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苹果入局Micro LED,“供应链图谱”日渐清晰

一直以来,Micro LED备受期待,但其量产未有明确时间表。

不过,最近有消息称,未来一两年,苹果或要突破Micro LED技术难题。据彭博社名记Mark Gurman消息,苹果较早将在2024年底在Apple Watch Ultra上推出首款Micro LED屏幕。

欧司朗也在最近的2022年第四季度财报电话会议上透露,欧司朗会在2025年报告Micro LED技术的相关收入,且称其在Micro LED技术方面处于名列前茅地位。据悉,苹果商用MicroLED屏幕的供应商就是欧司朗。

而行业分析机构Omdia也透露,在Apple Watch Ultra2系列中,一款配备Micro LED显示面板的Apple Watch将于2024年推出,其特点如下:2.13英寸、325PPI、RGB Micro LED、倒装芯片、像素间距80µm、超过900000个Micro LED芯片、堆叠混合Micro LED像素结构、LTPO背板和静电转移工艺。

值得关注的是,1月20日,根据美国商标和专利局(USPTO)公示的专利清单,苹果获得了一项非常有技术含量的Micro LED屏幕专利,涉及如何高效量产Micro LED屏幕。尽管苹果的这项专利专注于技术实现,距离真正的商业化投产应该还有一段距离,但无疑将加快Micro LED这一技术量产化进程。

从技术本身来看,MicroLED是目前较好的显示技术,没有之一。由于Micro LED芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点,在显示方面与LCD、OLED相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势,可以说是几乎所有的关键指标上全方位名列前茅。从应用场景来看,MicroLED可应用于从平板显示扩展到AR/VR/MR、空间显示、柔性透明显示、可穿戴/可植入光电器件、光通信/光互联、医疗探测、智能车灯等诸多领域。特别是当下火热的元宇宙概念,Micro LED也是其显示硬件优异的选择。

不过,尽管MicroLED技术具有无可比拟的优势,但其量产仍然面临诸多技术挑战,如芯片制造、巨量转移、检测修复等。这也是目前MicroLED出货量低、售价高昂的根本原因。以MicroLED最大的技术难题巨量转移为例,要制造少于5个像素坏点的全彩1920*1080显示屏,良率必须达到99.9999%!

不过,根据苹果最近的公开的专利,其描述了发光结构和形成发光结构的诸多方法。这些技术实施案例预计将对量产Micro LED屏幕带来诸多好处。

在一个实施案例中,形成发光结构的方法包括在一个或多个对应的临时基板上形成一个或多个LED试片(coupons),再将它们转移到载体基板上形成LED台面结构(mesa structures),并将LED台面结构转移到显示基板上。

在一些实施案例中,还可以在转移到显示基板之前在LED台面结构周围形成阱结构(well structures)。另外,混合接合可用于接合到显示基板。根据实施例的处理序列可用于形成单色和全色显示器。

图1  苹果Micro LED专利

在另一个实施案例中,发光结构包括接合到诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底的LED电极焊盘。LED电极焊盘可以接触基于无机半导体的p-n二极管和结合到电极焊盘的金属底部触点。

对于苹果Micro LED技术量产,韩国媒体援引专家的话称,“针对苹果自研屏幕,无需过度担心,因为Micro LED屏成本太高了,短时间内根本没可能量产。” 

根据Omdia的公开信息,苹果于2014年推出了Apple Watch,明年就是其问世的10周年。Apple Watch 已制定计划准备打入较高端的运动和专业户外手表市场。在此背景下,苹果正在研发一款名为Apple Watch Ultra 2的全新高端款,它将具有超高亮度和高对比度的Micro LED显示面板,还配备坚固耐用、防水防尘、抗震等性能。

Omdia估计,Apple Watch Micro LED显示面板将具有以下特点:

         ·2.13英寸

         ·分辨率为540X440,这意味着Micro LED芯片数量将为540x440x3(RGB子像素)x1.2(用于冗余 RGB 芯片)=90万个芯片

         ·Micro LED芯片尺寸为10µm;Micro LED显示面板像素间距为80µm

         ·倒装Micro LED芯片和光电探测LED  

         ·堆叠混合 Micro LED像素及子像素结构,如图2所示

         ·LTPO TFT背板

         ·静电质量转移(从LED外延晶圆到LTPO背板)

2  苹果创新的 Micro LED 显示面板结构与传统 OLED 对比

来源:Omdia

同时,Omdia对Apple Watch Micro LED供应链的预估:

        ·主要的Micro LED设备(如转移和关键光学测试和修复机器)将由Apple 授权

       ·LTPO TFT背板将采用乐金显示制造的玻璃基板,乐金显示将从其AP3-E5 Gen6 TFT和柔性OLED产线分配背板产能。每月可安排约5000-10000个Gen 6 基板的产能用于生产Micro LED显示面板。每个Gen 6基板都可以镶嵌1000多块2.x英寸显示面板

       ·Ams OSRAM 是用来生产芯片的Micro LED外延片的供应商

       ·LuxVue和苹果台湾研发中心负责Micro LED芯片分割和静电质量转移

       ·苹果还在研发基于巨量转移和CMOS晶圆的另一种Micro LED显示面板,这涉及与台积电的合作

       ·由台湾工研院完成微组装

       ·最终的Micro LED显示面板模块组装将由韩国乐金显示完成

       ·最后的Apple Watch 组装将在富士康和立讯精密的越南工厂完成。

考虑到Micro LED芯片的使用数量(超过90万个LED芯片)和LTPO背板的复杂工艺,Micro LED显示面板的成本肯定会高于目前的柔性OLED。然而,用于Apple Watch的Micro LED显示面板的优点将是高亮度、户外可读性、坚固耐用可供专业户外使用,以及超薄显示屏外形可为电池提供更大的空间。

Omdia估计,Apple Watch屏幕尺寸为2.13/2.2英寸、分辨率为556×452的 Micro LED将在2024年量产,价格为115美元,还将添加触摸和盖板玻璃,额外成本为10美元。与2.0英寸柔性OLED的平均价格(38-40美元)相比,Micro LED显示面板的成本将是其三倍(见图3)。主要成本要素不仅是Micro LED芯片,还有LTPO背板、巨量转移、调制、驱动IC、测试和维修,以及最终组装。

3:OLED与Micro LED成本比较

来源:Omdia

Micro LED显示面板的高成本将使Apple Watch Ultra系列的价格超过1200 美元——就像目前的Apple Watch Hermès一样。Apple Watch Hermès在奢侈品细分市场的标价为1759美元,而Apple Watch 8系列的标价为399美元。

Omdia也表示,一直以来,苹果每年都会采购4000-5000万片柔性 OLED。Apple Watch在终端市场继续受到用户的青睐,因此,柔性OLED智能手表显示屏出货量持续攀升。Omdia预计,每个系列都有不同的采购量,目前情况如下:

        ·Apple Watch SE系列(1.6英寸和1.8英寸):每年1800万至2000万片。苹果计划逐渐减少对这一细分市场的关注,而转向更大的尺寸    

        ·Apple Watch 7系列(1.7英寸和1.9英寸):每年2500万至2600万片。苹果计划将该细分市场扩大到每年超过5000万片,包括更大尺寸的SE系列  

        ·Apple Watch Ultra系列(2.0英寸):现在每年300万到400万片。苹果计划通过采用新的MicroLED显示面板以及更大尺寸的X系列来扩大这一细分市场

Omdia预计Apple Watch的Micro LED显示面板采购片数在最初两年(2024-25 年)将达到每年300-400万片(见图4),并在远期(2028-2029年)增长到每年1000万片。Omdia分析,苹果正在设立三条Micro LED显示面板模块产线;名列前茅条产线将于2023年准备就绪。这些产线将根据Micro LED和显示面板的工艺进行细分。这也是为什么在乐金显示的工厂设立产线,而苹果将自己负责Micro LED工艺的原因之一。

4:苹果智能手表显示面板预测(百万片)

有一个值得面板厂商关注的问题是,苹果拥有强大产品生态圈,从小屏Apple Watch到不同尺寸iPhone再到iPad、MacBook iMac,以及Apple TV,每一款产品都是年销量百万级、千万级,甚至还有上亿级的iPhone。

这也代表苹果凭借丰富的产品线具备实现快速的技术变现能力,即使从智能手表产品开始,也有很大的技术变现能力。如果苹果利用Micro LED技术不断扩大其产品生态圈的应用,特别是技术成熟之后在iPhone上应用,势必将在显示产业界引起巨大震动效果。

不得不说,苹果每一次技术革新与应用,都有很强的技术示范效应,对资本和供应链也具有很强大的号召力。实际上,除了苹果之外,华为、三星、谷歌、索尼、LG、TCL、京东方、三安光电、利亚德等国内外厂商近年来均布局了Micro LED。

2020年,Meta与苹果有意收购的Micro LED显示厂商Plessey达成合作,共同开发Micro LED技术。2022年1月,Snap收购了美国Micro LED/LCOS解决方案供应商Compound Photonics。2022年5月,谷歌收购了初创企业Raxium,其为开发VR、AR设备用Micro LED显示技术的企业。预计谷歌将正式进入基于Micro LED的VR/AR设备市场。据悉,三星显示器公司也在研发VR、AR设备用Micro LED。

2023年1月,有业内人士透露,三星显示也启动了一项智能手表用Micro LED开发项目,由微显团队负责。值得注意的是,三星显示已经为实际商业化设定了一个目标,而不是研发阶段确保技术安全。尽管三星此前也推出了Micro LED电视The Wall系列,但该系列产品高达上百万元,仍非商业化应用。此次三星显示将Micro LED作为下一代产品,并将智能手表作为为数不多的应用,似乎也预示着其三星显示也已找到了相对较好的解决方案,特别是针对Micro LED生产成本与制造难题。

目前,中国显示行业企业也在持续优化Micro LED技术并降低生产成本。TCL华星早在2020年就与近年国内LED芯片出货量名列前茅的三安光电合资成立芯颖显示科技,发力Micro LED技术。利亚德跟晶元光电合资成立的Micro LED生产基地也已于2020年正式投入量产。

2022年11月,京东方以不超过21亿元认购华灿光电定向增发的A股股份,成为其名列前茅大股东,将加大Micro LED晶圆制造和封装测试的投入。在“最关键环节”巨量转移技术上,利亚德、深康佳也实现了突破,转移良率均已提升达99.9%。近日,苹果供应商友达透露,已开始向新技术、新产品开发,其中便包括Micro LED,且预计2023年下半年将量产配备Micro LED的穿戴式设备,尺寸约2点多英寸。

2023年,相关产线也有望进一步增加。维信诺此前宣布,打造的Micro LED生产线也将在成都实现量产;深天马也表示将建设一条从巨量转移到显示模组的全制程Micro LED试验线。

另外,Micro LED材料、零部件、设备生态系统也得到进一步巩固,显示器面板、LED芯片、量产的企业设备、驱动芯片等多个环节也形成了很好的协同合作。比如,富采和Play Nitride决定合作构建6英寸Micro LED生产线。这都将为Micro LED技术量产提供了很好的产业链创新与配套基础。

从应用端来看,我们也可以预期,随着元宇宙概念不断落地,VR/AR设备以及各种可穿戴设备市场需求将快速上升,都将推升Micro LED需求,比如智能眼镜。相对于传统LCD、OLED,甚至硅基OLED,Micro LED具有超高PPI、快速响应、超高亮度等优越的特性,使“Micro LED+光波导方案”成为智能眼镜应用的优异选择。同时,未来几年,智能手机、车用显示器和透明显示器市场上,预计也会出现Micro LED相关应用。

总结

对于苹果而言,布局近10年的MicroLED技术,有必要在合适的时机让其“开花结果”,而在2024年正式上市的Apple Watch Ultra上配置MicroLED屏幕,则是其产品生态布局的开始,未来必将进一步应用到iPhone、iPad和其他设备上。如今,MicroLED技术应用时代的帷幕已经拉开。

本文参考:Omdia《苹果与乐金显示合作为 2024 年款 Apple Watch 开发 2.13 英寸 Micro LED 显示面板》

文章来自:https://www.eet-china.com/