游是整机企业，主要是Micro LED模块公司，如京东方、TCL、利亚德、Rokid、BOE等公司。

整体来看，针对中大屏的低PPI显示屏来说，直接倒装键合需使用到TFT基板，目前来看，奈创、芯颖以及京东方本身有较好的屏厂资源，创业公司无力投资TFT背板建设，在此方向上，还是传统的屏厂机会较大。MIP封装主要是涉及到巨量转移以及扇出型封装技术，创业公司有一定机会，但需要关注与下游模组厂的绑定程度以及与上游外延厂的资源关系，同时，也要关注芯颖、京东方等大厂MIP开发进度。

针对微显这种高的PPI显示屏，JBD已处于绝对领先位置，但是目前主要还是合光的技术方案，在单片集成的方向上，如何解决全彩化以及提升转换效率是我们重点关注的方向。

从Micro LED产业链来看，下一步可以重点关注两端，一是向上游设备、材料方面延伸，关注红光外延片、量子点、巨量转移中间材料等相关公司；二是横向延伸，关注光波导、硅基背板等相关公司发展情况。