蘋果(Apple)在日前的年度iPhone新機發表會同步推出了Apple Watch Series 4,全新系列的智慧手錶甚至比最新一代iPhone更吸睛。第四代Apple watch採用更窄的邊框與圓角設計,配備較大螢幕且內建EKG掃描儀,被一些媒體報導譽為「Apple秋季硬體新品中最受歡迎的小玩意兒。」

Moor Insights & Strategy創辦人兼總裁Patrick Moorhead說:「Apple藉由推出Watch Series 4,延續其打造『腕上電腦』(computer on the wrist)的差異化策略,執行真正的行動應用程式(app),而不僅僅是小應用程式(applet)。」他認為Series 4提供更大30%的可視影像區域,成為吸引新用戶的關鍵。他並補充說,這可能有助於讓使用者更喜歡「依賴於其Watch而非iPhone。」

AppleWatchseries4EKG Apple Watch Series 4(來源:Apple)

另一方面,顯示技術觀察家則採用完全不同的角度來觀察Watch Series 4。他們想知道Apple什麼時候才能準備好將微型發光二極體(MicroLED)用於Watch螢幕,以取代OLED。如果Apple成功實現這一目標,那麼這家從來都不是顯示器供應商的業界巨擘,將獨家掌握一項世界上還沒有其他業者專精的技術。

首先必須澄清的是,Watch Series 4並未支援MicroLED。

Yole Développement資深市場和技術分析師Eric Virey認為,這一點也不令人意外。「我們知道Apple仍十分積極地致力於開發其MicroLED顯示技術,但即使他們已經十分接近其產品所需的『完美顯示器』,仍然需要一些時間來建立供應鏈、加速製造以及管控品質。」

Virey去年曾經預測MicroLED可望在2019年下半年導入穿戴式裝置市場,用於像Apple Watch等產品中。但在今年受訪時,他坦言消費性MicroLED產品量產的時間表還要再推遲至少兩年——到2021年。

究竟發生了什麼改變?Apple目前的MicroLED技術進展到哪裡了?業界還有其他廠商加入MicroLED熱潮嗎?影響MicroLED導入嚴重延遲的原因又是什麼?Virey將與我們分享如今MicroLED技術難以捉摸的突破。

為什麼要用MicroLED?

MicroLED顯示器由一系列形成個別畫素的微型LED陣列組成。與OLED不同的是,MicroLED使用傳統的氮化鎵(GaN) LED技術。從高亮度、高動態範圍和廣色域到快速刷新率、廣視角和低功耗,MicroLED帶來了諸多承諾。這一技術的支持者還聲稱,MicroLED的整體亮度較OLED產品更高30倍,同時提供更高的每瓦流明效率。

那麼,MicroLED如何改變用戶的觀看體驗?Virey說,最重要的因素在於MicroLED的低功耗特性,「能夠將轉化為更長的電池壽命。」

同樣重要的是MicroLED的亮度。「這意味著從任何角度和任何條件下,它都能提供出色的可讀性,甚至是在明亮的陽光直射時。Virey強調:「這在許多使用情況下是一項極具價值的功能,例如當人們不希望為了在陽光下讀取顯示器而必須不斷改變手錶的位置或用手遮蓋手錶時。」

發展道路上的障礙

儘管Virey預測MicroLED將延遲兩年推出,但他認為,阻礙MicroLED發展的一些主要障礙開始逐漸消失了。

其中的問題包括將非常微小的單個LED晶片轉移到顯示器的方法改善了,同時也從LED獲得了更好的產量和能源效率。

MicroLED晶片究竟有多小?為了打造基於MicroLED的4K顯示器,必須安裝2,500萬個LED晶片——據Virey的說法,每個晶片都只有「花粉粒」般大小,其定位精確度達到了~1μm。但這可不是什麼輕鬆的事。

他解釋說,「我們還無法大量製造」商用顯示器。然而,MicroLED技術的水準已經提高到可讓業界打造原型的程度了。

透過「原型」,Virey認為MicroLED顯示器中的大多數畫素都能發光。這一假設存在可容忍的缺陷數。而且,通常,成本和產量都不是原型開發考慮的目標。

相形之下,消費級MicroLED必須達到零畫素缺陷;同時,MicroLED提供更高的性能和更佳效率,完勝LCD和OLED。雖然必須達到指定的「完美色彩和亮度均勻度」,但是根據Yole的說法,MicroLED有望提供「超過1,000小時的穩定度」以及「從任何角度都沒有肉眼可見的拼接/放置錯誤」。

總之,MicroLED已經通過了早期可行性、技術開發和技術展示等階段了。但是,Virey解釋說,就像LCD和OLED等既有的顯示技術一樣,MicroLED的系統/設備開發和製造等最後一哩路更難走。

三星插旗MicroLED市場

過去一年來,更加明朗的是三星(Samsung)積極插旗MicroLED市場。

Samsung_TheWall 三星在CES 2018亮相首款模組化MicroLED電視The Wall

這家韓國巨擘在今年初的CES 2018上展示一款146吋螢幕的MicroLED電視,稱為‘The Wall’。三星聲稱The Wall電視採用的MicroLED技術「無需使用彩色濾光片或背光,而能讓螢幕為消費者提供絕佳的觀看體驗。」三星並補充說:「MicroLED螢幕在耐用性和有效性方面表現優異,包括發光效率、光源壽命和功耗,為未來的螢幕技術設定了新標準。」

雖然三星稱之為MicroLED,但三星在CES的原型採用的是120μm×200μm的LED晶片。據Virey的觀察,三星的The Wall更準確地說應該算是‘miniLED’,因為要說它是‘micro’又太大了。Yole估計,三星的146吋The Wall電視的成本大約在20萬到25萬美元之間。

然而,三星承諾將在2019年推出基於MicroLED的低成本版「消費型4K電視」新設計。新版本將包含30μm x 50μm的LED晶片。在Yole看來,這更像是三星公關部門預告其投入MicroLED市場的另一項行動。如果三星確實瞄準了消費市場,那麼該公司基於MicroLED的電視應該會使用小於10um的LED晶片。

IP現況

根據專精於專利分析的Yole旗下子公司Knowmade表示,過去五年來,MicroLED領域的IP活動快速擴增。從2012年至2017之間的專利出版物年複合成長率(CAGR)達到了53%。然而,Virey觀察到,專利的增加並不一定表示MicroLED的技術突破突然大量增加。相反地,隨著業界對於MicroLED的興趣日益升溫,擁有LCD和OLED技術的傳統顯示器公司紛紛提出了專利申請——而且是任何專利——以避免其相關技術有朝一日證實與MicroLED生產相關。

microLEDpatentchart2018 MicroLED專利出版物(來源:Yole Developpement)

然而,Virey補充說,傳統的顯示器公司也開始進入MicroLED領域,「因為他們可不能不關注MicroLED啊!」

畢竟,MicroLED已經是一種「全球趨勢」了,Virey表示,超過120多家組織提交的MicroLED專利出版物數量已經達到了1,495項。其中,628項專利已獲批准,780項正在申請中。

值得注意的是目前涉及MicroLED專利的組織數量。Virey解釋說,為了打造MicroLED,公司需要從晶片、轉移(transfer)到組裝相關的各種技術。「很少有公司擁有如此廣泛的橫向專利。」不過,他表示,Apple似乎就擁有涵蓋MicroLED各方面的重要專利。

在持有MicroLED相關IP的業者中,愛爾蘭公司X-Celeprint擁有「相當廣泛的專利組合」,涵蓋從轉移——X-Celeprint稱其為微轉移(micro-transfer printing;uTP)技術,到提高MicroLED製造的技術範圍,囊括MicroLED技術的上游和下游。

台灣新創公司錼創科技(PlayNitride)也擁有兩項主要技術,包括巨量轉移製程和畫素修復技術。今年初,市場上一直流傳著有關Apple與PlayNitride合作開發MicroLED的消息。還有一些傳言則指三星可能收購PlayNitride。然而,Virey在上週證實了三星投資了30%的PlayNitride所有權。

Virey說,三星雖然較晚進軍MicroLED市場,但一直「積極地尋找可收購或授權技術的公司」。除了PlayNitride,三星今年初還與中國LED巨擘三安光電(San’an Optoelectronics)達成項協議,計劃共同開發MicroLED顯示器。如今,三安由於擁有最大的製造產能而主導LED市場。對於三星而言,與三安的合作對於確保穩定的LED晶片供應至關重要。

然而,Apple仍在MicroLED開發方面保持領先地位。Virey說,Apple於2014年收購新創公司Luxvue——為消費性電子產品開發低功耗MicroLED顯示器的開發商,讓Apple得以擁有「迄今為止最廣泛的MicroLED專利組合」。

Apple於2015年12月收購Maxim Integrated位於矽谷的晶圓廠,就是一個最佳照。由於Apple的Luxvue採用基於MEMS的印刷技術,可將微小的LED晶片精確地放置在背板上,因此,Virey推測那就是在以前的Maxim小型MEMS廠打造的,後來由Luxvue團隊用於進行試運轉,進一步完善其「轉移壓印頭」(transfer heads)的技術。

智慧手錶:易於實現的目標

在各種MicroLED應用中,Virey認為智慧手錶是「容易實現的目標」,主要原因在於MicroLED用於智慧手錶的優勢比比電視或智慧型手機等應用更明顯勢。

microLEDapplications_yole MicroLED應用(來源:Yole Développement)

然而,Virey提醒道,Apple想要最先使用MicroLED也不是那麼容的事。如果Apple打算在其Watch中使用MicroLED,必須從一開始就確保能夠大量供應,因為Apple Watch市場本身十分龐大。相形之下,他推測像小米(Xiaomi)或華為(Huawei)等較小型的OEM將只需要大約幾百萬片MicroLED的規模。

無論是哪一種方式,很難想像Apple會在未完全就緒的情況下冒險推出MicroLED。Virey說,Apple的作法通常不僅希望完善技術,甚至想「進一步擴大與競爭對手的差距,並帶來一些MicroLED技術的獨特和突破性能。」

例如,Virey推測,Apple可能會整合所有的畫素,然後利用在MicroLED顯示器上的更大可用空間,添加各種不同的「畫素感測器」。他補充說,這可能會是3D感測技術,包括手勢和位置。

隨著MicroLED的製程日趨成熟,Yole預計未來的應用將進一步擴展。Yole並將2021年至2023年稱為MicroLED的「第一階段」,預計MicroLED將在此階段進入智慧手錶以及「非常高階的大尺寸電視(85-110吋)等成本不受限的應用。」

此外,Virey指出,MicroLED的早期殺手級應用可能包括擴增實境(AR)以及車用抬頭顯示器(HUD)等「小型裝置......它們不需要很大的量。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Apple, Samsung Hunt Elusive MicroLED,by Junko Yoshida)