La demanda y las políticas de terminales impulsan el rápido desarrollo de la industria Micro LED

Micro LED es una tecnología de visualización guerrero hexagonal. Más del 80% de la información humana se obtiene a través de los ojos, y los mayores requisitos humanos en cuanto a calidad y forma de la imagen de visualización impulsan el desarrollo continuo y la iteración de la tecnología de visualización. La tecnología de visualización en color ha experimentado una transición hacia tecnologías como CRT desde su desarrollo, y actualmente está dominada por la tecnología LCD y OLED. En términos de rendimiento, Micro LED como tecnología de visualización de próxima generación, en comparación con la producción a gran escala de tecnología LCD (pantalla de cristal líquido) y tecnología OLED (pantalla de diodos emisores de luz orgánicos), Micro LED tiene una ventaja de rendimiento muy superior en casi todas las dimensiones técnicas: larga vida, alto contraste, puede lograr alta resolución, respuesta rápida, efecto de ángulo de visión más amplio, colores ricos, se considera la solución definitiva en tecnología de visualización.

Primero, el costo y el rendimiento impulsan que la industria Micro LED continúe desarrollándose.

Micro LED es una nueva tecnología de matriz y miniaturización de LED, que se refiere a la integración de una matriz de LED de tamaño micro de alta densidad en un chip. La tecnología logra la autoiluminación de un solo punto al miniaturizar la unidad LED a un nivel de menos de 50 micrones, que es aproximadamente 100 veces más pequeño que los LED tradicionales y reduce el tamaño de los píxeles de milímetros a micrones. Por lo tanto, el Micro LED es esencialmente un LED a nivel de micras y el diodo emisor de luz LED es un dispositivo semiconductor de estado sólido que puede convertir energía eléctrica en luz visible.

En términos de costo, una hoja epitaxial de zafiro de 4 pulgadas, cortada en chips LED ordinarios alrededor de 60.000, cortada en chips Mini LED alrededor de 600.000, cortada en chips Micro LED en más de 2,4 millones. En la misma oblea, la cantidad de Micro LED ha aumentado significativamente y el costo de un solo chip es menor, lo que también es una de las razones del potencial de desarrollo de Micro LED desde el punto de vista del costo.

En términos de rendimiento, en comparación con la tecnología LCD y la tecnología OLED que se han producido en masa, Micro LED tiene ventajas de rendimiento muy superiores en casi todas las dimensiones técnicas, como larga vida, alto contraste, alta resolución, respuesta rápida y efecto de ángulo de visión más amplio. , colores ricos, brillo ultra alto y menor consumo de energía. Entre ellos, (1) delgado y liviano: el tamaño del Micro LED es aproximadamente 1/100 del LED tradicional, o aproximadamente 1/10 del ancho de un cabello humano; (2) Bajo consumo de energía: Micro LED utiliza una estructura autoluminosa de subpíxeles de tres colores primarios, el proceso de visualización LCD necesita usar luz de fondo para el polarizador y luego para el filtro de color, el proceso de visualización tiene una gran pérdida de energía, en comparación con los dos. , en la aplicación de visualización del consumo de energía Micro LED es aproximadamente el 10% del consumo de energía LCD. Micro LED utiliza materiales inorgánicos para emitir luz, que tiene una mayor eficiencia luminosa, y OLED utiliza materiales orgánicos para emitir luz, y el consumo de energía luminosa de ambos es menor que el de OLED. Por lo tanto, en la visualización de la misma imagen, el consumo de energía del Micro LED es menor que el del OLED y mucho menor que el del LCD; (3) Alto brillo: el Micro LED utiliza material inorgánico nitruro de galio (GaN) en la parte luminosa, y su brillo puede alcanzar teóricamente los 105cd/m2, muy superior a los 3.000cd/m2 del LCD y los 1.500cd/m2 del OLED. y la vida útil de los materiales inorgánicos es más larga; (4) Alta resolución: bajo la tecnología de pantalla Micro LED, cada Micro LED es un píxel que puede autoiluminarse, y un solo Micro LED está al nivel de micras, por lo que puede alcanzar una resolución muy alta. La densidad de píxeles de la pantalla Micro LED puede ser de más de 1500 PPI, mientras que el PPI de las pantallas LCD y OLED es de aproximadamente 800 PPI y 400 PPI.

En resumen, el costo y el rendimiento promoverán el desarrollo continuo de la industria Micro LED.

En segundo lugar, escenarios de aplicación de Micro LED.

Micro LED es la última tecnología de visualización del futuro. Si no considera el costo y la madurez del proceso, solo mire el rendimiento y los datos de los indicadores de la pantalla, Micro LED es sin duda la última tecnología de visualización, Micro LED todos los indicadores de rendimiento son mejores que otras tecnologías de visualización. En términos de escenarios de aplicación, Micro LED es adecuado para todos los tamaños de aplicaciones de productos. Desde la perspectiva de la viabilidad técnica y económica, Micro LED será el primero en aplicarse a pantallas pequeñas de menos de 3 pulgadas y a pantallas grandes de más de 100 pulgadas.
En términos de tamaños de pantalla pequeños de menos de 3 pulgadas, Micro LED erosionará el mercado OLED. Pantalla de tamaño pequeño porque la distancia de visualización es muy cercana, los requisitos de efecto de visualización son altos y la pantalla de tamaño pequeño es común en terminales móviles, y también tiene altos requisitos de consumo de energía. Por lo tanto, OLED se ha convertido en la tecnología principal para pantallas de tamaño pequeño con sus ventajas de bajo consumo de energía y buen efecto de visualización, pero la cuota de mercado de OLED en este campo se verá erosionada por Micro LED en el futuro. Por un lado, Micro LED es superior a OLED en todos los indicadores de rendimiento de la pantalla, como el efecto de visualización y el consumo de energía; Por otro lado, debido al pequeño tamaño de la pantalla y al pequeño número total de píxeles, el coste del Micro LED también es relativamente controlable. Desde el punto de vista de la tecnología actual, Micro LED ha podido lograr la miniaturización del chip, pero todavía existen algunos cuellos de botella en la gran transferencia, el rendimiento es relativamente limitado, en la actualidad, varias empresas están explorando soluciones de mejora técnica sobre la base de controlables. costos.

En términos de pantallas de 3 a 99 pulgadas, es difícil que Micro LED erosione la cuota de mercado de LCD y OLED en poco tiempo. Debido a la corta distancia de visualización, la pantalla tiene mayores requisitos de tamaño y paso del chip, mientras que el tamaño de la pantalla se hace más grande y el número total de píxeles también aumenta, por lo que el Micro LED aplicado a la pantalla de 3 a 99 pulgadas ha aumentado significativamente la dificultad técnica y coste del proceso, y es necesario mejorar la madurez de la tecnología Micro LED en este rango. Y lo más importante es que en este área de tamaño, ya sea OLED de tamaño pequeño o LCD de gran tamaño, sus ventajas de costos son firmemente inquebrantables. En el futuro, con la reducción continua del costo de Micro LED y la mejora continua de la tecnología, la brecha entre el costo y la dificultad del proceso de Micro LED y LCD y OLED se reducirá aún más.

En pantallas grandes de más de 100 pulgadas, Micro LED tiene la ventaja. En el mercado de pantallas de más de 100 pulgadas, las pantallas LCD estarán limitadas por el rendimiento de producción y la eficiencia de corte de los paneles de gran tamaño, y OLED también es difícil de lograr una reducción de costos debido al proceso de evaporación después de las pantallas de gran tamaño y menor rendimiento. Por lo tanto, en el pasado, el efecto de visualización es más general: los proyectores y las pantallas de empalme LCD ocupan una posición dominante en el mercado de visualizaciones de más de 100 pulgadas. Sin embargo, con la importante disminución en el costo de Micro LED, se acelerará el reemplazo de productos de visualización tradicionales, como proyectores y empalme de LCD con muchas ventajas, como empalme de pantalla completa, colores intensos y alto brillo.

Tres tamaños de mercado de la industria Micro LED

En la actualidad, los chips Micro LED se han producido en escenas de visualización como gafas y televisores, pero la mayoría de los productos aún se encuentran en la etapa conceptual debido a restricciones de precios y aún no han logrado una promoción en el mercado a gran escala. En el futuro, con el avance y la madurez gradual de la tecnología clave de Micro LED, el costo de comercialización e industrialización se reducirá considerablemente y el rendimiento del chip mejorará aún más. Se espera que Micro LED tome la delantera en la aplicación de aplicaciones de gran tamaño y Escenarios de visualización de tamaño pequeño. Desde el punto de vista de los envíos, según los datos de previsión de Omdia, afectados por la demanda del mercado de relojes inteligentes y televisores de alta gama, los envíos mundiales de pantallas Micro LED se dispararán desde un nivel insignificante en 2020 a más de 16 millones de unidades en 2027, y el El potencial de demanda del mercado es grande. Desde el tamaño del mercado, según el pronóstico de Jibang Consulting, en el escenario de aplicación de micropantallas, se espera que en 2026, el valor de producción del chip de pantalla de gafas Micro LED AR alcance los 41 millones de dólares estadounidenses; En el escenario de pantallas de gran tamaño, el valor de producción de los chips de pantalla grandes Micro LED alcanzará los 54 millones de dólares en 2022 y se espera que aumente a 4.500 millones de dólares en 2026, con una tasa de crecimiento anual compuesta del 204%, y hay mucho de espacio para el crecimiento del mercado.

Cuarto, la demanda terminal y las políticas impulsan el rápido desarrollo de la industria.

(1) Los cambios en la demanda de terminales son los principales factores que impulsan el desarrollo de la industria

Desde 2009, la industria de chips LED ha experimentado tres ciclos, todos ellos impulsados ​​por la nueva demanda de productos LED. La primera etapa es antes de 2013, la retroiluminación de televisores de pantalla plana y teléfonos móviles como la principal demanda de LED para impulsar el desarrollo de la industria LED, la segunda etapa es de 2013 a 2014, 2013, la Unión Europea prohibió por completo las luces tejidas blancas, la demanda de La iluminación profesional LED y la iluminación paisajística aumentan, las exportaciones costeras de LED aumentan para impulsar el desarrollo de la industria LED; La tercera etapa es de 2015 a 2020, el rápido desarrollo de LED de paso pequeño, una gran cantidad de LCD y DLP de reemplazo, ampliamente utilizados en centros de comando gubernamentales, seguridad, control de enfermedades, negocios, viajes nocturnos y otros campos, impulsando así el desarrollo de la industria; La cuarta etapa es que después de 2020, la demanda de la industria de pantallas LED de pantallas de alta definición y bajo consumo de energía ha aumentado gradualmente la tasa de penetración de Micro LED. Como tecnología de visualización definitiva, con reducción de costos y progreso tecnológico, Micro LED acelerará el proceso de industrialización de Micro LED con un rendimiento superior como larga vida, alto contraste, alta resolución, colores intensos, brillo ultra alto y menor consumo de energía. y se espera que impulse a la industria a entrar nuevamente en el ciclo ascendente.

(2) Un fuerte apoyo de las políticas nacionales impulsará el desarrollo de la industria

Como próxima generación de nueva tecnología de visualización, Micro LED ha atraído mucha atención. En los últimos años, el estado ha promulgado una serie de políticas de apoyo, como el "14º Plan Quinquenal" en 2021, que establece claramente que los semiconductores de tercera generación son un contenido importante y que el proyecto cubre tecnologías clave como las nuevas. vehículos de energía, aplicaciones de big data, comunicaciones 5G y pantallas Micro LED. El Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y otros cinco departamentos emitieron el "Plan de acción para el desarrollo de la integración de aplicaciones industriales y realidad virtual (2022-2026)", que se centrará en promover Micro LED y otras actualizaciones de tecnología de micropantallas; El Ministerio de Industria y el Ministerio de Finanzas emitieron el "Plan de acción de crecimiento estable de la industria de fabricación de información electrónica 2023-2024" propuesto para desarrollar vigorosamente Mini LED, Micro LED y otras tecnologías; El Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y otros siete departamentos emitieron conjuntamente las "Opiniones de implementación para promover la innovación y el desarrollo industrial futuro", que proponían romper con las tecnologías Micro LED, láser, impresión y otras tecnologías de visualización y lograr aplicaciones a gran escala. La publicación e implementación de las políticas y regulaciones anteriores muestra la actitud positiva y la firme determinación del gobierno chino de desarrollar la industria Micro LED, lo que proporciona un mejor entorno de desarrollo para el desarrollo de la industria Micro LED. Se espera que Micro LED se beneficie del apoyo político del estado y marque el comienzo de un rápido desarrollo.

Cinco, el desarrollo de la industria Micro LED.

(1) Estado de desarrollo de la industria

El proceso de fabricación de Micro LED es similar a los pasos técnicos convencionales, e incluye principalmente el crecimiento de obleas epitaxiales de LED, la producción de chips de Micro LED, la producción de la placa posterior del controlador (controlador TFT o controlador Micro IC) y la transferencia grande de cuatro partes. En primer lugar, el diseño de la estructura del LED es una película delgada, Micro, matriz, y luego el Micro LED se transfiere a la placa de circuito utilizando una gran cantidad de tecnología, el sustrato puede ser un sustrato duro, suave, transparente y opaco; Al utilizar el proceso de deposición física para completar la capa protectora y el electrodo superior, se puede empaquetar el sustrato superior y se puede completar una pantalla Micro LED simple. Sin embargo, debido a la miniaturización del chip, la tecnología de fabricación Micro LED ha presentado nuevos indicadores técnicos y requisitos para cada eslabón de la cadena industrial existente, incluidas las necesidades de investigación y desarrollo de tecnologías clave en diversos campos, como materiales, procesos y Los equipos y la tecnología de cada eslabón industrial no se pueden desarrollar de forma independiente, es un sistema técnico muy complejo. Es necesario cooperar estrechamente con el upstream y el downstream de la cadena industrial, como paneles, chips, transferencias masivas y drivers ics. En la actualidad, aún es necesario superar las cuatro tecnologías clave: epitaxia y fabricación de chips, transferencia masiva, pantalla a todo color y unidad de pantalla.

(2) Panorama general de la innovación tecnológica global

Desde la perspectiva de la historia del desarrollo de Micro LED, dos profesores de la Universidad Tecnológica de Texas tomaron la iniciativa al proponer el concepto de Micro LED en 2000, y ahora ha entrado en un período elevado de innovación tecnológica global. Desde 2017, la actividad de innovación de la tecnología Micro LED ha aumentado significativamente y actualmente se encuentra en un período de crecimiento explosivo. En la actualidad, Micro LED tiene una reserva global de patentes de más de 40.000, de las cuales más de 13.000 son patentes válidas, y la suma del índice de examen y validez es cercana al 80%, lo que indica que las barreras potenciales de patentes en este campo son altas. ; Desde la perspectiva del área más activa de innovación tecnológica Micro LED, el área más activa de innovación tecnológica se encuentra en China, Estados Unidos y Corea del Sur, y la región de diseño de patentes muestra que el mercado más activo está en China y Estados Unidos. Estados. Desde la perspectiva de las principales entidades de innovación del mundo y de China, las entidades de innovación líderes a nivel mundial en China, Corea del Sur y Estados Unidos tienen más ventajas, principalmente en los paneles de visualización y las empresas fotoeléctricas. Entre las 15 empresas más importantes del mundo, las empresas chinas representaron más de la mitad, BOE y Huaxing Optoelectronics se ubicaron entre las 5 principales del mundo; Además de las empresas líderes de China, el diseño de patentes de Samsung y LG de Corea del Sur se ubica a la vanguardia del mundo. De los resultados de distribución del número de patentes por tipo de instituciones de I+D, las empresas de nueva creación son las más altas, alcanzando el 29%. Desde la perspectiva de los tipos de patentes, el número de patentes se distribuye en torno a las cuatro tecnologías clave: epitaxia y estructura de chip, transferencia masiva, pantalla a todo color y controlador de pantalla.

(3) El desarrollo de cuatro tecnologías clave

Epitaxia y fabricación de chips: el proceso de fabricación de Micro LED desde la oblea hasta el chip debe pasar por pasos como epitaxia, grabado en pasos, preparación de la capa conductora y preparación de electrodos. En la dirección de la tecnología de epitaxia y estructura de chip, para Micro LED más pequeños, la industria actual está preocupada principalmente por la uniformidad de la longitud de onda, el bajo defecto de epitaxia y los problemas de eficiencia cuántica: (1) Después de miniaturizar el chip, existen altos requisitos para la consistencia de la longitud de onda de la epitaxia. y baja tasa de defectos, el LED tradicional requiere 6-12 nm, el chip Micro LED debe reducirse a 2 nm; (2) El tamaño de la astilla es cada vez más pequeño y el rendimiento del fragmento de corte está disminuyendo; (3) La eficiencia del Micro LED aumentará con el aumento de la densidad de corriente y disminuirá con el aumento de la densidad de corriente después de alcanzar el valor máximo. A medida que disminuye el tamaño del Micro LED, la eficiencia máxima se mueve hacia la densidad de corriente alta y la eficiencia máxima continúa disminuyendo.

Transferencia grande: debido a la diferencia en el proceso de crecimiento de la capa luminosa Micro LED y el sustrato del controlador, es difícil integrar la matriz de pantalla y el dispositivo controlador a través del proceso de crecimiento, por lo que es necesario transferir los granos Micro LED fabricados. a la placa de circuito del variador, que es un proceso de transferencia grande. Tomando un televisor 4K como ejemplo, los granos que deben transferirse llegan a 24 millones (calculados en 4.000 x 2.000 x RGB de tres colores), incluso si se transfieren 10.000, es necesario repetir 2.400 veces, por lo que La transferencia enorme enfrenta tres problemas principales: (1) precisión de la transferencia: la precisión del movimiento del Micro LED a la placa de circuito del controlador debe controlarse dentro de ±0,5 μm, y el dispositivo de transferencia debe tener una alta precisión de alineación y precisión del punto de caída. (2) Eficiencia de transferencia: LED tradicional 2 piezas/segundo, Micro LED requiere 20.000 piezas/segundo; (3) Rendimiento de transferencia: los productos de visualización con tolerancia a errores de píxeles son muy bajos; si desea crear menos de 5 píxeles de pantalla a todo color de 1920 x 1080, el rendimiento de transferencia debe alcanzar el 99,9999 %.

La tecnología de transferencia a gran escala incluye principalmente fuerza molecular (transferencia de sello), electrostática, transferencia magnética, transferencia láser, autoensamblaje (tecnología de ensamblaje de fluidos), etc. La transferencia láser grande puede controlar el tamaño de la respuesta relativamente pequeña, rápida, alta eficiencia de transferencia y tiene un alto grado de selectividad, transferencia láser o se convertirá en la tecnología principal de transferencia grande. En la actualidad, la tecnología y los equipos de transferencia a gran escala nacionales progresan, los fabricantes de láseres grandes (002008), inteligencia líder (300450), láser estrella Haimu y otros equipos de transferencia grandes se han enviado y entregado con éxito a los clientes, pero los equipos láser nacionales de grandes empresas. La producción en masa a escala aún está muy lejos de alcanzarse.

Pantalla a todo color: Micro LED para lograr monocromo es relativamente simple, pero lograr todo color es relativamente complejo, los tres colores RGB necesitan transferir granos de tres colores rojo, verde y azul. Como índice técnico clave de la tecnología Micro LED, la investigación de la tecnología Micro LED a todo color se ha convertido en un punto de investigación y una dificultad en el desarrollo de la tecnología Micro LED. Los métodos de realización de la coloración de Micro LED incluyen principalmente el método de LED de tres colores RGB, el método de medio luminiscente LED azul UV+ y el método de síntesis de lentes, todos los cuales tienen sus correspondientes deficiencias. En comparación, en términos de flujo de proceso y materiales, el método de medio emisor de luz LED azul UV+ es más simple que otros esquemas, ya que utiliza principalmente LED azul para reemplazar la placa de luz de fondo, usando película de puntos cuánticos o fósforo como medio emisor de luz para reemplazar. Filtros RGB, para completar la pantalla a todo color.

Controlador de pantalla: el esquema de diseño de controlador activo representado por CMOS y TFT se ha convertido en la corriente principal del desarrollo de la tecnología Micro LED. Micro LED es un dispositivo emisor de luz impulsado por corriente, y su modo de conducción generalmente se divide en unidad pasiva PM (matriz pasiva) y unidad activa AM (matriz activa). Debido al accionamiento pasivo: (1) no favorece la producción en grandes superficies y no puede cumplir con los requisitos del accionamiento de pantalla grande; (2) Las características de la unidad de escaneo de la columna hacen que la luz de los píxeles de la columna sea fácil de producir de manera desigual, lo que resulta en una imagen de visualización y una resolución limitadas; (3) El tamaño de los píxeles se está reduciendo gradualmente, el modo de unidad pasiva de la placa PCB tradicional no puede satisfacer la demanda de la unidad y tiene muchas desventajas en la aplicación de Micro LED, por lo tanto, el esquema de diseño de unidad activa representado por CMOS y TFT Conviértase en un buen compañero para el desarrollo de la tecnología Micro LED. Por ejemplo, en la tecnología de controladores CMOS, para avanzar en la tecnología de unión por transferencia, la industria actual se centra en explorar la tecnología de unión de circuitos de controladores Micro LED y CMOS.