단말기 수요와 정책은 마이크로 LED 산업의 급속한 발전을 주도합니다

마이크로 LED는 디스플레이 기술 육각형 전사입니다. 인간 정보의 80% 이상이 눈을 통해 얻어지며, 디스플레이 이미지 품질과 모양에 대한 인간의 높은 요구 사항은 디스플레이 기술의 지속적인 개발과 반복을 주도합니다. 컬러 디스플레이 기술은 개발 이후부터 CRT 등의 전환 기술을 경험해 왔으며 현재는 LCD와 OLED 기술이 주도하고 있다. 성능면에서 차세대 디스플레이 기술인 마이크로 LED는 LCD 기술(액정 디스플레이)과 OLED 기술(유기발광다이오드 디스플레이)의 대량 생산에 비해 마이크로 LED가 매우 우수한 성능 우위를 갖고 있다. 거의 모든 기술 차원: 긴 수명, 고대비, 고해상도, 빠른 응답, 더 넓은 시야각 효과, 풍부한 색상을 달성할 수 있으며 디스플레이 기술의 궁극적인 솔루션으로 간주됩니다.

첫째, 비용과 성능이 마이크로 LED 산업을 지속적으로 발전시키고 있습니다.

마이크로 LED는 새로운 LED 소형화 및 매트릭스 기술로, 고밀도 마이크로 크기 LED 어레이를 칩에 통합하는 것을 의미합니다. 이 기술은 LED 장치를 기존 LED보다 100배 작은 50미크론 미만 수준으로 소형화하고 픽셀 피치를 밀리미터에서 미크론으로 줄여 단일 지점 구동 자체 조명을 구현합니다. 따라서 마이크로 LED는 본질적으로 미크론 수준의 LED이고, LED 발광다이오드는 전기에너지를 가시광선으로 변환할 수 있는 고체 반도체 소자이다.

비용 측면에서 보면 4인치 사파이어 에피텍셜 시트는 일반 LED 칩으로 약 60,000장, 미니 LED 칩으로 약 600,000장, 마이크로 LED 칩으로 약 240만 장 이상 절단됩니다. 동일한 웨이퍼에 마이크로 LED의 개수가 대폭 늘어났고, 단일 칩 가격이 낮아지는 것도 비용 측면에서 마이크로 LED의 발전 가능성이 높은 이유 중 하나이다.

성능면에서, 양산되어온 LCD 기술과 OLED 기술에 비해 Micro LED는 긴 수명, 고대비, 고해상도, 빠른 응답, 넓은 시야각 효과 등 거의 모든 기술 측면에서 매우 우수한 성능 이점을 가지고 있습니다. , 풍부한 색상, 초고휘도 및 낮은 전력 소비. 그 중 (1) 얇고 가볍습니다. 마이크로 LED의 크기는 기존 LED의 약 1/100 또는 사람 머리카락 너비의 약 1/10입니다. (2) 낮은 전력 소비: 마이크로 LED는 3원색 하위 픽셀 자체 발광 구조를 사용하며, LCD 디스플레이 프로세스는 백라이트를 편광판에 사용한 다음 컬러 필터에 사용해야 하며, 디스플레이 프로세스는 두 가지에 비해 에너지 손실이 많습니다. , 디스플레이 애플리케이션에서 마이크로 LED의 전력 소비는 LCD 전력 소비의 약 10%입니다. Micro LED는 무기재료를 사용해 발광하므로 발광효율이 더 높고, OLED는 유기재료를 사용해 발광하며, 둘 다 OLED에 비해 발광전력 소모가 낮다. 따라서 동일한 사진의 디스플레이에서 Micro LED의 전력 소비는 OLED보다 낮고 LCD보다 훨씬 낮습니다. (3) 고휘도: Micro LED는 발광부에 질화갈륨(GaN) 무기재료를 사용하며, 밝기는 이론적으로 105cd/m2에 달하며, 이는 LCD의 3,000cd/m2 및 OLED의 1,500cd/m2보다 훨씬 높습니다. 무기 재료의 수명이 길어집니다. (4) 고해상도: 마이크로 LED 디스플레이 기술에서는 각 마이크로 LED가 자체 발광할 수 있는 픽셀이고 단일 마이크로 LED가 미크론 수준이므로 매우 높은 해상도를 구현할 수 있습니다. 마이크로 LED 디스플레이의 픽셀 밀도는 1,500PPI 이상일 수 있으며, LCD 및 OLED 화면 PPI는 약 800PPI 및 400PPI입니다.

요약하자면, 비용과 성능은 마이크로 LED 산업의 지속적인 발전을 촉진할 것입니다.

둘째, 마이크로 LED 애플리케이션 시나리오

마이크로 LED는 미래의 궁극적인 디스플레이 기술입니다. 비용과 프로세스 성숙도를 고려하지 않고 디스플레이의 성능과 표시기 데이터만 보면 마이크로 LED는 의심할 여지 없이 최고의 디스플레이 기술이며 마이크로 LED의 모든 성능 표시기는 다른 디스플레이 기술보다 우수합니다. 애플리케이션 시나리오 측면에서 마이크로 LED는 모든 규모의 제품 애플리케이션에 적합합니다. 기술적 타당성과 경제성 측면에서 마이크로 LED는 3인치 이하 소형 디스플레이와 100인치 이상 대형 디스플레이에 가장 먼저 적용될 예정이다.
3인치 이하 소형 디스플레이에서는 마이크로 LED가 OLED 시장을 잠식할 전망이다. 소형 디스플레이는 시청 거리가 매우 가깝고 디스플레이 효과 요구 사항이 높으며 모바일 단말기에서는 소형 디스플레이가 일반적이며 전력 소비 요구 사항도 높습니다. 따라서 OLED는 낮은 전력 소모와 우수한 디스플레이 효과라는 장점으로 소형 디스플레이의 주류 기술이 되었지만, 이 분야에서 OLED의 시장 점유율은 앞으로 Micro LED에 의해 잠식될 것입니다. 한편, Micro LED는 디스플레이 효과, 전력 소비 등 모든 디스플레이 성능 지표에서 OLED보다 우수합니다. 반면, 마이크로 LED의 경우 화면 크기가 작고 총 픽셀 수가 적기 때문에 가격도 상대적으로 통제 가능합니다. 현재 기술 관점에서 볼 때 Micro LED는 칩 소형화를 달성할 수 있었지만 대규모 이전에 여전히 병목 현상이 존재하고 수율이 상대적으로 제한되어 있습니다. 현재 다양한 회사에서 제어 가능을 기반으로 기술 개선 솔루션을 모색하고 있습니다. 소송 비용.

3~99인치 디스플레이 측면에서 마이크로 LED는 단시간에 LCD와 OLED의 시장점유율을 잠식하기 어렵다. 디스플레이는 가시 거리가 가까우므로 칩 크기와 피치에 대한 요구 사항이 높아지는 동시에 화면 크기도 커지고 총 픽셀 수도 많아지므로 3~99인치 디스플레이에 적용된 Micro LED는 화면 밝기를 대폭 증가시켰습니다. 기술적 난이도와 공정 비용, 그리고 이 범위의 마이크로 LED 기술 성숙도를 개선해야 합니다. 그리고 가장 중요한 것은 이 크기 영역이 소형 OLED이든 대형 LCD이든 비용 우위가 확고히 흔들리지 않는다는 것입니다. 앞으로도 마이크로 LED의 지속적인 원가 절감과 지속적인 기술 개선으로 마이크로 LED와 LCD, OLED의 원가와 공정 난이도의 격차는 더욱 좁아질 것이다.

100인치 이상의 대형 디스플레이에서는 마이크로 LED가 유리하다. 100인치 이상의 디스플레이 시장에서 LCD는 대형 패널의 생산 수율과 절단 효율로 인해 제약을 받게 될 것이며, OLED 역시 대형화, 저수율 이후 증착 공정으로 인해 원가 절감을 이루기 어려울 것이다. 따라서 과거에는 디스플레이 효과가 더 일반적인 프로젝터였으며 LCD 접합 스크린은 100인치 이상의 디스플레이 시장에서 지배적인 위치를 차지했습니다. 그러나 마이크로 LED의 원가가 크게 하락하면서 풀스크린 접합, 풍부한 색상, 고휘도 등 많은 장점을 지닌 프로젝터, LCD 접합 등 기존 디스플레이 제품의 교체가 가속화될 전망이다.

3대 마이크로 LED 산업 시장 규모

현재 마이크로 LED 칩은 안경, TVS 등 디스플레이 장면에 제품화됐지만, 대부분의 제품은 가격 제한으로 인해 아직 컨셉 단계에 머물고 아직 대규모 시장 진출을 이루지 못했다. 향후에는 Micro LED 핵심기술의 획기적인 발전과 점진적인 성숙으로 상용화 및 산업화 비용을 대폭 절감하고, 칩 수율도 더욱 향상시켜, Micro LED가 대형화, 응용화에 앞장설 것으로 기대된다. 소형 디스플레이 시나리오. 출하량 측면에서 볼 때 스마트워치 및 고급 TV 시장 수요의 영향을 받는 Omdia 예측 데이터에 따르면 전 세계 마이크로 LED 디스플레이 출하량은 2020년 미미한 수준에서 2027년에는 1,600만 개 이상으로 급증할 것으로 예상됩니다. 시장 수요 잠재력이 크다. Jibang Consulting의 예측에 따르면 시장 규모로 볼 때 마이크로 디스플레이 응용 시나리오에서 2026년에 마이크로 LED AR 안경 디스플레이 칩의 생산량은 4,100만 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 대형 디스플레이 시나리오에서 마이크로 LED 대형 디스플레이 칩의 생산량은 2022년 5,400만 달러에 도달하고 2026년에는 45억 달러로 증가해 연평균 복합 성장률 204%를 기록할 것으로 예상됩니다. 시장 성장의 여지가 있습니다.

넷째, 단말기 수요와 정책이 산업의 급속한 발전을 주도한다.

(1) 단말기 수요의 변화는 산업 발전을 이끄는 주요 요인이다

2009년부터 LED 칩 산업은 LED 제품에 대한 새로운 수요로 인해 세 번의 주기를 경험했습니다. 첫 번째 단계는 2013년 이전으로 평면 패널 TV와 휴대폰 백라이트가 LED 산업의 발전을 주도하는 LED의 주요 수요가 되고, 두 번째 단계는 2013년부터 2014년까지이며, 2013년에는 유럽 연합에서 흰색 직조 조명을 완전히 금지했습니다. LED 전문 조명 및 경관 조명이 증가하고 해안 LED 수출이 증가하여 LED 산업 발전을 주도합니다. 세 번째 단계는 2015년부터 2020년까지 정부 명령 센터, 보안, 질병 관리, 비즈니스, 야간 여행 및 기타 분야에서 널리 사용되는 소형 피치 LED, 대량 교체 LCD 및 DLP의 급속한 개발을 통해 산업 발전; 네 번째 단계는 2020년 이후 LED 디스플레이 업계의 고화질 디스플레이와 저전력 소비에 대한 요구가 점차적으로 마이크로 LED의 보급률을 높이는 것입니다. 최고의 디스플레이 기술로서 원가절감과 기술진보를 통해 Micro LED는 장수명, 고명암비, 고해상도, 풍부한 색상, 초고휘도, 저소비전력 등 우수한 성능으로 Micro LED의 산업화 과정을 가속화할 것이며, 업계가 다시 상승 사이클에 진입하도록 이끌 것으로 예상됩니다.

(2) 국가 정책의 강력한 지원이 산업 발전을 이끌 것입니다.

차세대 디스플레이 신기술로 마이크로 LED가 많은 주목을 받고 있다. 최근 몇 년간 국가는 2021년 '14차 5개년 계획' 등 다양한 지원 정책을 발표해 3세대 반도체가 중요한 콘텐츠임을 분명히 밝히고, 해당 프로젝트는 신기술 등 핵심 기술을 다루고 있다. 에너지 자동차, 빅데이터 애플리케이션, 5G 통신, 마이크로 LED 디스플레이. 산업정보기술부 및 기타 5개 부서는 마이크로 LED 및 기타 마이크로 디스플레이 기술 업그레이드를 촉진하는 데 중점을 둘 '가상 현실 및 산업 애플리케이션 통합 개발 실행 계획(2022~2026)'을 발표했습니다. 산업부와 재무부는 미니 LED, 마이크로 LED 및 기타 기술을 적극적으로 개발하기 위해 제안된 "전자 정보 제조 산업 2023~2024 안정적인 성장 실행 계획"을 발표했습니다. 산업정보기술부와 기타 7개 부서는 마이크로 LED, 레이저, 인쇄 및 기타 디스플레이 기술을 돌파하고 대규모 적용을 달성할 것을 제안하는 "미래 산업 혁신 및 발전 촉진에 대한 구현 의견"을 공동으로 발표했습니다. 위의 정책 및 규정의 발표와 시행은 마이크로 LED 산업 발전을 위한 더 나은 개발 환경을 제공하는 마이크로 LED 산업 발전에 대한 중국 정부의 긍정적인 태도와 확고한 의지를 보여줍니다. 마이크로 LED는 국가의 정책적 지원을 받아 비약적인 발전을 이룰 것으로 기대된다.

다섯째, 마이크로 LED 산업의 발전

(1) 산업 발전 현황

마이크로 LED 제조 공정은 주로 LED 에피택셜 웨이퍼 성장, 마이크로 LED 칩 생산, 드라이버 백플레인(TFT 드라이버 또는 마이크로 IC 드라이버) 생산, 4개 부품의 대규모 전송을 포함하는 기존 기술 단계와 유사합니다. 우선, LED 구조 설계는 박막, 마이크로, 어레이이며, 마이크로 LED는 많은 기술을 사용하여 회로 기판으로 전사되며 기판은 단단하고 부드럽고 투명하며 불투명한 기판이 될 수 있습니다. 물리증착 공정을 이용하여 보호층과 상부전극을 완성하면 상부기판을 패키징하여 간단한 마이크로 LED 디스플레이를 완성할 수 있다. 그러나 칩의 소형화로 인해 마이크로 LED 제조 기술은 소재, 공정, 기술 등 다양한 분야의 핵심 기술에 대한 연구 개발 요구를 포함해 기존 산업 체인의 각 링크에 대한 새로운 기술 지표 및 요구 사항을 제시하고 있습니다. 장비와 각 산업연계의 기술은 독립적으로 개발될 수 없으며 매우 복잡한 기술 시스템이다. 패널, 칩, 대용량 전송, 드라이버 IC 등 산업체인의 업스트림과 다운스트림과 긴밀한 협력이 필요하다. 현재 에피택시 및 칩 제조, 대량 전사, 풀 컬러 디스플레이, 디스플레이 구동 등 4가지 핵심 기술은 여전히 ​​돌파해야 합니다.

(2) 글로벌 기술혁신 개요

마이크로 LED의 발전사를 보면, 2000년 텍사스 공대 교수 2명이 마이크로 LED 개념을 주도적으로 제안한 이후 현재는 글로벌 기술 혁신의 정점에 접어들었다. 2017년부터 마이크로 LED 기술 혁신 활동이 크게 증가해 현재는 폭발적인 성장세를 보이고 있다. 현재 Micro LED는 40,000개 이상의 글로벌 특허 보유량을 보유하고 있으며 그 중 13,000개 이상이 유효한 특허이며 심사 비율과 유효성 비율의 합이 80%에 가까워 이 분야의 잠재적 특허 장벽이 높다는 것을 나타냅니다. ; 마이크로 LED 기술 혁신이 보다 활발한 영역으로 볼 때, 기술 혁신이 보다 활발한 영역은 중국, 미국, 한국이며, 특허 배치 영역은 중국과 미국이 보다 활발한 시장임을 보여줍니다. 주. 세계와 중국의 주요 혁신 주체의 관점에서 볼 때 중국, 한국, 미국의 글로벌 선도 혁신 주체는 주로 디스플레이 패널과 광전 기업에서 더 많은 이점을 가지고 있습니다. 세계 15대 기업 중 중국 기업이 절반 이상을 차지했으며 BOE, 화싱광전자공학(Huaxing Optoelectronics)이 세계 5위를 차지했다. 중국의 주요 기업 외에도 한국의 삼성과 LG 특허 레이아웃은 세계 선두에 있습니다. 연구개발기관 유형별 특허건수 분포를 보면 스타트업이 29%로 가장 높다. 특허 유형별로 보면 에피택시와 칩 구조, 대량 전사, 풀 컬러 디스플레이, 디스플레이 드라이버 등 4대 핵심 기술을 중심으로 특허 수가 분포되어 있다.

(3) 4대 핵심기술 개발

에피택시 및 칩 제조: 웨이퍼에서 칩까지 마이크로 LED 제조 공정은 에피택시 - 단계 식각 - 전도성 층 준비 - 전극 준비 등의 단계를 거쳐야 합니다. 에피택시 및 칩 구조 기술 방향에서 소형 마이크로 LED의 경우 현재 업계에서는 주로 파장 균일성, 낮은 에피택시 결함 및 양자 효율 문제에 관심을 두고 있습니다. (1) 칩이 소형화되면 에피택시 파장 일관성에 대한 요구 사항이 높아집니다. 결함률이 낮기 때문에 기존 LED에는 6~12nm가 필요하고 마이크로 LED 칩은 2nm로 줄여야 합니다. (2) 칩 크기가 점점 작아지고 절단 조각 수율이 감소하고 있습니다. (3) 마이크로 LED의 효율은 전류 밀도가 증가함에 따라 증가하고, 피크 값에 도달한 후에는 전류 밀도가 증가함에 따라 감소합니다. Micro LED의 크기가 작아질수록 피크 효율은 전류밀도가 높은 방향으로 이동하며, 피크 효율은 계속해서 감소합니다.

대규모 전사 : Micro LED 발광층과 드라이버 기판의 성장 과정의 차이로 인해 성장 과정을 통해 디스플레이 어레이와 드라이버 소자를 통합하기 어렵기 때문에 만들어진 Micro LED 입자를 전사하는 것이 필요함 대규모 전송 프로세스인 드라이브 회로 기판에. 4K TV를 예로 들면, 전송해야 하는 그레인은 2,400만 개(4,000 x 2,000 x RGB 3색으로 계산)에 달하며, 10,000개를 전송하더라도 2,400번 반복해야 하므로 거대한 전사는 세 가지 주요 문제에 직면합니다. (1) 전사 정확도: 마이크로 LED를 구동 회로 기판으로 이동하는 정확도는 ±0.5μm 이내로 제어되어야 하며 전사 장치는 높은 정렬 정확도와 적점 정확도를 가져야 합니다. (2) 전송 효율: 기존 LED는 초당 2개, 마이크로 LED는 초당 20,000개가 필요합니다. (3) 전송 수율: 디스플레이 제품의 픽셀 오류 허용 범위는 매우 낮습니다. 풀 컬러 1920*1080 디스플레이의 5픽셀 미만을 생성하려면 전송 수율이 99.9999%에 도달해야 합니다.

대형 전사 기술에는 주로 분자력(밀봉 전사), 정전기 전사, 자기 전사, 레이저 전사, 자기 조립(유체 조립 기술) 등이 포함됩니다. 레이저 대형 전사는 비교적 작은 크기, 빠른 응답, 높은 전사 효율을 제어할 수 있으며 선택도가 높으며 레이저 전사는 대형 전사의 주류 기술이 될 것입니다. 현재 국내 대형 전사 기술 및 장비의 발전으로 대형 레이저(002008), 리딩 인텔리전스(300450), 하이무 스타 레이저 등 대형 전사 장비 제조사들이 성공적으로 출하, 고객에게 납품하고 있으나 국내 대형 레이저 장비는 대규모 대량생산은 아직 멀었습니다.

풀 컬러 디스플레이: 단색을 구현하는 마이크로 LED는 상대적으로 간단하지만, 풀 컬러를 구현하려면 RGB 3가지 색상이 빨간색, 녹색, 파란색의 3가지 색상 입자를 전송해야 합니다. 마이크로 LED 기술의 핵심 기술 지표로서 마이크로 LED 풀 컬러 기술에 대한 연구는 마이크로 LED 기술 개발의 연구 핫스팟이자 어려움이 되었습니다. 마이크로 LED 컬러화 구현 방식에는 주로 RGB 3색 LED 방식, UV 청색 LED+ 발광 매체 방식, 렌즈 합성 방식 등이 있는데 모두 상응하는 단점이 있다. 이에 비해 공정 흐름 및 재료 측면에서 UV 청색 LED+ 발광 매체 방식은 다른 방식보다 간단하며 주로 청색 LED를 사용하여 백라이트 플레이트를 대체하고 양자점 필름 또는 형광체를 발광 매체로 사용합니다. 풀 컬러 디스플레이를 완성하는 RGB 필터.

디스플레이 드라이버: CMOS와 TFT로 대표되는 액티브 드라이버 설계 방식이 마이크로 LED 기술 개발의 주류가 되었습니다. 마이크로 LED는 전류 구동형 발광소자로, 구동 모드는 크게 PM(Passive Matrix) 패시브 구동과 AM(Active Matrix) 액티브 구동으로 구분된다. 수동 구동으로 인해: (1) 대면적 생산에 적합하지 않으며 대형 화면 구동 요구 사항을 충족할 수 없습니다. (2) 열 스캐닝 구동 특성, 불균일한 열 픽셀 빛을 생성하기 쉽고 결과적으로 디스플레이 이미지와 해상도가 제한됩니다. (3) 픽셀 피치가 점차 줄어들고 있으며 기존 PCB 보드의 수동 구동 모드는 구동 수요를 충족할 수 없으며 마이크로 LED 적용에 많은 단점이 있으므로 CMOS 및 TFT로 대표되는 능동 구동 설계 방식은 마이크로 LED 기술 발전의 좋은 동반자가 되겠습니다. 예를 들어 CMOS 드라이버 기술에서는 트랜스퍼 본딩 기술을 돌파하기 위해 현재 업계에서는 마이크로 LED와 CMOS 드라이버 회로의 본딩 기술 탐색에 주력하고 있다.