Permintaan dan kebijakan terminal mendorong pesatnya perkembangan industri Mikro LED

Micro LED adalah teknologi tampilan prajurit heksagonal. Lebih dari 80% informasi manusia diperoleh melalui mata, dan kebutuhan manusia yang lebih tinggi terhadap kualitas dan bentuk gambar tampilan mendorong pengembangan dan pengulangan teknologi tampilan secara berkelanjutan. Teknologi layar berwarna telah mengalami transisi teknologi seperti CRT sejak perkembangannya, dan saat ini didominasi oleh teknologi LCD dan OLED. Dari segi performa, Micro LED sebagai teknologi tampilan generasi berikutnya, dibandingkan dengan produksi skala besar teknologi LCD (liquid crystal display) dan teknologi OLED (organic light-emitting diode display), Micro LED memiliki keunggulan performa yang sangat unggul dalam hal kinerja. hampir setiap dimensi teknis: Umur panjang, kontras tinggi, dapat mencapai resolusi tinggi, respons cepat, efek sudut pandang lebih lebar, warna yang kaya, dianggap sebagai solusi utama teknologi tampilan.

Pertama, biaya dan kinerja mendorong industri Micro LED terus berkembang

Micro LED adalah teknologi miniaturisasi dan matriks LED baru, yang mengacu pada integrasi rangkaian LED ukuran mikro kepadatan tinggi pada sebuah chip. Teknologi ini mencapai pencahayaan mandiri penggerak titik tunggal dengan memperkecil unit LED ke tingkat kurang dari 50 mikron, yaitu ~ 100 kali lebih kecil dari LED tradisional dan mengurangi jarak piksel dari milimeter ke mikron. Oleh karena itu, LED Mikro pada dasarnya adalah LED tingkat mikron, dan dioda pemancar cahaya LED adalah perangkat semikonduktor solid-state yang dapat mengubah energi listrik menjadi cahaya tampak.

Dari segi biaya, lembaran epitaxial safir 4 inci, dipotong menjadi chip LED biasa sekitar 60.000, dipotong menjadi chip Mini LED sekitar 600.000, dipotong menjadi chip Micro LED lebih dari 2,4 juta. Wafer yang sama, jumlah Micro LED telah meningkat secara signifikan, dan biaya satu chip lebih rendah, yang juga merupakan salah satu alasan potensi pengembangan Micro LED dari sudut pandang biaya.

Dari segi performa, dibandingkan dengan teknologi LCD dan teknologi OLED yang telah diproduksi secara massal, Micro LED memiliki keunggulan performa yang sangat unggul di hampir setiap dimensi teknis, seperti umur panjang, kontras tinggi, resolusi tinggi, respon cepat, efek sudut pandang lebih lebar. , warna yang kaya, kecerahan sangat tinggi, dan konsumsi daya yang lebih rendah. Diantaranya, (1) tipis dan ringan: ukuran Micro LED sekitar 1/100 dari LED tradisional, atau sekitar 1/10 lebar rambut manusia; (2) Konsumsi daya rendah: Micro LED menggunakan tiga struktur self-luminous sub-piksel warna primer, proses tampilan LCD perlu menggunakan lampu latar untuk polarizer dan kemudian ke filter warna, proses tampilan memiliki banyak kehilangan energi, dibandingkan dengan keduanya , pada aplikasi tampilan konsumsi daya Micro LED sekitar 10% dari konsumsi daya LCD. Mikro LED menggunakan bahan anorganik untuk memancarkan cahaya, yang memiliki efisiensi cahaya lebih tinggi, dan OLED menggunakan bahan organik untuk memancarkan cahaya, dan konsumsi daya cahaya keduanya lebih rendah dibandingkan OLED. Oleh karena itu, pada tampilan gambar yang sama, konsumsi daya Micro LED lebih rendah dibandingkan OLED, dan jauh lebih rendah dibandingkan LCD; (3) Kecerahan tinggi: LED Mikro menggunakan bahan anorganik galium nitrida (GaN) di bagian bercahaya, dan kecerahannya secara teoritis dapat mencapai 105cd/m2, jauh lebih tinggi daripada LCD 3,000cd/m2 dan OLED 1,500cd/m2, dan masa pakai bahan anorganik lebih lama; (4) Resolusi tinggi: di bawah teknologi tampilan LED Mikro, setiap LED Mikro adalah piksel yang dapat menyala sendiri, dan satu LED Mikro berada pada tingkat mikron, sehingga dapat mencapai resolusi yang sangat tinggi. Kepadatan piksel layar Micro LED bisa lebih dari 1.500PPI, sedangkan PPI layar LCD dan OLED sekitar 800PPI dan 400PPI.

Singkatnya, biaya dan kinerja akan mendorong perkembangan berkelanjutan industri LED Mikro.

Kedua, skenario aplikasi Micro LED

Micro LED adalah teknologi tampilan terbaik di masa depan. Jika Anda tidak mempertimbangkan kematangan biaya dan proses, hanya melihat data kinerja dan indikator tampilan, Micro LED tidak diragukan lagi merupakan teknologi tampilan terbaik, Micro LED semua indikator kinerja lebih baik daripada teknologi tampilan lainnya. Dalam hal skenario aplikasi, Micro LED cocok untuk semua ukuran aplikasi produk. Dari sudut pandang kelayakan teknis dan kelayakan ekonomi, Micro LED akan menjadi yang pertama diterapkan pada layar berukuran kecil di bawah 3 inci dan layar berukuran besar di atas 100 inci.
Dari segi ukuran layar kecil di bawah 3 inci, Micro LED akan menggerus pasar OLED. Tampilan ukuran kecil karena jarak pandang sangat dekat, persyaratan efek tampilan tinggi, dan tampilan ukuran kecil biasa terjadi di terminal seluler, dan juga memiliki persyaratan konsumsi daya yang tinggi. Oleh karena itu, OLED telah menjadi teknologi utama untuk layar berukuran kecil dengan keunggulan konsumsi daya yang rendah dan efek tampilan yang baik, namun pangsa pasar OLED di bidang ini akan terkikis oleh Micro LED di masa depan. Di satu sisi, Micro LED lebih unggul daripada OLED dalam semua indikator kinerja tampilan seperti efek tampilan dan konsumsi daya; Di sisi lain, karena ukuran layar yang kecil dan jumlah piksel yang kecil, harga Micro LED juga relatif terkendali. Dari sudut pandang teknologi saat ini, Micro LED telah mampu mencapai miniaturisasi chip, namun masih terdapat beberapa hambatan dalam transfer besar tersebut, dan hasilnya relatif terbatas. Saat ini, berbagai perusahaan sedang menjajaki solusi peningkatan teknis berdasarkan teknologi yang dapat dikontrol. biaya.

Dari segi layar 3-99 inci, Micro LED sulit mengikis pangsa pasar LCD dan OLED dalam waktu singkat. Karena jarak pandang yang dekat, layar memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk ukuran chip dan pitch, sementara ukuran layar menjadi lebih besar dan jumlah piksel juga menjadi lebih banyak, sehingga Micro LED yang diterapkan pada layar 3-99 inci telah meningkatkan secara signifikan. kesulitan teknis dan biaya proses, serta kematangan teknologi Micro LED dalam kisaran ini perlu ditingkatkan. Dan yang paling penting adalah bahwa area ukuran ini, baik OLED ukuran kecil maupun LCD ukuran besar, keunggulan biayanya tidak tergoyahkan. Di masa depan, dengan pengurangan biaya Micro LED secara terus-menerus dan peningkatan teknologi yang berkelanjutan, kesenjangan antara biaya dan kesulitan proses Micro LED, LCD, dan OLED akan semakin menyempit.

Dari segi layar besar lebih dari 100 inci, Micro LED memiliki keunggulan. Di pasar layar lebih dari 100 inci, LCD akan dibatasi oleh hasil produksi dan efisiensi pemotongan panel berukuran besar, dan OLED juga sulit mencapai pengurangan biaya karena proses penguapan setelah ukuran besar, hasil lebih rendah , jadi di masa lalu, efek tampilan lebih umum pada proyektor dan layar penyambungan LCD menempati posisi dominan di pasar tampilan lebih dari 100 inci. Namun, dengan penurunan biaya Micro LED yang signifikan, hal ini akan mempercepat penggantian produk layar tradisional seperti proyektor dan penyambungan LCD dengan banyak keunggulan seperti penyambungan layar penuh, warna yang kaya, dan kecerahan tinggi.

Tiga ukuran pasar industri Micro LED

Saat ini, chip Micro LED telah diproduksi dalam tampilan layar seperti kacamata dan TV, namun sebagian besar produk masih dalam tahap konsep karena keterbatasan harga dan belum mencapai promosi pasar skala besar. Di masa depan, dengan terobosan dan kematangan teknologi utama Micro LED secara bertahap, biaya komersialisasi dan industrialisasi akan sangat berkurang, dan hasil chip semakin ditingkatkan, Micro LED diharapkan menjadi yang terdepan dalam penerapan ukuran besar dan skenario tampilan ukuran kecil. Dari sudut pandang pengiriman, menurut data perkiraan Omdia, dipengaruhi oleh permintaan pasar jam tangan pintar dan TV kelas atas, pengiriman layar Micro LED global akan melonjak dari tingkat yang dapat diabaikan pada tahun 2020 menjadi lebih dari 16 juta keping pada tahun 2027, dan potensi permintaan pasar besar. Dari ukuran pasar, menurut perkiraan Jibang Consulting, dalam skenario aplikasi layar mikro, diharapkan pada tahun 2026, nilai keluaran chip layar kacamata Micro LED AR mencapai 41 juta dolar AS; Dalam skenario tampilan ukuran besar, nilai output chip layar besar Micro LED akan mencapai $54 juta pada tahun 2022, dan diperkirakan akan meningkat menjadi $4,5 miliar pada tahun 2026, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 204%, dan masih banyak lagi. ruang untuk pertumbuhan pasar.

Keempat, permintaan dan kebijakan terminal mendorong pesatnya perkembangan industri

(1) Perubahan permintaan terminal merupakan faktor utama pendorong berkembangnya industri

Sejak tahun 2009, industri chip LED telah mengalami tiga siklus, semuanya didorong oleh permintaan baru terhadap produk LED. Tahap pertama adalah sebelum tahun 2013, TV panel datar dan lampu latar ponsel sebagai permintaan utama LED untuk mendorong perkembangan industri LED, tahap kedua adalah tahun 2013 hingga 2014, 2013, Uni Eropa sepenuhnya melarang lampu anyaman putih, permintaan akan Pencahayaan profesional LED dan pencahayaan lanskap meningkat, ekspor LED pesisir meningkat untuk mendorong perkembangan industri LED; Tahap ketiga adalah dari tahun 2015 hingga 2020, perkembangan pesat LED nada kecil, sejumlah besar pengganti LCD dan DLP, banyak digunakan di pusat komando pemerintah, keamanan, pengendalian penyakit, bisnis, perjalanan malam dan bidang lainnya, sehingga mendorong pengembangan industri; Tahap keempat adalah setelah tahun 2020, permintaan industri layar LED akan tampilan definisi tinggi dan konsumsi daya rendah secara bertahap meningkatkan tingkat penetrasi Micro LED. Sebagai teknologi tampilan terbaik, dengan pengurangan biaya dan kemajuan teknologi, Micro LED akan mempercepat proses industrialisasi Micro LED dengan kinerja unggul seperti masa pakai yang lama, kontras tinggi, resolusi tinggi, warna yang kaya, kecerahan sangat tinggi, dan konsumsi daya yang lebih rendah. dan diharapkan dapat mendorong industri untuk kembali memasuki siklus kenaikan.

(2) Dukungan yang kuat dari kebijakan nasional akan mendorong perkembangan industri

Sebagai generasi berikutnya dari teknologi layar baru, Micro LED telah menarik banyak perhatian. Dalam beberapa tahun terakhir, negara telah mengumumkan sejumlah kebijakan pendukung, seperti "Rencana Lima Tahun ke-14" pada tahun 2021, yang dengan jelas menyatakan bahwa semikonduktor generasi ketiga adalah konten yang penting, dan proyek tersebut mencakup teknologi utama seperti teknologi baru. kendaraan energi, aplikasi data besar, komunikasi 5G, dan layar Micro LED. Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi serta lima departemen lainnya mengeluarkan "Rencana Aksi Pengembangan Integrasi Realitas Virtual dan Aplikasi Industri (2022-2026)", yang akan fokus pada promosi Micro LED dan peningkatan teknologi layar mikro lainnya; Kementerian Perindustrian dan Kementerian Keuangan mengeluarkan "Rencana Aksi Pertumbuhan Stabil Industri Manufaktur Informasi Elektronik 2023-2024" yang diusulkan untuk secara giat mengembangkan Mini LED, Micro LED dan teknologi lainnya; Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi dan tujuh departemen lainnya bersama-sama mengeluarkan "Pendapat Implementasi untuk Mempromosikan Inovasi dan Pengembangan Industri Masa Depan", yang mengusulkan untuk menerobos teknologi MicroLED, laser, pencetakan dan tampilan lainnya dan mencapai aplikasi skala besar. Keluarnya dan penerapan kebijakan dan peraturan di atas menunjukkan sikap positif dan tekad kuat pemerintah Tiongkok untuk mengembangkan industri Mikro LED, yang memberikan lingkungan pengembangan yang lebih baik bagi perkembangan industri Mikro LED. Mikro LED diharapkan mendapat manfaat dari dukungan kebijakan negara dan mengantarkan perkembangan pesat.

Kelima, pengembangan industri Micro LED

(1) Status perkembangan industri

Proses manufaktur Micro LED mirip dengan langkah-langkah teknis konvensional, terutama mencakup pertumbuhan wafer epitaxial LED, produksi chip Micro LED, produksi driver backplane (driver TFT atau driver Micro IC), transfer besar empat bagian. Pertama-tama, desain struktur LED adalah film tipis, Mikro, susunan, dan kemudian LED Mikro ditransfer ke papan sirkuit menggunakan sejumlah besar teknologi, substratnya bisa berupa substrat keras, transparan lembut, dan buram; Dengan menggunakan proses deposisi fisik untuk melengkapi lapisan pelindung dan elektroda atas, substrat atas dapat dikemas dan tampilan Micro LED sederhana dapat diselesaikan. Namun karena miniaturisasi chip, teknologi manufaktur Micro LED telah mengedepankan indikator dan persyaratan teknis baru untuk setiap mata rantai rantai industri yang ada, termasuk kebutuhan penelitian dan pengembangan teknologi utama di berbagai bidang seperti material, proses, dan peralatan, dan teknologi setiap mata rantai industri tidak dapat dikembangkan secara mandiri, ini adalah sistem teknis yang sangat kompleks. Perlu adanya kerja sama yang erat dengan rantai industri hulu dan hilir seperti panel, chip, transfer besar-besaran, dan driver ics. Saat ini, empat teknologi utama yaitu manufaktur epitaksi & chip, transfer besar-besaran, layar penuh warna, dan penggerak layar masih perlu ditembus.

(2) Tinjauan inovasi teknologi global

Dari perspektif sejarah perkembangan Micro LED, dua profesor di Texas Tech University memimpin usulan konsep Micro LED pada tahun 2000, dan kini telah memasuki periode puncak inovasi teknologi global. Sejak tahun 2017, aktivitas inovasi teknologi Micro LED telah meningkat secara signifikan, dan saat ini berada dalam periode pertumbuhan yang eksplosif. Saat ini, Micro LED memiliki cadangan paten global lebih dari 40.000, dimana lebih dari 13.000 merupakan paten yang sah, dan jumlah rasio pemeriksaan dan validitas mendekati 80%, menunjukkan bahwa potensi hambatan paten di bidang ini tinggi. ; Dilihat dari area inovasi teknologi Micro LED yang lebih aktif, area inovasi teknologi yang lebih aktif berada di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Korea Selatan, dan wilayah tata letak paten menunjukkan bahwa pasar yang lebih aktif berada di Tiongkok dan Amerika. Amerika. Dari perspektif entitas inovasi besar di dunia dan Tiongkok, entitas inovasi terkemuka global di Tiongkok, Korea Selatan, dan Amerika Serikat memiliki lebih banyak keunggulan, terutama di perusahaan panel display dan fotolistrik. Di antara 15 perusahaan teratas dunia, perusahaan Tiongkok menyumbang lebih dari setengahnya, BOE, Huaxing Optoelektronik berada di peringkat 5 besar dunia; Selain perusahaan-perusahaan terkemuka di Tiongkok, tata letak paten Samsung dan LG di Korea Selatan menempati peringkat terdepan di dunia. Dari hasil sebaran jumlah paten menurut jenis lembaga litbang, startup merupakan yang tertinggi yaitu mencapai 29%. Dari perspektif jenis paten, jumlah paten didistribusikan pada empat teknologi utama yaitu epitaksi dan struktur chip, transfer masif, tampilan penuh warna, dan driver tampilan.

(3) Pengembangan empat teknologi utama

Pembuatan epitaksi dan chip: Proses pembuatan Micro LED dari wafer ke chip perlu melalui tahapan seperti epitaksi - langkah etsa - persiapan lapisan konduktif - persiapan elektroda. Sehubungan dengan teknologi struktur epitaksi & chip, untuk LED Mikro yang lebih kecil, industri saat ini terutama memperhatikan keseragaman panjang gelombang, cacat epitaksi yang rendah, dan masalah efisiensi kuantum: (1) Setelah chip diperkecil, terdapat persyaratan tinggi untuk konsistensi panjang gelombang epitaksi dan tingkat cacat yang rendah, LED tradisional membutuhkan 6-12nm, chip LED Mikro perlu dikurangi menjadi 2nm; (2) Ukuran serpihan semakin mengecil, dan hasil potongan potongan semakin menurun; (3) Efisiensi Micro LED akan meningkat seiring dengan peningkatan rapat arus, dan menurun seiring dengan peningkatan rapat arus setelah mencapai nilai puncak. Ketika ukuran Mikro LED berkurang, efisiensi puncak bergerak ke arah kepadatan arus yang tinggi, dan efisiensi puncak terus menurun.

Transfer besar: Karena perbedaan proses pertumbuhan lapisan bercahaya LED Mikro dan substrat driver, sulit untuk mengintegrasikan susunan tampilan dan perangkat driver melalui proses pertumbuhan, sehingga perlu untuk mentransfer butiran LED Mikro yang dibuat ke papan sirkuit penggerak, yang merupakan proses transfer besar. Ambil contoh TV 4K, butiran yang perlu ditransfer sebanyak 24 juta (dihitung dalam 4.000 x 2.000 x RGB tiga warna), kalaupun transfer 10.000, perlu diulang 2.400 kali, jadi transfer besar menghadapi tiga masalah utama: (1) akurasi transfer: Keakuratan pemindahan LED Mikro ke papan sirkuit penggerak harus dikontrol dalam ±0,5μm, dan perangkat transfer harus memiliki akurasi penyelarasan dan akurasi titik jatuh yang tinggi. (2) Efisiensi transfer: LED tradisional 2 buah/detik, LED Mikro membutuhkan 20.000 buah/detik; (3) Hasil transfer: Produk tampilan untuk toleransi kesalahan piksel sangat rendah, jika Anda ingin membuat kurang dari 5 piksel tampilan penuh warna 1920*1080, hasil transfer harus mencapai 99,9999%.

Teknologi transfer besar terutama mencakup gaya molekuler (transfer segel), elektrostatis, transfer magnet, transfer laser, perakitan mandiri (teknologi perakitan fluida) dan sebagainya. Transfer laser besar dapat mengontrol ukuran yang relatif kecil, respon cepat, efisiensi transfer tinggi, dan memiliki tingkat selektivitas yang tinggi, transfer laser atau akan menjadi teknologi utama transfer besar. Saat ini, kemajuan teknologi dan peralatan transfer besar dalam negeri, produsen laser besar (002008), intelijen terkemuka (300450), laser bintang Haimu dan peralatan transfer besar lainnya telah berhasil dikirim, dikirim ke pelanggan, tetapi peralatan laser domestik dari besar- produksi massal skala besar masih jauh.

Tampilan penuh warna: LED mikro untuk mencapai monokrom relatif sederhana, tetapi untuk mencapai warna penuh relatif kompleks, tiga warna RGB perlu mentransfer tiga butir warna merah, hijau dan biru. Sebagai indeks teknis utama teknologi Micro LED, penelitian teknologi Micro LED full color telah menjadi hotspot penelitian dan kesulitan dalam pengembangan teknologi Micro LED. Metode realisasi pewarnaan LED Mikro terutama mencakup metode LED tiga warna RGB, metode media luminescent UV biru LED+ dan metode sintesis lensa, yang semuanya memiliki kekurangan yang sesuai. Sebagai perbandingan, dalam hal aliran proses dan material, metode media pemancar cahaya LED biru UV+ lebih sederhana dibandingkan skema lainnya, terutama menggunakan LED biru untuk menggantikan pelat lampu latar, menggunakan film titik kuantum atau fosfor sebagai media pemancar cahaya untuk menggantikannya. Filter RGB, untuk melengkapi tampilan penuh warna.

Driver tampilan: Skema desain driver aktif yang diwakili oleh CMOS dan TFT telah menjadi arus utama pengembangan teknologi Micro LED. Micro LED adalah perangkat pemancar cahaya yang digerakkan oleh arus, dan mode penggeraknya umumnya dibagi menjadi penggerak pasif PM (Matriks Pasif) dan penggerak aktif AM (Matriks Aktif). Karena penggerak pasif: (1) tidak kondusif untuk produksi area luas, tidak dapat memenuhi persyaratan penggerak layar besar; (2) Karakteristik penggerak pemindaian kolom, mudah menghasilkan cahaya piksel kolom yang tidak merata, sehingga tampilan gambar dan resolusi terbatas; (3) Pitch piksel secara bertahap menyusut, mode penggerak pasif papan PCB tradisional tidak dapat memenuhi permintaan penggerak, dan memiliki banyak kelemahan dalam penerapan Micro LED, oleh karena itu, skema desain penggerak aktif yang diwakili oleh CMOS dan TFT akan menjadi pendamping yang baik untuk pengembangan teknologi Micro LED. Misalnya saja pada teknologi driver CMOS, untuk mendobrak teknologi transfer bonding, industri saat ini fokus mengeksplorasi teknologi bonding rangkaian driver Micro LED dan CMOS.