“Micro-LED是中國在顯示領域真正第一次走在了世界前列。”廈門思坦半導體CEO曾彧告訴澎湃新聞記者，光電顯示產業(yè)領域，中國過去更多是通過借鑒，現(xiàn)在，不知不覺走到了全球產業(yè)的頂端，從以前的追隨者變成了現(xiàn)在的引領者。
2022年，思坦科技的主要研發(fā)設計環(huán)節(jié)落地廈門湖里區(qū)。作為廈門經濟特區(qū)的發(fā)祥地，湖里區(qū)光電產業(yè)集聚，特別是以Micro-LED為未來方向的新型顯示產業(yè)頗有亮點。而廈門市是中國LED的發(fā)源地和產業(yè)重鎮(zhèn)，也是全國唯一的光電顯示產業(yè)集群試點城市。在外延生長、芯片制造、Micro-LED顯示面板方面均有代表性企業(yè)。
作為新一代顯示技術，Micro-LED以微米量級的LED作為發(fā)光像素單元，具有芯片尺寸小、集成度高和自發(fā)光等特點，與傳統(tǒng)顯示技術LCD、OLED相比，在亮度、分辨率、對比度、能耗、使用壽命、響應速度和熱穩(wěn)定性等方面優(yōu)勢明顯，甚至被認為是未來顯示的終極解決方案。作為全球最早開展Micro-LED技術研究的團隊之一，思坦科技創(chuàng)始人劉召軍是世界上最早從事氮化鎵Micro-LED 技術的研究者之一。
Micro-LED商業(yè)化落地的難題在量產難度高，良率決定成本。2019年思坦科技建設了全國第一條中試線，今年6月底實現(xiàn)量產，是全球為數不多能夠量產Micro-LED的企業(yè)。
在創(chuàng)辦經濟特區(qū)之前，位于福建廈門西北部的湖里，只是一個約有2300人的漁村。1980年10月，國務院批準在廈門市湖里農業(yè)大隊一塊2.5平方公里的土地上設立廈門經濟特區(qū)。湖里，就此成為廈門經濟特區(qū)的發(fā)祥地。1984年5月，國務院決定將廈門經濟特區(qū)范圍擴大到全島（含鼓浪嶼）。40年來，湖里從昔日的小漁村變身為現(xiàn)代化城區(qū)，成為廈門經濟特區(qū)快速發(fā)展的真實寫照，也是中國改革開放的一個生動縮影。
2023年，湖里區(qū)電子信息產業(yè)產值接近1300億元，其中，平板顯示的產值規(guī)模約730億元。作為廈門光電顯示產業(yè)的重要承載區(qū)，產業(yè)集聚程度逐漸增高，擁有以凌陽華芯、芯穎顯示、思坦科技、宸鴻等為代表的光電顯示領域的企業(yè)，涉及驅動芯片設計、Micro-LED半導體顯示技術研發(fā)、觸控屏及模組制造等產業(yè)鏈重點環(huán)節(jié)。
01
從LED照明走來
廈門的光電產業(yè)，歷史悠揚。最早可以追溯到始創(chuàng)于1958年的廈門燈泡廠，也是廈門通士達有限公司的前身。1958年7月1日，通士達生產出了自己的第一只白熾燈泡，也讓福建省擁有了自己的燈泡生產企業(yè)。此后，華聯(lián)電子、三安光電等企業(yè)也逐漸在廈門成長起來。
光電行業(yè)在廈門本身的基礎，讓立達信創(chuàng)始人上世紀90年代在做國際貿易的過程中接觸到這一行業(yè)，2000年，立達信進出口公司得以創(chuàng)立。僅僅一年后，立達信首個節(jié)能燈工廠問世。
2003年，廈門市前瞻性培育光電、軟件、生物與新醫(yī)藥三大新興產業(yè)。2003年7月，中華人民共和國科學技術部半導體照明調研組來到廈門，從此拉開廈門LED產業(yè)發(fā)展的大幕。
這一年，廈門開始對LED產業(yè)傾注大量關注與支持。2003年6月，“國家半導體照明工程”啟動，廈門3個月后便成立市政府分管副市長領銜的廈門市半導體照明產業(yè)化基地協(xié)調小組。彼時，廈門被公認為全國LED產業(yè)“響應最早、反應最快、組織最實”的城市。全市形成了“人人知道光電、處處談論LED”的熱潮和氛圍。廈門重視并大力支持LED發(fā)展成為海內外業(yè)界的共識，海外企業(yè)、臺資企業(yè)紛紛來廈考察和合作。
1993年，諾獎得主中村修二等三位日本科學家發(fā)明了藍光LED，使得LED作為普通照明成為可能。中村修二等人在日亞公司開發(fā)的成套氮化鎵LED加工工藝，不僅獲得了之前用其他材料難以獲得的基于寬禁帶材料的藍色LED，同時也開啟了一系列直接帶隙半導體高亮度LED之門。LED照明擁有節(jié)能、壽命長、顏色還原性強、無頻閃等優(yōu)點。隨著技術的逐步成熟，廈門的照明企業(yè)也逐漸往LED照明方向發(fā)展。
技術上實現(xiàn)突破，成本降下來，真正讓LED半導體發(fā)光可以作為普通照明。踩準這些技術突破點，立達信等一批廈門湖里區(qū)的光電企業(yè)得到快速發(fā)展。但實現(xiàn)量產也并非易事，2008年，立達信切入半導體照明，2012年實現(xiàn)大批量化生產。
自2011年8月起，經商務部批準，以廈門市湖里區(qū)節(jié)能燈具產業(yè)為中心，成立了輻射全市的廈門市國家節(jié)能燈具外貿轉型升級示范基地。基地后升級為廈門市國家外貿轉型升級基地（節(jié)能燈）。廈門是中國照明行業(yè)早期的節(jié)能燈生產基地，LED出現(xiàn)后，廈門又成為LED轉型最快的地區(qū)之一。
數據顯示，從2009年至2016年的時間內，廈門市光電企業(yè)總數從150多家增長到300多家，產業(yè)總產值從406億元增長到1200億元，增長了近3倍；其中，LED照明直接產值達到323億，同比增長20%。廈門LED外延芯片產量和LED照明出口連續(xù)多年居于國內第一。LED外延芯片總產量占國產總量的60%以上；全國LED照明出口企業(yè)前十名廈門占據五席，是全球最大的高端LED球泡燈制造和出口基地之一，全球每100只LED球泡燈中，就有30只由廈門制造和出口。
與過去的照明設備相比，半導體的生產設備門檻更高。從前端芯片到封裝、應用，產業(yè)鏈也更為復雜。如何生產出高效可靠的產品，涉及光學、電子、結構、工程等多學科，盡管摸索磨合付出了很多代價，但立達信最終掌握了核心技術。立達信數字教育副總經理許建興告訴澎湃新聞記者，公司從最初一家籍籍無名的節(jié)能燈小型代工廠，迅速成為如今LED照明行業(yè)里的“龍頭”， 與核心技術在自己手中以及對環(huán)境趨勢的判斷較為敏銳有關。
在LED照明企業(yè)中，立達信也是較早往物聯(lián)網方向轉型并進行深度布局的企業(yè)。2015年左右，立達信在物聯(lián)網領域持續(xù)投入研究，配合生產工藝流程自主研發(fā)軟件，從單純硬件生產廠家升級為軟硬兼?zhèn)涞钠髽I(yè)。如今，產品結構已經從照明拓展到安防、控制、家電等多個領域。應用場景維度上，2014年開始，從家居照明延伸到校園護眼照明，并在校園護眼照明領域獨占鰲頭。
02
把一塊屏幕做好
隨著LED照明走進千家萬戶，市場規(guī)模不斷放大，催生了新的應用，延伸出顯示產業(yè)，并不斷往價值鏈高端延伸。
廈門大學物理科學與技術學院副院長黃凱告訴澎湃新聞記者，上世紀末到2000年初，國產化之前，一顆LED的價格是6美元，現(xiàn)在一顆LED的價格不到一分錢。“中國人特別擅長把一個東西做成白菜價。”而半導體產業(yè)的特征是，成本降低的同時，性能一般是穩(wěn)步提升。
通用照明市場的開啟帶動了LED全產業(yè)鏈成長。LED全彩顯示屏出現(xiàn)之初，由于封裝燈珠之間間距過大導致屏幕分辨率低，只適合做大屏顯示且只宜遠距離觀看，因此最早從做戶外大屏顯示開始滲透。隨著LED成本降低及封裝技術的不斷成熟，封裝器件體積逐步縮小，像素點之間的間距逐漸減小，LED小間距顯示屏從戶外走入室內。
LED芯片尺寸越做越小、像素密度越來越高。除了光電照明產業(yè)，廈門湖里區(qū)的光電顯示產業(yè)鏈條也在不斷延伸。自2000年開始，宸鴻科技、友達光電、冠捷顯示科技等企業(yè)先后落地廈門，逐步在廈門建立了光電顯示產業(yè)集群。其中，觸控技術領導廠商宸鴻科技2004年落地廈門湖里信息光電園，2007年正式量產多點投射式電容觸控屏幕，并應用在國際著名品牌第一代智能手機上。自此，開啟了消費電子行業(yè)人機交互的觸控革命，電容式觸控技術逐步由手機延伸到更多領域。
作為電容式觸控技術的開拓者，宸鴻在臺灣和廈門都設立了研發(fā)中心，充分發(fā)揮兩岸產業(yè)人才的優(yōu)勢。宸鴻垂直整合的生產制程，建置了1-110英寸的觸控顯示模組生產線，核心技術包括觸控傳感器技術、材料設計及開發(fā)能力、高精度全面貼合技術、玻璃表面處理技術、顯示器open cell制程及下游系統(tǒng)整合能力。
“我們每年都投入大量經費研發(fā)觸控技術，在全球有4000多項專利，專利范圍涵蓋了觸控面板、感應電極、控制電路、保護上蓋、感測電極材料及其制造方法、設備與機器等等。這些專利既能讓我們處于行業(yè)領先，又能很好地保障客戶與合作伙伴的權益。也因此，我們獲得了國家知識產權示范單位的榮譽。”宸鴻董辦資深經理戴海長告訴澎湃新聞記者。
為滿足對產品品質的嚴格要求，宸鴻投入超過1億元資金建立了先進品保實驗室，被評為“廈門市觸控重點實驗室”，包括物理分析實驗室、材料實驗室、電性實驗室、光學實驗室、環(huán)境模擬實驗室等。
“我們在2009年就獲得了國家級的實驗室認可，以確保提供給客戶和終端用戶可靠、高質量的觸控產品。宸鴻近幾年來也積極將實驗室的檢測分析能力共享給產業(yè)界，推動廈門乃至華南地區(qū)的光電產業(yè)高質量發(fā)展。”戴海長說。
憑借二十余年累積的制造經驗，宸鴻也在加速轉型，為電子紙、增材制造、汽車電子等領域客戶提供產品開發(fā)驗證、生產制造量產解決方案。電子紙領域，宸鴻與業(yè)內膽固醇彩色液晶電子紙技術領導廠商合作，產品應用涵蓋電子書閱讀器、電子標簽、商用顯示器、電子看板等。汽車電子領域，推出車載顯示總成系統(tǒng)；與國際領先的激光雷達技術公司合作，成為其下一代車載激光雷達傳感器獨家量產供應商等。
“宸鴻在觸控上累積的量產制造、產品工程設計與自動化能力，可以拓展到更多元的領域。未來宸鴻不僅僅是專業(yè)觸控技術廠商，更是一家先進制造合作伙伴。”戴海長說。
03
走向Micro-LED
近期，思坦科技的0.13英寸微顯示芯片在CES 2024展會首次公開亮相，是目前全球已發(fā)布的最高PPI的Micro-LED微型顯示屏，獲得了2024國際消費電子展（CES）創(chuàng)新大獎。
業(yè)內通常把小于一英寸的顯示屏稱為微型顯示屏。目前，思坦科技在全球率先實現(xiàn)了微型顯示屏的研發(fā)、中試及量產，因為市場供不應求，產線24小時不間斷生產。
2022年，我國大陸顯示面板產能占全球產能60%左右，產能規(guī)模位居全球第一。從規(guī)模來看，我國在LCD市場具備優(yōu)勢。在OLED（AMOLED）領域，中韓差距逐步縮小。Mini-LED我國已具備初步產業(yè)化能力，Micro-LED的產業(yè)化是下一步的攻關突破方向。
作為下一代顯示技術的核心，Mini/Micro-LED翻開了LED行業(yè)發(fā)展的新篇章，華為、蘋果、三星、京東方、TCL等行業(yè)巨頭爭相布局。廈門市的深天馬、三安光電、乾照光電等光電半導體企業(yè)，也加速向新型顯示產業(yè)轉型升級，向Mini/Micro-LED方向發(fā)展。
LCD、OLED時代，很多技術建立在日本、中國臺灣的產業(yè)技術基礎上。Micro-LED這一領域，成為引領的機會。思坦科技的三位創(chuàng)始人均畢業(yè)于世界“Micro-LED三大發(fā)源地”之一的香港科大，后又在南方科技大學從事顯示領域相關研究。
“廈門作為國際性港口城市也是最早的經濟特區(qū)，十分重視高科技、硬科技的建設與發(fā)展，企業(yè)家視野比較開闊，致力于打造高壁壘的新型產業(yè)鏈。”曾彧說。
思坦落地廈門后，將驅動芯片及工藝路線的設計研發(fā)團隊放在湖里區(qū)，量產制造放在同安區(qū)。“廈門在新型顯示、半導體方面具有產業(yè)鏈優(yōu)勢與布局決心，這與思坦的發(fā)展愿景一拍即合。”曾彧說。
位于廈門同安的思坦科技量產基地，具備年產近千萬套Micro-LED顯示芯片產能。受訪者供圖
自Apple在2014年收購Micro-LED技術公司Luxvue起，全球創(chuàng)新企業(yè)布局Micro-LED的步伐持續(xù)加速。思坦科技從2006年就關注這一技術方向，已深耕近20年。多年的技術積累，使其Micro-LED技術在全球這一領域具備先發(fā)優(yōu)勢。“引領者就是要承受未來的不確定性和沒有可借鑒案例的現(xiàn)狀。”
思坦與設備廠商合作，一同開發(fā)光電半導體領域的光刻機，自己生產光電芯片與驅動芯片。“我們是用半導體的工藝在做顯示，最核心的肯定是我們高精度鍵合集成、單片全彩等核心工藝技術。”和集成電路光刻機需要精度不斷提升的方向不同，Micro-LED光刻機的難度在于提升制作過程中的光電轉化效率及耐久性。因為從元器件來看，光電芯片不需要到那么微小，但也有其獨特的需求。光電芯片是異質氮化鎵，集成電路是同質氮化鎵，外延生長也不同，需要量子阱做能量轉換，進行發(fā)光而非存儲算力。
要保證量產的良率，就要保證光電芯片和驅動芯片的良率，兩者鍵合的過程也是良率的關鍵因素。目前思坦科技在Micro-LED相關技術領域已累計申請近800項知識產權。在大尺寸屏需要的巨量轉移技術方面，也儲備了專利。
新質生產力的形成需要專注與積累。“劉召軍博士作為思坦科技創(chuàng)始人與董事長，到現(xiàn)在還擔任我們的技術總監(jiān)，一直在一線做技術研發(fā)。”思坦的科學家核心團隊也是高校博導，通過校企連接，為企業(yè)輸送“無縫銜接”的能夠直接推進科技成果產業(yè)化的人才，建立了一套自己的人才培育機制。
04
布局未來
光電顯示產業(yè)鏈較為復雜。一個區(qū)域難以完全覆蓋所有鏈條環(huán)節(jié)，也往往存在產業(yè)鏈上下游企業(yè)匹配度不高的情況，更多是依靠區(qū)域間甚至國家之間的協(xié)同合作。
僅從上游來看，結構材料中包括基板、液晶材料、有機發(fā)光材料、偏光片、蓋板等，鍍膜設備包括蒸鍍機、PVD、CVD等，Mini/Micro-LED需要用到巨量轉移設備及固晶機等。生產耗材包括靶材、刻蝕液、PI取向液、特氣、掩膜版等，圖形化設備需要光刻機、干刻機、濕制程設備等。此外，驅動IC、顯示芯片、Cell隔墊物等也非常關鍵。
目前，Micro-LED的市場還需要培育。業(yè)內判斷，顯示產業(yè)很多尖端技術從爆發(fā)到批量真正平民化應用，可能需要五到十年。
作為產業(yè)上游驅動芯片設計細分領域龍頭企業(yè)，2017年，凌陽華芯成立，落地廈門市湖里區(qū)，接續(xù)來自臺灣凌陽的研發(fā)能力、經驗，產品專注在Mini/Micro-LED顯示與高密度點陣照明應用的驅動芯片。
Micro-LED幾乎成為各光電顯示企業(yè)未來布局的必爭之地。成立于2020年12月的廈門市芯穎顯示科技有限公司，便是在行業(yè)這一背景下誕生的一家專注于Micro-LED顯示技術研發(fā)的企業(yè)，由TCL華星光電和泉州三安合資創(chuàng)建。
與專注于中小尺寸的思坦科技不同，芯穎顯示更聚焦在基于TFT驅動背板的Micro-LED需要的巨量轉移、鍵合、檢測及修復技術上。項目總投資3億元，致力于新型半導體顯示技術的研發(fā)及Micro-LED顯示項目的產業(yè)化。
“主要為了解決從芯片到顯示的中間環(huán)節(jié)。”芯穎顯示副總經理謝相偉告訴澎湃新聞記者，盡管兩家股東公司在面板和芯片擁有各自的優(yōu)勢，但Micro-LED的巨量轉移是兩家股東公司都不具備的新技術，技術待優(yōu)化，且良率需提上去，成本也要降下來，并沒有想象中的容易。
Micro-LED芯片尺寸小、精度高，芯片來料、鍵合過程等各個制程都要進行檢測及修復。芯片亮度、波長等光電參數的均勻性、一致性等關鍵參數方面，以及是否有外觀缺陷等，都需要經過檢測判斷，并決定后續(xù)采取何種相應的技術手段進行修復。檢測及修復是Micro-LED顯示另一項待攻克的關鍵技術。
從過去照明使用LED到現(xiàn)在顯示使用LED，已經有非常大的差異。由于Micro-LED芯片尺寸極小，無法通過傳統(tǒng)的工藝技術進行轉移。過去轉移技術百花齊放，但這兩年基本上都收斂到使用印章式轉移和激光轉移。工程化過程和實驗室關鍵節(jié)點技術開發(fā)，也有很大區(qū)別。
“要瞄準量產，這是非常明確的目標。僅僅是研發(fā)或者中試相對容易實現(xiàn)，但量產工程化的問題，還需要一些時間去驗證。”謝相偉說，降成本非常關鍵，各環(huán)節(jié)都要認真去核算。材料成本、制造費用、專業(yè)管理等方面，都要去調優(yōu)。效率和規(guī)模，也是工程化能否成功的關鍵。
目前，芯穎顯示的中試驗證線已基本搭建完成，計劃今年底開始中試生產，有望在未來2年擴產實現(xiàn)量產。
“每一步都很不容易，但這代表未來，值得一試。”謝相偉說。
來源：澎湃新聞新質生產力周報《新引擎》
