La demande et les politiques des terminaux stimulent le développement rapide de l’industrie des micro LED

Micro LED est un guerrier hexagonal de technologie d'affichage. Plus de 80 % des informations humaines sont obtenues par l'œil, et les exigences plus élevées de l'homme en matière de qualité et de forme de l'image d'affichage conduisent au développement et à l'itération continus de la technologie d'affichage. La technologie d'affichage couleur a connu des technologies de transition telles que le CRT depuis son développement et est actuellement dominée par la technologie LCD et OLED. En termes de performances, Micro LED en tant que technologie d'affichage de nouvelle génération, par rapport à la production à grande échelle de la technologie LCD (écran à cristaux liquides) et de la technologie OLED (écran à diodes électroluminescentes organiques), Micro LED présente un avantage de performance très supérieur en presque toutes les dimensions techniques : longue durée de vie, contraste élevé, permet d'obtenir une haute résolution, une réponse rapide, un effet d'angle de vision plus large, des couleurs riches, est considérée comme la solution ultime de la technologie d'affichage.

Premièrement, le coût et les performances sont les moteurs du développement de l'industrie des micro LED.

Micro LED est une nouvelle technologie de miniaturisation et de matrice de LED, qui fait référence à l'intégration d'un réseau de LED de taille micro haute densité sur une puce. La technologie permet un auto-éclairage en un seul point en miniaturisant l'unité LED à un niveau inférieur à 50 microns, ce qui est environ 100 fois plus petit que les LED traditionnelles et réduit le pas des pixels de millimètre à micron. Par conséquent, la Micro LED est essentiellement une LED au niveau du micron et la diode électroluminescente LED est un dispositif semi-conducteur à semi-conducteur qui peut convertir l'énergie électrique en lumière visible.

En termes de coût, une feuille épitaxiale de saphir de 4 pouces, découpée en puces LED ordinaires environ 60 000, découpée en puces Mini LED environ 600 000, découpée en puces Micro LED en plus de 2,4 millions. Sur la même plaquette, le nombre de Micro LED a été considérablement augmenté et le coût d'une seule puce est inférieur, ce qui est également l'une des raisons du potentiel de développement des Micro LED du point de vue des coûts.

En termes de performances, par rapport à la technologie LCD et à la technologie OLED produites en série, la Micro LED présente des avantages de performances très supérieurs dans presque toutes les dimensions techniques, telles qu'une longue durée de vie, un contraste élevé, une haute résolution, une réponse rapide, un effet d'angle de vision plus large. , couleurs riches, luminosité ultra-élevée et consommation d'énergie réduite. Parmi eux, (1) fin et léger : la taille de la Micro LED est d'environ 1/100 de celle d'une LED traditionnelle, soit environ 1/10 de la largeur d'un cheveu humain ; (2) Faible consommation d'énergie : la micro LED utilise une structure auto-lumineuse à trois sous-pixels de couleurs primaires, le processus d'affichage LCD doit utiliser le rétroéclairage pour polariser puis pour filtrer les couleurs, le processus d'affichage a beaucoup de perte d'énergie, par rapport aux deux. , dans l'application d'affichage de la consommation d'énergie des micro LED, elle représente environ 10 % de la consommation d'énergie de l'écran LCD. Micro LED utilise des matériaux inorganiques pour émettre de la lumière, qui ont une efficacité lumineuse plus élevée, et OLED utilise des matériaux organiques pour émettre de la lumière, et la consommation d'énergie lumineuse des deux est inférieure à celle de l'OLED. Par conséquent, dans l'affichage de la même image, la consommation d'énergie du Micro LED est inférieure à celle de l'OLED et bien inférieure à celle de l'écran LCD ; (3) Haute luminosité : la Micro LED utilise un matériau inorganique en nitrure de gallium (GaN) dans la partie lumineuse, et sa luminosité peut théoriquement atteindre 105 cd/m2, bien supérieure aux 3 000 cd/m2 du LCD et 1 500 cd/m2 de l'OLED, et la durée de vie des matériaux inorganiques est plus longue ; (4) Haute résolution : grâce à la technologie d'affichage Micro LED, chaque Micro LED est un pixel qui peut s'auto-éclairer, et une seule Micro LED est au niveau du micron, elle peut donc atteindre une très haute résolution. La densité de pixels de l'écran Micro LED peut être supérieure à 1 500 PPI, tandis que le PPI de l'écran LCD et OLED est d'environ 800 PPI et 400 PPI.

En résumé, le coût et les performances favoriseront le développement continu de l’industrie des micro LED.

Deuxièmement, les scénarios d'application Micro LED

Micro LED est la technologie d'affichage ultime du futur. Si vous ne tenez pas compte du coût et de la maturité du processus, regardez uniquement les données de performance et d'indicateur de l'écran, Micro LED est sans aucun doute la technologie d'affichage ultime, Micro LED tous les indicateurs de performance sont meilleurs que les autres technologies d'affichage. En termes de scénarios d'application, Micro LED convient à toutes les tailles d'applications de produits. Du point de vue de la faisabilité technique et économique, Micro LED sera le premier à être appliqué aux écrans de petite taille inférieurs à 3 pouces et aux écrans de grande taille supérieurs à 100 pouces.
En termes de petites tailles d’écran inférieures à 3 pouces, Micro LED va éroder le marché OLED. Écran de petite taille car la distance de visualisation est très proche, les exigences en matière d'effet d'affichage sont élevées et l'affichage de petite taille est courant dans les terminaux mobiles, et il a également des exigences élevées en matière de consommation d'énergie. Par conséquent, l'OLED est devenu la technologie dominante pour les écrans de petite taille avec ses avantages de faible consommation d'énergie et de bon effet d'affichage, mais la part de marché de l'OLED dans ce domaine sera érodée par les Micro LED à l'avenir. D'une part, la Micro LED est supérieure à l'OLED dans tous les indicateurs de performances d'affichage tels que l'effet d'affichage et la consommation d'énergie ; D'un autre côté, en raison de la petite taille de l'écran et du petit nombre total de pixels, le coût de la Micro LED est également relativement contrôlable. Du point de vue technologique actuel, Micro LED a réussi à réaliser la miniaturisation des puces, mais il existe encore des goulots d'étranglement dans l'énorme transfert, le rendement est relativement limité, à l'heure actuelle, diverses entreprises explorent des solutions d'amélioration technique sur la base de contrôlables. frais.

En termes d'affichage de 3 à 99 pouces, il est difficile pour Micro LED d'éroder la part de marché des LCD et OLED en peu de temps. En raison de la distance de visualisation rapprochée, l'écran a des exigences plus élevées en matière de taille et de pas de puce, tandis que la taille de l'écran devient plus grande et le nombre total de pixels devient également plus grand, de sorte que la Micro LED appliquée à l'écran de 3 à 99 pouces a considérablement augmenté la difficulté technique et coût du processus, et la maturité de la technologie Micro LED dans cette gamme doit être améliorée. Et le plus important est que cette zone de taille, qu'il s'agisse d'un OLED de petite taille ou d'un écran LCD de grande taille, ses avantages en termes de coûts sont fermement inébranlables. À l'avenir, avec la réduction continue du coût des Micro LED et l'amélioration continue de la technologie, l'écart entre le coût et la difficulté du processus des Micro LED et LCD et OLED sera encore réduit.

En termes de grands écrans de plus de 100 pouces, Micro LED a l’avantage. Sur le marché des écrans de plus de 100 pouces, l'écran LCD sera limité par le rendement de production et l'efficacité de découpe des panneaux de grande taille, et OLED est également difficile d'obtenir une réduction des coûts en raison du processus d'évaporation après un rendement de grande taille et inférieur. , donc dans le passé, l'effet d'affichage était plus général, les projecteurs et les écrans d'épissage LCD occupaient une position dominante sur le marché de l'affichage de plus de 100 pouces. Cependant, avec la baisse significative du coût des Micro LED, cela accélérera le remplacement des produits d'affichage traditionnels tels que les projecteurs et l'épissage LCD avec de nombreux avantages tels que l'épissage plein écran, des couleurs riches et une luminosité élevée.

Taille du marché de l’industrie des trois micro LED

À l'heure actuelle, les puces Micro LED ont été produites dans des scènes d'affichage telles que les lunettes et les téléviseurs, mais la plupart des produits en sont encore au stade de la conception en raison de restrictions de prix et n'ont pas encore atteint une promotion à grande échelle sur le marché. À l'avenir, avec la percée et la maturité progressive de la technologie clé de Micro LED, les coûts de commercialisation et d'industrialisation seront considérablement réduits et le rendement des puces sera encore amélioré. Micro LED devrait prendre la tête de l'application de produits de grande taille et scénarios d'affichage de petite taille. Du point de vue des expéditions, selon les données prévisionnelles d'Omdia, affectées par la demande du marché des montres intelligentes et des téléviseurs haut de gamme, les expéditions mondiales d'écrans Micro LED passeront d'un niveau négligeable en 2020 à plus de 16 millions de pièces en 2027, et le le potentiel de demande du marché est important. D'après la taille du marché, selon les prévisions de Jibang Consulting, dans le scénario d'application des micro-écrans, on s'attend à ce qu'en 2026, la valeur de production de la puce d'affichage des lunettes Micro LED AR atteigne 41 millions de dollars américains ; Dans le scénario d'affichage de grande taille, la valeur de production des puces de grand écran Micro LED atteindra 54 millions de dollars en 2022 et devrait atteindre 4,5 milliards de dollars en 2026, avec un taux de croissance annuel composé de 204 %, et il y a beaucoup de marge de croissance du marché.

Quatrièmement, la demande et la politique des terminaux stimulent le développement rapide de l'industrie

(1) L’évolution de la demande des terminaux est le principal facteur de développement de l’industrie.

Depuis 2009, l'industrie des puces LED a connu trois cycles, tous motivés par une nouvelle demande de produits LED. La première étape est avant 2013, le rétroéclairage des téléviseurs à écran plat et des téléphones portables comme principale demande de LED pour stimuler le développement de l'industrie LED, la deuxième étape est de 2013 à 2014, 2013, l'Union européenne a complètement interdit les lumières tissées blanches, la demande de L'éclairage professionnel LED et l'éclairage paysager augmentent, les exportations côtières de LED augmentent pour stimuler le développement de l'industrie LED ; La troisième étape est de 2015 à 2020, le développement rapide des LED à petit pas, un grand nombre d'écrans LCD et DLP de remplacement, largement utilisés dans les centres de commandement gouvernementaux, la sécurité, le contrôle des maladies, les affaires, les voyages de nuit et d'autres domaines, conduisant ainsi le développement de l'industrie; La quatrième étape est qu'après 2020, la demande de l'industrie des écrans LED en matière d'affichage haute définition et de faible consommation d'énergie a progressivement augmenté le taux de pénétration des micro LED. En tant que technologie d'affichage ultime, avec une réduction des coûts et des progrès technologiques, Micro LED accélérera le processus d'industrialisation de Micro LED avec des performances supérieures telles qu'une longue durée de vie, un contraste élevé, une haute résolution, des couleurs riches, une luminosité ultra-élevée et une consommation d'énergie réduite. et devrait inciter l’industrie à entrer à nouveau dans le cycle ascendant.

(2) Un fort soutien des politiques nationales stimulera le développement de l’industrie

En tant que nouvelle génération de nouvelle technologie d’affichage, les Micro LED ont attiré beaucoup d’attention. Ces dernières années, l'État a promulgué un certain nombre de politiques de soutien, telles que le « 14e plan quinquennal » en 2021, qui indique clairement que les semi-conducteurs de troisième génération constituent un contenu important, et le projet couvre des technologies clés telles que les nouvelles véhicules énergétiques, applications Big Data, communications 5G et affichage Micro LED. Le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information et cinq autres départements ont publié le « Plan d'action pour le développement de l'intégration de la réalité virtuelle et des applications industrielles (2022-2026) », qui se concentrera sur la promotion des mises à niveau des micro-LED et d'autres technologies de micro-affichage ; Le ministère de l'Industrie et le ministère des Finances ont publié le « Plan d'action pour une croissance stable de l'industrie de la fabrication d'informations électroniques 2023-2024 » proposant de développer vigoureusement les mini LED, les micro LED et d'autres technologies ; Le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information et sept autres départements ont publié conjointement des « Avis de mise en œuvre sur la promotion de l'innovation et du développement industriels futurs », qui proposent de percer dans les technologies micro LED, laser, d'impression et autres technologies d'affichage et de parvenir à une application à grande échelle. La publication et la mise en œuvre des politiques et réglementations ci-dessus montrent l'attitude positive et la ferme détermination du gouvernement chinois à développer l'industrie des micro-LED, ce qui offre un meilleur environnement de développement pour le développement de l'industrie des micro-LED. Micro LED devrait bénéficier du soutien politique de l’État et ouvrir la voie à un développement rapide.

Cinquièmement, le développement de l'industrie des micro LED

(1) État de développement de l'industrie

Le processus de fabrication des micro LED est similaire aux étapes techniques conventionnelles, comprenant principalement la croissance de tranches épitaxiales de LED, la production de puces micro LED, la production de fond de panier de pilote (pilote TFT ou pilote Micro IC), le transfert important de quatre parties. Tout d'abord, la conception de la structure de la LED est constituée d'un film mince, d'un micro, d'un réseau, puis la micro LED est transférée sur la carte de circuit imprimé en utilisant une grande quantité de technologie, le substrat peut être un substrat dur, doux, transparent et opaque ; En utilisant le processus de dépôt physique pour compléter la couche protectrice et l'électrode supérieure, le substrat supérieur peut être emballé et un simple écran Micro LED peut être réalisé. Cependant, en raison de la miniaturisation de la puce, la technologie de fabrication des micro LED a mis en avant de nouveaux indicateurs et exigences techniques pour chaque maillon de la chaîne industrielle existante, y compris les besoins en recherche et développement de technologies clés dans divers domaines tels que les matériaux, les processus et L'équipement et la technologie de chaque maillon industriel ne peuvent pas être développés indépendamment, c'est un système technique très complexe. Il est nécessaire de coopérer étroitement avec l'amont et l'aval de la chaîne industrielle comme les panneaux, les puces, les transferts massifs et les circuits pilotes. À l'heure actuelle, les quatre technologies clés que sont l'épitaxie et la fabrication de puces, le transfert massif, l'affichage couleur et le lecteur d'affichage doivent encore être perfectionnées.

(2) Aperçu de l’innovation technologique mondiale

Du point de vue de l'histoire du développement de Micro LED, deux professeurs de la Texas Tech University ont pris l'initiative de proposer le concept de Micro LED en 2000, et celle-ci est maintenant entrée dans une période élevée d'innovation technologique mondiale. Depuis 2017, l’activité d’innovation de la technologie Micro LED a considérablement augmenté et se trouve actuellement dans une période de croissance explosive. À l'heure actuelle, Micro LED dispose d'une réserve mondiale de brevets de plus de 40 000, dont plus de 13 000 sont des brevets valides, et la somme du taux d'examen et de validité est proche de 80 %, ce qui indique que les barrières potentielles en matière de brevets dans ce domaine sont élevées. ; Du point de vue du domaine le plus actif de l'innovation technologique Micro LED, le domaine le plus actif de l'innovation technologique se trouve en Chine, aux États-Unis et en Corée du Sud, et la région de dépôt des brevets montre que le marché le plus actif se trouve en Chine et aux États-Unis. États. Du point de vue des principales entités d'innovation du monde et de la Chine, les principales entités d'innovation mondiales en Chine, en Corée du Sud et aux États-Unis ont plus d'avantages, principalement dans les entreprises d'écrans d'affichage et photoélectriques. Parmi les 15 plus grandes entreprises mondiales, les entreprises chinoises représentaient plus de la moitié, BOE et Huaxing Optoelectronics se classaient dans le top 5 mondial ; Outre les principales entreprises chinoises, les brevets sud-coréens Samsung et LG se classent à l'avant-garde mondiale. D'après les résultats de répartition du nombre de brevets par type d'institutions de R&D, les start-ups sont les plus nombreuses, atteignant 29 %. Du point de vue des types de brevets, le nombre de brevets est réparti autour des quatre technologies clés que sont l'épitaxie et la structure des puces, le transfert massif, l'affichage couleur et le pilote d'affichage.

(3) Le développement de quatre technologies clés

Epitaxie et fabrication de puces : Le processus de fabrication des micro LED, de la plaquette à la puce, doit passer par des étapes telles que l'épitaxie - la gravure par étapes - la préparation de la couche conductrice - la préparation des électrodes. En ce qui concerne la technologie de l'épitaxie et de la structure des puces, pour les micro-LED plus petites, l'industrie actuelle est principalement préoccupée par l'uniformité de la longueur d'onde, les faibles défauts d'épitaxie et les problèmes d'efficacité quantique : (1) Une fois la puce miniaturisée, les exigences sont élevées en matière de cohérence de la longueur d'onde de l'épitaxie. et faible taux de défauts, les LED traditionnelles nécessitent 6-12 nm, la puce Micro LED doit être réduite à 2 nm ; (2) La taille des copeaux devient de plus en plus petite et le rendement des fragments de coupe diminue ; (3) L'efficacité de la Micro LED augmentera avec l'augmentation de la densité de courant et diminuera avec l'augmentation de la densité de courant après avoir atteint la valeur maximale. À mesure que la taille de la Micro LED diminue, l'efficacité maximale se déplace vers une densité de courant élevée et l'efficacité maximale continue de diminuer.

Transfert important : en raison de la différence dans le processus de croissance de la couche lumineuse Micro LED et du substrat du pilote, il est difficile d'intégrer le réseau d'affichage et le dispositif pilote à travers le processus de croissance, il est donc nécessaire de transférer les grains Micro LED fabriqués. au circuit imprimé de commande, ce qui constitue un processus de transfert important. En prenant comme exemple un téléviseur 4K, les grains qui doivent être transférés peuvent atteindre 24 millions (calculés en 4 000 x 2 000 x RVB trois couleurs), même si un transfert de 10 000 doit être répété 2 400 fois, donc le un énorme transfert est confronté à trois problèmes majeurs : (1) précision du transfert : la précision du déplacement de la micro LED vers la carte de circuit imprimé de commande doit être contrôlée à ± 0,5 μm, et le dispositif de transfert doit avoir une précision d'alignement et une précision de point de chute élevées. (2) Efficacité de transfert : LED traditionnelle 2 pièces/seconde, Micro LED nécessite 20 000 pièces/seconde ; (3) Rendement de transfert : les produits d'affichage pour la tolérance d'erreur de pixel sont très faibles. Si vous souhaitez créer moins de 5 pixels de l'écran couleur 1920*1080, le rendement de transfert doit atteindre 99,9999 %.

La technologie de transfert à grande échelle comprend principalement la force moléculaire (transfert de joint), le transfert électrostatique, magnétique, le transfert laser, l'auto-assemblage (technologie d'assemblage fluide), etc. Le grand transfert laser peut contrôler la taille de la réponse relativement petite et rapide, l'efficacité de transfert élevée et possède un degré élevé de sélectivité, le transfert laser ou deviendra la technologie dominante du transfert important. À l'heure actuelle, les progrès de la technologie et des équipements de transfert nationaux à grande échelle, les fabricants de grands lasers (002008), de renseignement de pointe (300450), de laser étoile Haimu et d'autres équipements de transfert de grande envergure ont été expédiés avec succès et livrés aux clients, mais les équipements laser nationaux de grande taille - la production de masse à grande échelle est encore loin.

Affichage couleur : la micro LED pour obtenir le monochrome est relativement simple, mais pour obtenir la couleur est relativement complexe, trois couleurs RVB doivent transférer trois grains de couleur rouge, vert et bleu. En tant qu'indice technique clé de la technologie Micro LED, la recherche sur la technologie couleur Micro LED est devenue un point chaud de recherche et une difficulté dans le développement de la technologie Micro LED. Les méthodes de réalisation de colorisation Micro LED comprennent principalement la méthode LED tricolore RVB, la méthode du milieu luminescent UV bleu LED + et la méthode de synthèse de lentille, qui présentent toutes des inconvénients correspondants. En comparaison, en termes de flux de processus et de matériaux, la méthode du milieu électroluminescent UV bleu LED + est plus simple que les autres schémas, utilisant principalement des LED bleues pour remplacer la plaque de rétroéclairage, en utilisant un film à points quantiques ou du phosphore comme milieu électroluminescent à remplacer. Filtres RVB, pour compléter l'affichage couleur.

Pilote d'affichage : le schéma de conception de pilote actif représenté par CMOS et TFT est devenu le courant dominant du développement de la technologie Micro LED. Micro LED est un dispositif électroluminescent alimenté par courant, et son mode de conduite est généralement divisé en entraînement passif PM (Passive Matrix) et entraînement actif AM (Active Matrix). En raison du lecteur passif : (1) n’est pas propice à la production sur de grandes surfaces, ne peut pas répondre aux exigences du lecteur sur grand écran ; (2) caractéristiques du lecteur de balayage de colonne, facile à produire une lumière de pixel de colonne inégale, ce qui entraîne une image d'affichage et une résolution limitées ; (3) Le pas de pixel diminue progressivement, le mode de commande passif de la carte PCB traditionnelle ne peut pas répondre à la demande de commande et présente de nombreux inconvénients dans l'application de Micro LED. Par conséquent, le schéma de conception de commande active représenté par CMOS et TFT sera devenir un bon compagnon pour le développement de la technologie Micro LED. Par exemple, dans la technologie des pilotes CMOS, afin de percer dans la technologie de liaison par transfert, l'industrie actuelle se concentre sur l'exploration de la technologie de liaison des circuits pilotes Micro LED et CMOS.