端末の需要と政策がマイクロ LED 産業の急速な発展を推進
マイクロLEDは六角戦士のディスプレイ技術です。 人間の情報の 80% 以上は目から得られ、ディスプレイの画質と形状に対する人間の高い要求が、ディスプレイ技術の継続的な開発と反復を推進しています。 カラーディスプレイ技術は、その開発以来、CRTなどの過渡期を経て、現在はLCDとOLED技術が主流となっています。 性能の面では、次世代ディスプレイ技術としてのMicro LEDは、LCD技術（液晶ディスプレイ）やOLED技術（有機発光ダイオードディスプレイ）の大規模生産と比較して、非常に優れた性能上の利点を持っています。ほぼすべての技術的側面: 長寿命、高コントラスト、高解像度、高速応答、広い視野角効果、豊かな色彩を実現でき、ディスプレイ技術の究極のソリューションとみなされます。
まず、コストとパフォーマンスがマイクロ LED 業界の発展を推進します。
マイクロ LED は、新しい LED 小型化およびマトリックス技術であり、チップ上に高密度のマイクロサイズ LED アレイを統合することを指します。 この技術は、LED ユニットを 50 ミクロン未満のレベルに小型化することでシングルポイント駆動の自己照明を実現します。これは従来の LED の約 100 分の 1 であり、ピクセルピッチもミリメートルからミクロンに縮小します。 したがって、マイクロ LED は本質的にミクロンレベルの LED であり、LED 発光ダイオードは電気エネルギーを可視光に変換できる固体半導体デバイスです。
コストの面では、4インチのサファイアエピタキシャルシートを通常のLEDチップに約6万個、ミニLEDチップに約60万個、マイクロLEDチップを240万個以上にカットします。 同じウェーハでマイクロ LED の数が大幅に増加し、単一チップのコストが下がったことも、コストの観点からマイクロ LED の発展の可能性がある理由の 1 つです。
性能の面では、量産されているLCD技術やOLED技術と比較して、Micro LEDは長寿命、高コントラスト、高解像度、高速応答、広視野角効果など、ほぼすべての技術的次元で非常に優れた性能上の利点を持っています。 、豊かな色彩、超高輝度、低消費電力。 その中で、（1）薄くて軽い：Micro LEDのサイズは、従来のLEDの約1/100、つまり人間の髪の毛の幅の約1/10です。 (2) 低消費電力: マイクロ LED は 3 原色のサブピクセルの自発光構造を使用しており、LCD 表示プロセスではバックライトを偏光板に使用し、その後カラーフィルターに使用する必要があり、表示プロセスでは 2 つの方法に比べて多くのエネルギー損失が発生します。ディスプレイアプリケーションにおけるマイクロ LED の消費電力は LCD 消費電力の約 10% です。 マイクロLEDは無機材料を使用して発光するため発光効率が高く、OLEDは有機材料を使用して発光するため、どちらもOLEDよりも発光電力が低くなります。 したがって、同じ画像の表示において、マイクロ LED の消費電力は OLED よりも低く、LCD よりもはるかに低くなります。 (3) 高輝度: マイクロ LED は発光部に窒化ガリウム (GaN) 無機材料を使用しており、その輝度は理論上 105cd/m2 に達し、LCD の 3,000cd/m2 や OLED の 1,500cd/m2 をはるかに上回ります。無機材料の耐用年数は長くなります。 (4) 高解像度: Micro LED ディスプレイ技術では、各 Micro LED は自己発光可能なピクセルであり、単一の Micro LED はミクロンレベルであるため、非常に高い解像度を実現できます。 マイクロ LED ディスプレイのピクセル密度は 1,500PPI 以上になる可能性がありますが、LCD および OLED スクリーンの PPI は約 800PPI および 400PPI です。
要約すると、コストとパフォーマンスにより、マイクロ LED 業界の継続的な発展が促進されます。
2 番目に、マイクロ LED の応用シナリオ
マイクロ LED は、未来の究極のディスプレイ技術です。 コストとプロセスの成熟度を考慮せず、ディスプレイのパフォーマンスとインジケーターのデータだけを見れば、Micro LED は間違いなく究極のディスプレイテクノロジーであり、Micro LED のすべてのパフォーマンスインジケーターは他のディスプレイテクノロジーよりも優れています。 アプリケーションシナリオの観点から見ると、マイクロ LED はあらゆる規模の製品アプリケーションに適しています。 技術的実現可能性と経済的実現可能性の観点から、マイクロ LED は 3 インチ以下の小型ディスプレイと 100 インチ以上の大型ディスプレイに初めて適用されます。
3 インチ未満の小型ディスプレイ サイズに関しては、Micro LED が OLED 市場を侵食するでしょう。 視聴距離が非常に近いため、ディスプレイサイズが小さく、表示効果の要件が高く、モバイル端末ではディスプレイサイズが小さいのが一般的であり、消費電力に対する要件も高くなります。 したがって、OLEDは、低消費電力と優れた表示効果という利点を備えた小型ディスプレイの主流技術となっていますが、この分野におけるOLEDの市場シェアは、将来的にはMicro LEDに侵食されるでしょう。 一方で、Micro LEDは、ディスプレイ効果や消費電力などのすべてのディスプレイ性能指標においてOLEDよりも優れています。 一方、Micro LED は画面サイズが小さく、総ピクセル数が少ないため、コストも比較的制御可能です。 現在の技術の観点から見ると、Micro LEDはチップの小型化を達成できていますが、巨大な転送にはまだいくつかのボトルネックがあり、歩留まりは比較的限られており、現在、さまざまな企業が制御可能なレベルに基づいて技術的改善ソリューションを模索しています。費用がかかります。
3～99インチのディスプレイに関しては、Micro LEDはLCDやOLEDの市場シェアを短期間で侵食することは困難です。 表示距離が近いため、ディスプレイのチップサイズとピッチに対する要求が高くなりますが、画面サイズが大きくなり、総ピクセル数も多くなるため、3～99インチのディスプレイにMicro LEDを適用することで表示面積が大幅に向上しました。技術的な難しさとプロセスのコストが問題であり、この範囲におけるマイクロ LED 技術の成熟度を向上させる必要があります。 そして最も重要なのは、このサイズの領域は、小型OLEDであっても大型LCDであっても、そのコスト上の利点が揺るぎないということです。 将来的には、マイクロLEDのコストの継続的な削減と技術の継続的な改善により、マイクロLEDとLCDおよびOLEDのコストとプロセスの難易度の差はさらに縮まるでしょう。
100インチを超える大型ディスプレイに関してはMicro LEDが有利です。 100インチ以上のディスプレイ市場では、LCDは大型パネルの生産歩留まりと切断効率によって制限があり、OLEDも大型化後の蒸着プロセスによりコストダウンが難しく、歩留まりが低いしたがって、過去には、ディスプレイ効果はより一般的なプロジェクターとLCDスプライシングスクリーンが100インチ以上のディスプレイ市場で支配的な位置を占めていました。 しかし、マイクロ LED のコストが大幅に下がったことにより、フルスクリーン スプライシング、豊かな色彩、高輝度などの多くの利点を備えたプロジェクターや LCD スプライシングなどの従来のディスプレイ製品の置き換えが加速すると考えられます。
3つのマイクロLED業界の市場規模
現在、マイクロ LED チップはメガネや TVS などのディスプレイシーンで製品化されていますが、ほとんどの製品は価格制限によりまだ構想段階にあり、大規模な市場プロモーションには至っていません。 将来的には、マイクロ LED の主要技術の画期的な進歩と段階的な成熟により、商品化と工業化のコストが大幅に削減され、チップの歩留まりがさらに向上し、マイクロ LED が大型および高解像度のアプリケーションの先頭に立つことが期待されています。小さいサイズの表示シナリオ。 出荷の観点から見ると、Omdia の予測データによると、スマートウォッチとハイエンド TV 市場の需要の影響を受け、世界のマイクロ LED ディスプレイの出荷は 2020 年の無視できるレベルから 2027 年には 1,600 万個以上に急増します。市場需要の潜在力は大きい。 Jibang Consultingの市場規模予測によると、マイクロディスプレイ応用シナリオでは、2026年にはマイクロLED ARグラスディスプレイチップの生産額は4,100万米ドルに達すると予想されています。 大型ディスプレイのシナリオでは、マイクロLED大型ディスプレイチップの生産額は2022年に5,400万ドルに達し、2026年には45億ドルに上昇すると予想されており、年間平均成長率は204%であり、市場成長の余地がある。
第四に、ターミナルの需要と政策が業界の急速な発展を促進します。
(1) 端末需要の変化が業界の発展を促す主な要因
2009 年以来、LED チップ業界は 3 つのサイクルを経験しましたが、いずれも LED 製品に対する新たな需要によって推進されました。 第 1 段階は 2013 年以前で、フラット パネル TV と携帯電話のバックライトが LED の主な需要として LED 産業の発展を推進します。第 2 段階は 2013 年から 2014 年で、2013 年に欧州連合が白色織物ライトを完全に禁止し、 LED プロフェッショナル照明と景観照明が増加し、沿岸 LED の輸出が増加して LED 産業の発展を促進します。 第 3 段階は 2015 年から 2020 年で、狭ピッチ LED、多数の交換用 LCD および DLP が急速に開発され、政府指令センター、セキュリティ、疾病対策、ビジネス、夜間旅行などの分野で広く使用され、それによって世界の産業を推進します。産業の発展。 第 4 段階は、2020 年以降、LED ディスプレイ業界の高精細ディスプレイと低消費電力への需要により、マイクロ LED の普及率が徐々に高まっています。 究極のディスプレイ技術として、マイクロ LED は、コスト削減と技術進歩により、長寿命、高コントラスト、高解像度、豊かな色彩、超高輝度、低消費電力などの優れた性能を備えたマイクロ LED の工業化プロセスを加速します。そして、業界が再び上昇サイクルに入るきっかけとなることが期待されています。
(2) 国の政策による強力な後押しが業界の発展を促す
次世代の新しいディスプレイ技術としてマイクロLEDが注目を集めています。 近年、国家は多くの支援政策を公布しており、2021年の「第14次5カ年計画」では第3世代半導体が重要なコンテンツであることが明記されており、プロジェクトは新技術などの主要技術をカバーしている。エネルギー自動車、ビッグデータ アプリケーション、5G 通信、マイクロ LED ディスプレイ。 工業情報化省およびその他の5つの部門は、マイクロLEDおよびその他のマイクロディスプレイ技術のアップグレードの促進に重点を置く「仮想現実と産業アプリケーションの統合開発行動計画（2022年～2026年）」を発表した。 工業省と財務省は、ミニLED、マイクロLEDなどの技術を精力的に開発することを提案した「電子情報製造産業2023～2024年安定成長行動計画」を発表した。 工業情報化部と他の7部門は共同で「将来の産業革新と発展の促進に関する実施意見」を発表し、マイクロLED、レーザー、印刷、その他のディスプレイ技術を突破し、大規模応用を達成することを提案した。 上記の政策と規制の発表と実施は、マイクロ LED 産業の発展に対する中国政府の積極的な姿勢と確固たる決意を示しており、マイクロ LED 産業の発展により良い開発環境を提供します。 マイクロ LED は国の政策支援の恩恵を受け、急速な発展をもたらすことが期待されています。
五、マイクロLED産業の発展
(1) 産業発展状況
マイクロ LED の製造プロセスは従来の技術ステップと同様で、主に LED エピタキシャル ウェーハの成長、マイクロ LED チップの製造、ドライバー バックプレーン (TFT ドライバーまたはマイクロ IC ドライバー) の製造、4 つの部品の大量転送が含まれます。 まず第一に、LED 構造設計は薄膜、マイクロ、アレイであり、次にマイクロ LED が大量の技術を使用して回路基板に転写されます。基板は硬質、軟質、透明、不透明の基板にすることができます。 物理蒸着プロセスを使用して保護層と上部電極を完成させることにより、上部基板をパッケージングして、シンプルなマイクロ LED ディスプレイを完成させることができます。 しかし、チップの小型化により、マイクロ LED 製造技術は、材料、プロセス、技術などのさまざまな分野の主要技術の研究開発ニーズを含む、既存の産業チェーンの各リンクに新しい技術指標と要件を提示しています。各産業リンクの技術は独立して開発することができず、非常に複雑な技術システムです。 パネル、チップ、大量転送、ドライバーICなどの産業チェーンの上流と下流との緊密な連携が必要です。 現時点では、エピタキシーとチップ製造、大量転写、フルカラーディスプレイ、ディスプレイ駆動の 4 つの主要技術をまだ突破する必要があります。
（２）世界的な技術革新の概要
マイクロLEDの開発の歴史をみると、2000年にテキサス工科大学の二人の教授が中心となってマイクロLEDの概念が提唱され、現在、世界的な技術革新の絶頂期を迎えています。 2017 年以降、マイクロ LED 技術の革新活動は大幅に増加しており、現在は爆発的な成長期にあります。 現在、マイクロLEDの世界特許保有数は40,000件以上で、そのうち13,000件以上が有効な特許であり、審査と有効性の比率の合計は80%近くに達しており、この分野の潜在的な特許障壁が高いことを示しています。 ; マイクロ LED 技術革新のより活発な分野の観点から見ると、技術革新のより活発な分野は中国、米国、韓国であり、特許配置の地域は、より活発な市場が中国と米国であることを示しています。州。 世界と中国の主要なイノベーション主体の観点から見ると、中国、韓国、米国の世界をリードするイノベーション主体は、主にディスプレイパネルと光電関連企業において、より多くの優位性を持っている。 世界トップ15企業のうち中国企業が半数以上を占め、BOE、華星光電子は世界トップ5にランクインした。 中国の大手企業に加えて、韓国のサムスンとLGの特許配置は世界の最前線に位置しています。 研究開発機関の種類別の特許件数の分布結果では、スタートアップが最も多く29％に達している。 特許の種類別に見ると、特許数はエピタキシーとチップ構造、大量転写、フルカラーディスプレイ、ディスプレイドライバーの4つの主要技術を中心に分布している。
(3) 4つのキーテクノロジーの開発
エピタキシーとチップ製造: ウエハーからチップまでのマイクロ LED 製造プロセスでは、エピタキシー - ステップエッチング - 導電層の準備 - 電極の準備などのステップを経る必要があります。 エピタキシーおよびチップ構造技術の方向では、より小型のマイクロ LED に関して、現在の業界は主に波長均一性、低エピタキシー欠陥、および量子効率の問題に関心を持っています。 (1) チップが小型化された後は、エピタキシー波長の一貫性に対する高い要件が存在します。欠陥率が低く、従来の LED には 6 ～ 12nm が必要ですが、マイクロ LED チップには 2nm まで縮小する必要があります。 (2) チップサイズはますます小さくなり、切削片の発生量は減少しています。 (3) マイクロ LED の効率は電流密度の増加とともに増加し、ピーク値に達した後は電流密度の増加とともに減少します。 マイクロ LED のサイズが小さくなるにつれて、ピーク効率は高電流密度の方向に移動し、ピーク効率は低下し続けます。
大型転写：マイクロLED発光層とドライバー基板の成長プロセスの違いにより、成長プロセスを通じてディスプレイアレイとドライバーデバイスを一体化することが困難なため、作製したマイクロLED粒子を転写する必要がある駆動回路基板への転写は大掛かりな転写プロセスとなります。 4Kテレビを例にとると、転送が必要な粒度は2,400万粒（4,000×2,000×RGB3色で計算）にもなり、1万粒の転送でも2,400回繰り返す必要があるため、 (1) 転写精度：マイクロ LED を駆動回路基板に移動させる精度は±0.5μm 以内に制御する必要があり、転写装置には高いアライメント精度とドロップポイント精度が必要です。 (2) 転送効率: 従来の LED は 2 個/秒、マイクロ LED は 20,000 個/秒が必要です。 (3) 転送歩留まり: ディスプレイ製品のピクセル誤差許容度は非常に低いため、5 ピクセル未満のフルカラー 1920*1080 ディスプレイを作成したい場合、転送歩留まりは 99.9999% に達する必要があります。
大型転写技術には主に分子力（シール転写）、静電、磁気転写、レーザー転写、自己組織化（流体集合技術）などがあります。 レーザーラージ転写は、比較的小さいサイズを制御でき、応答が速く、転写効率が高く、高度な選択性を備えており、レーザー転写またはラージ転写の主流技術となるでしょう。 現在、国内の大型転写技術と装置は進歩しており、大型レーザー（002008）、リーディングインテリジェンス（300450）、ハイムスターレーザーなどの大型転写装置のメーカーは出荷に成功し、顧客に納入されていますが、国内のレーザー装置は大手からのものです。大規模な大量生産はまだ遠いです。
フルカラーディスプレイ：マイクロLEDでモノクロを実現するのは比較的単純ですが、フルカラーを実現するには比較的複雑で、RGB 3色は赤、緑、青の3色の粒子を転写する必要があります。 マイクロ LED 技術の重要な技術指標として、マイクロ LED フルカラー技術の研究は研究のホットスポットとなっており、マイクロ LED 技術開発の難しさとなっています。 マイクロ LED のカラー化の実現方法には、主に RGB 3 色 LED 方式、UV 青色 LED+ 発光媒体方式、およびレンズ合成方式が含まれますが、いずれにも相応の欠点があります。 比較すると、プロセスフローと材料の点で、UV青色LED+発光媒体方式は他のスキームより単純であり、主にバックライトプレートの代わりに青色LEDを使用し、置き換える発光媒体として量子ドットフィルムまたは蛍光体を使用します。 RGB フィルターを使用してフルカラー表示を完成させます。
ディスプレイドライバー：CMOSやTFTに代表されるアクティブドライバー設計方式がMicro LED技術開発の主流となっています。 マイクロ LED は電流駆動の発光デバイスであり、その駆動モードは一般に PM(パッシブ マトリックス) パッシブ駆動と AM(アクティブ マトリックス) アクティブ駆動に分けられます。 パッシブドライブのため、(1) 大面積生産には適しておらず、大画面ドライブの要件を満たすことができません。 (2) 列走査駆動特性により、列画素の光ムラが生じやすく、表示画像や解像度が制限される。 (3) ピクセルピッチは徐々に縮小しており、従来の PCB ボードのパッシブ駆動モードでは駆動需要を満たすことができず、マイクロ LED の応用には多くの欠点があるため、CMOS と TFT に代表されるアクティブ駆動設計スキームは、マイクロ LED 技術の開発の良きパートナーとなります。 たとえば、CMOS ドライバー技術では、トランスファーボンディング技術を突破するために、現在の業界はマイクロ LED と CMOS ドライバー回路のボンディング技術の探索に重点を置いています。