Zapotrzebowanie na terminale i polityka napędzają szybki rozwój branży Micro LED

Micro LED to sześciokątny wojownik w technologii wyświetlania. Ponad 80% informacji przekazywanych przez człowieka uzyskuje się za pomocą oczu, a wyższe wymagania człowieka dotyczące jakości i kształtu wyświetlanego obrazu napędzają ciągły rozwój i udoskonalanie technologii wyświetlania. Technologia wyświetlaczy kolorowych od czasu swojego rozwoju przeszła technologie przejściowe, takie jak CRT, a obecnie jest zdominowana przez technologię LCD i OLED. Pod względem wydajności Micro LED jako technologia wyświetlaczy nowej generacji, w porównaniu z produkcją na dużą skalę technologii LCD (wyświetlacz ciekłokrystaliczny) i technologii OLED (wyświetlacz z organicznymi diodami elektroluminescencyjnymi), Micro LED ma bardzo dużą przewagę wydajnościową w prawie każdy wymiar techniczny: długa żywotność, wysoki kontrast, możliwość osiągnięcia wysokiej rozdzielczości, szybka reakcja, szersze widzenie. Efekt kąta, bogata kolorystyka, jest uważana za najlepsze rozwiązanie technologii wyświetlania.

Po pierwsze, przemysł Micro LED stale się rozwija, napędzany kosztami i wydajnością

Micro LED to nowa technologia miniaturyzacji i matrycy LED, która odnosi się do integracji mikroukładu LED o dużej gęstości w chipie. Technologia umożliwia samozaświecanie z napędem jednopunktowym poprzez miniaturyzację jednostki LED do poziomu mniejszego niż 50 mikronów, czyli ~100 razy mniejszego niż tradycyjne diody LED i zmniejszającego rozstaw pikseli z milimetra do mikrona. Dlatego też dioda Micro LED to zasadniczo dioda LED o poziomie mikronowym, a dioda elektroluminescencyjna LED to półprzewodnikowe urządzenie półprzewodnikowe, które może przekształcać energię elektryczną w światło widzialne.

Jeśli chodzi o koszt, 4-calowy arkusz epitaksjalny szafirowy, pocięty na zwykłe chipy LED około 60 000, pocięty na chipy Mini LED około 600 000, pocięty na chipy Micro LED w ponad 2,4 miliona. W tym samym waflu znacznie zwiększono liczbę Micro LED, a koszt pojedynczego chipa jest niższy, co jest również jednym z powodów potencjału rozwojowego Micro LED z punktu widzenia kosztów.

Pod względem wydajności w porównaniu z technologią LCD i technologią OLED, które są produkowane masowo, Micro LED ma bardzo dobre zalety w niemal każdym aspekcie technicznym, takim jak długa żywotność, wysoki kontrast, wysoka rozdzielczość, szybka reakcja, szerszy efekt kąta widzenia , bogaty kolor, bardzo wysoka jasność i mniejsze zużycie energii. Wśród nich są (1) cienkie i lekkie: rozmiar Micro LED wynosi około 1/100 tradycyjnej diody LED, czyli około 1/10 szerokości ludzkiego włosa; (2) Niski pobór mocy: MikroLED wykorzystuje trzy subpikselowe struktury samoświecące w trzech podstawowych kolorach, proces wyświetlania LCD wymaga podświetlenia polaryzatora, a następnie filtra barwnego, proces wyświetlania wiąże się z dużymi stratami energii w porównaniu z dwoma w przypadku zastosowania wyświetlacza zużycie energii Micro LED wynosi około 10% zużycia energii przez wyświetlacz LCD. Micro LED wykorzystuje materiały nieorganiczne do emitowania światła, które ma wyższą skuteczność świetlną, a OLED wykorzystuje materiały organiczne do emitowania światła, a pobór mocy świetlnej w obu przypadkach jest niższy niż w przypadku OLED. Dlatego przy wyświetlaniu tego samego obrazu pobór mocy przez diodę Micro LED jest niższy niż w przypadku OLED i znacznie niższy niż w przypadku LCD; (3) Wysoka jasność: dioda Micro LED wykorzystuje w części świecącej materiał nieorganiczny z azotku galu (GaN), a jej jasność może teoretycznie osiągnąć 105 cd/m2, czyli znacznie więcej niż 3000 cd/m2 w przypadku wyświetlaczy LCD i 1500 cd/m2 w przypadku OLED, a żywotność materiałów nieorganicznych jest dłuższa; (4) Wysoka rozdzielczość: w technologii wyświetlania Micro LED każda Micro LED to piksel, który może samoświecić, a pojedyncza Micro LED ma wielkość mikronową, dzięki czemu może osiągnąć bardzo wysoką rozdzielczość. Gęstość pikseli wyświetlacza Micro LED może przekraczać 1500 PPI, podczas gdy PPI ekranu LCD i OLED wynosi około 800 PPI i 400 PPI.

Podsumowując, koszt i wydajność będą sprzyjać ciągłemu rozwojowi branży Micro LED.

Po drugie, scenariusze zastosowań Micro LED

Micro LED to najnowocześniejsza technologia wyświetlania przyszłości. Jeśli nie bierzesz pod uwagę kosztów i dojrzałości procesu, spójrz jedynie na wydajność i dane wskaźników wyświetlacza. Micro LED jest niewątpliwie najlepszą technologią wyświetlania. Micro LED wszystkie wskaźniki wydajności są lepsze niż w przypadku innych technologii wyświetlania. Jeśli chodzi o scenariusze zastosowań, Micro LED nadaje się do zastosowań produktowych dowolnej wielkości. Z punktu widzenia wykonalności technicznej i ekonomicznej, Micro LED będzie pierwszą technologią zastosowaną w wyświetlaczach o małych rozmiarach poniżej 3 cali i wyświetlaczach o dużych rozmiarach powyżej 100 cali.
Jeśli chodzi o małe wyświetlacze o przekątnej poniżej 3 cali, Micro LED osłabi rynek OLED. Mały wyświetlacz, ponieważ odległość oglądania jest bardzo mała, wymagania dotyczące efektu wyświetlania są wysokie, a mały wyświetlacz jest powszechny w terminalach mobilnych, a także ma wysokie wymagania dotyczące zużycia energii. Dlatego OLED stał się główną technologią dla wyświetlaczy o małych rozmiarach, z jej zaletami w postaci niskiego zużycia energii i dobrego efektu wyświetlania, ale udział OLED w rynku w tej dziedzinie zostanie w przyszłości zmniejszony przez Micro LED. Z jednej strony Micro LED przewyższa OLED we wszystkich wskaźnikach wydajności wyświetlacza, takich jak efekt wyświetlania i zużycie energii; Z drugiej strony, ze względu na mały rozmiar ekranu i małą całkowitą liczbę pikseli, koszt Micro LED jest również stosunkowo łatwy do kontrolowania. Z obecnego punktu widzenia technologii firma Micro LED była w stanie osiągnąć miniaturyzację chipów, ale nadal istnieją pewne wąskie gardła w ogromnym transferze, wydajność jest stosunkowo ograniczona, obecnie różne firmy badają rozwiązania udoskonalenia technicznego w oparciu o kontrolowane koszty.

Jeśli chodzi o wyświetlacze o przekątnej 3–99 cali, firmie Micro LED trudno jest w krótkim czasie zmniejszyć udział w rynku wyświetlaczy LCD i OLED. Ze względu na bliską odległość oglądania wyświetlacz ma wyższe wymagania dotyczące rozmiaru i wysokości chipa, podczas gdy rozmiar ekranu staje się większy, a całkowita liczba pikseli również wzrasta, dlatego dioda Micro LED zastosowana w wyświetlaczu o przekątnej 3–99 cali znacznie zwiększyła trudność techniczna i koszt procesu, a także dojrzałość technologii Micro LED w tym zakresie wymaga poprawy. A najważniejsze jest to, że przy takim rozmiarze obszaru, niezależnie od tego, czy jest to mały OLED, czy duży wyświetlacz LCD, jego zalety kosztowe są niezachwiane. W przyszłości, wraz z ciągłą redukcją kosztów Micro LED i ciągłym doskonaleniem technologii, różnica pomiędzy kosztem i trudnością procesu Micro LED oraz LCD i OLED będzie jeszcze bardziej zmniejszona.

Jeśli chodzi o duże wyświetlacze o przekątnej ponad 100 cali, zaletą Micro LED jest. Na rynku wyświetlaczy o przekątnej powyżej 100 cali wyświetlacze LCD będą ograniczone wydajnością produkcji i wydajnością cięcia paneli wielkoformatowych, a OLED jest również trudny do osiągnięcia obniżenia kosztów ze względu na proces parowania po dużych rozmiarach, niższa wydajność , więc w przeszłości efekt wyświetlania był bardziej ogólny, a projektory i ekrany LCD do łączenia zajmowały dominującą pozycję na rynku wyświetlaczy o przekątnej ponad 100 cali. Jednak wraz ze znacznym spadkiem kosztów Micro LED przyspieszy to wymianę tradycyjnych produktów wyświetlających, takich jak projektory i łączenie wyświetlaczy LCD, z wieloma zaletami, takimi jak łączenie na pełnym ekranie, bogata kolorystyka i wysoka jasność.

Wielkość rynku branży trzech mikroLED

Obecnie chipy Micro LED są produkowane w scenach wystawowych, takich jak okulary i telewizory, ale większość produktów jest wciąż w fazie koncepcyjnej ze względu na ograniczenia cenowe i nie osiągnęła jeszcze promocji rynkowej na dużą skalę. W przyszłości, wraz z przełomem i stopniową dojrzałością kluczowej technologii Micro LED, koszty komercjalizacji i industrializacji zostaną znacznie obniżone, a wydajność chipów ulegnie dalszej poprawie. Oczekuje się, że Micro LED przejmie wiodącą rolę w stosowaniu dużych rozmiarów i scenariusze wyświetlania o małych rozmiarach. Z punktu widzenia wysyłki, zgodnie z danymi prognozy Omdia, na które wpływ ma popyt na inteligentne zegarki i telewizory z najwyższej półki, globalne dostawy wyświetlaczy Micro LED wzrosną z znikomego poziomu w 2020 r. do ponad 16 milionów sztuk w 2027 r., a Potencjał popytu rynkowego jest duży. Na podstawie prognozy Jibang Consulting, na podstawie wielkości rynku, w scenariuszu zastosowań mikrowyświetlaczy, oczekuje się, że w 2026 r. wartość wyjściowa chipów wyświetlających okulary Micro LED AR wyniesie aż 41 milionów dolarów amerykańskich; W scenariuszu dotyczącym wyświetlaczy wielkoformatowych wartość wyjściowa chipów do dużych wyświetlaczy Micro LED osiągnie 54 miliony dolarów w 2022 r. i oczekuje się, że wzrośnie do 4,5 miliarda dolarów w 2026 r., przy złożonej rocznej stopie wzrostu wynoszącej 204%, a jest mnóstwo miejsca na rozwój rynku.

Po czwarte, popyt końcowy i polityka napędzają szybki rozwój branży

(1) Zmiany w popycie terminali są głównymi czynnikami napędzającymi rozwój branży

Od 2009 roku branża chipów LED doświadczyła trzech cykli, a każdy z nich wynikał z nowego popytu na produkty LED. Pierwszy etap przypada na rok 2013, podświetlenie telewizora z płaskim ekranem i telefonu komórkowego jako główne zapotrzebowanie na diody LED w celu napędzania rozwoju branży LED, drugi etap to lata 2013–2014, 2013, Unia Europejska całkowicie zakazała białych tkanych świateł, popyt na Rośnie poziom profesjonalnego oświetlenia LED i oświetlenia krajobrazu, rośnie eksport diod LED na wybrzeżach, co napędza rozwój branży LED; Trzeci etap to lata 2015–2020, szybki rozwój diod LED o małym skoku, duża liczba wymiennych wyświetlaczy LCD i DLP, szeroko stosowanych w rządowych centrach dowodzenia, bezpieczeństwie, kontroli chorób, biznesie, nocnych podróżach i innych dziedzinach, napędzając w ten sposób rozwój przemysłu; Czwarty etap polega na tym, że po 2020 r. zapotrzebowanie branży wyświetlaczy LED na wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości i niskim zużyciu energii stopniowo zwiększało współczynnik penetracji Micro LED. Jako najlepsza technologia wyświetlania, charakteryzująca się redukcją kosztów i postępem technologicznym, Micro LED przyspieszy proces industrializacji Micro LED dzięki doskonałej wydajności, takiej jak długa żywotność, wysoki kontrast, wysoka rozdzielczość, bogata kolorystyka, bardzo wysoka jasność i mniejsze zużycie energii, i oczekuje się, że doprowadzi branżę do ponownego wejścia w cykl wzrostowy.

(2) Silne wsparcie ze strony polityk krajowych będzie motorem rozwoju branży

Jako następna generacja nowej technologii wyświetlania, Micro LED przyciąga wiele uwagi. W ostatnich latach państwo ogłosiło szereg polityk wspierających, jak np. „14. Plan Pięcioletni” w 2021 r., w którym wyraźnie stwierdza się, że półprzewodniki trzeciej generacji stanowią ważną treść, a projekt obejmuje kluczowe technologie, takie jak nowe pojazdy energetyczne, aplikacje Big Data, komunikacja 5G i wyświetlacze Micro LED. Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych oraz pięć pozostałych departamentów wydało „Plan działania na rzecz rozwoju integracji rzeczywistości wirtualnej i aplikacji branżowych (2022–2026)”, który będzie skupiał się na promowaniu ulepszeń technologii Micro LED i innych mikrowyświetlaczy; Ministerstwo Przemysłu i Ministerstwo Finansów wydały „Plan działania na rzecz stabilnego wzrostu przemysłu informacji elektronicznej na lata 2023–2024”, w którym zaproponowano energiczny rozwój technologii Mini LED, Micro LED i innych; Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych oraz siedem pozostałych departamentów wspólnie wydało „Opinie wdrożeniowe dotyczące promowania przyszłych innowacji i rozwoju przemysłu”, w których zaproponowano przełamanie technologii Micro LED, laserowych, drukarskich i innych wyświetlaczy i osiągnięcie zastosowania na dużą skalę. Opublikowanie i wdrożenie powyższych polityk i przepisów pokazuje pozytywne nastawienie i zdecydowaną determinację chińskiego rządu w rozwoju branży Micro LED, co zapewnia lepsze warunki rozwojowe dla rozwoju branży Micro LED. Oczekuje się, że firma Micro LED skorzysta ze wsparcia politycznego państwa i zapoczątkuje szybki rozwój.

Pięć, rozwój branży Micro LED

(1) Stan rozwoju przemysłu

Proces produkcji Micro LED jest podobny do konwencjonalnych etapów technicznych i obejmuje głównie wzrost płytek epitaksjalnych LED, produkcję chipów Micro LED, produkcję płyty montażowej sterownika (sterownik TFT lub sterownik Micro IC), duży transfer czterech części. Przede wszystkim konstrukcja struktury LED to cienka folia, mikro, macierz, a następnie mikro dioda LED jest przenoszona na płytkę drukowaną przy użyciu dużej ilości technologii, podłoże może być twarde, miękkie, przezroczyste, nieprzezroczyste podłoże; Wykorzystując proces osadzania fizycznego w celu uzupełnienia warstwy ochronnej i górnej elektrody, można spakować górne podłoże i wykonać prosty wyświetlacz Micro LED. Jednak ze względu na miniaturyzację chipa, technologia produkcji Micro LED postawiła nowe wskaźniki techniczne i wymagania dla każdego ogniwa istniejącego łańcucha przemysłowego, w tym potrzeby badawczo-rozwojowe kluczowych technologii w różnych dziedzinach, takich jak materiały, procesy i sprzętu, a technologii każdego ogniwa przemysłowego nie da się samodzielnie opracować, jest to bardzo złożony system techniczny. Konieczna jest ścisła współpraca z górnym i końcowym etapem łańcucha przemysłowego, takiego jak panele, chipy, masywne transfery i układy sterujące. Obecnie cztery kluczowe technologie: epitaksja i produkcja chipów, masowy transfer, pełnokolorowy wyświetlacz i napęd wyświetlacza nadal wymagają przełamania.

(2) Przegląd globalnych innowacji technologicznych

Z punktu widzenia historii rozwoju Micro LED, dwóch profesorów z Texas Tech University objęło wiodącą rolę w zaproponowaniu koncepcji Micro LED w 2000 roku, a obecnie wkroczyło to w szczytowy okres globalnych innowacji technologicznych. Od 2017 roku aktywność innowacyjna technologii Micro LED znacznie wzrosła i obecnie znajduje się ona w okresie gwałtownego wzrostu. Obecnie Micro LED posiada globalną rezerwę patentową wynoszącą ponad 40 000, z czego ponad 13 000 to ważne patenty, a suma współczynnika badania i ważności jest bliska 80%, co wskazuje, że potencjalne bariery patentowe w tej dziedzinie są wysokie ; Z punktu widzenia bardziej aktywnego obszaru innowacji technologii Micro LED, bardziej aktywny obszar innowacji technologicznych występuje w Chinach, Stanach Zjednoczonych i Korei Południowej, a region układu patentowego pokazuje, że bardziej aktywny rynek występuje w Chinach i Stanach Zjednoczonych Stany. Z punktu widzenia głównych podmiotów innowacyjnych na świecie i w Chinach, wiodące na świecie podmioty innowacyjne w Chinach, Korei Południowej i Stanach Zjednoczonych mają więcej przewag, głównie w przedsiębiorstwach produkujących panele wyświetlaczy i fotoelektryczne. Wśród 15 największych przedsiębiorstw na świecie ponad połowę stanowiły przedsiębiorstwa chińskie, BOE, Huaxing Optoelectronics w pierwszej piątce na świecie; Oprócz wiodących przedsiębiorstw w Chinach, południowokoreański układ patentowy Samsung i LG plasuje się w czołówce świata. Z wyników rozkładu liczby patentów według rodzaju instytucji B+R najwięcej jest start-upów, sięgających 29%. Z punktu widzenia rodzajów patentów liczba patentów dotyczy czterech kluczowych technologii: epitaksji i struktury chipa, masywnego transferu, pełnokolorowego wyświetlacza i sterownika wyświetlacza.

(3) Rozwój czterech kluczowych technologii

Epitaksja i produkcja chipów: Proces produkcji Micro LED od płytki do chipa musi obejmować takie etapy, jak epitaksja – trawienie etapowe – przygotowanie warstwy przewodzącej – przygotowanie elektrody. Jeśli chodzi o technologię epitaksji i struktury chipów, w przypadku mniejszych diod Micro LED obecny przemysł koncentruje się głównie na jednorodności długości fali, niskim defektze epitaksji i problemach z wydajnością kwantową: (1) Po miniaturyzacji chipa istnieją wysokie wymagania dotyczące spójności długości fali epitaksji i niski wskaźnik defektów, tradycyjna dioda LED wymaga 6-12 nm, chip Micro LED należy zmniejszyć do 2 nm; (2) Rozmiar wiórów staje się coraz mniejszy, a wydajność fragmentów tnących maleje; (3) Sprawność Micro LED będzie wzrastać wraz ze wzrostem gęstości prądu i spadać wraz ze wzrostem gęstości prądu po osiągnięciu wartości szczytowej. W miarę zmniejszania się rozmiaru diody Micro LED szczytowa wydajność przesuwa się w kierunku dużej gęstości prądu, a szczytowa wydajność nadal maleje.

Duży transfer: Ze względu na różnicę w procesie wzrostu warstwy świetlnej Micro LED i podłoża sterownika, trudno jest zintegrować matrycę wyświetlacza i urządzenie sterujące w procesie wzrostu, dlatego konieczne jest przeniesienie wytworzonych ziaren Micro LED do płytki drukowanej napędu, co jest dużym procesem transferu. Biorąc za przykład telewizor 4K, ziarna, które należy przenieść, wynoszą aż 24 miliony (obliczone w trzech kolorach 4000 x 2000 x RGB), nawet jeśli transfer wynosi 10 000, trzeba go powtórzyć 2400 razy, więc Ogromny transfer wiąże się z trzema głównymi problemami: (1) dokładność transferu: Dokładność przeniesienia mikro diody LED na płytkę drukowaną napędu musi być kontrolowana w zakresie ±0,5 μm, a urządzenie przenoszące musi charakteryzować się dużą dokładnością wyrównania i dokładnością punktu kroplenia. (2) Wydajność transferu: tradycyjna dioda LED 2 sztuki na sekundę, Micro LED wymaga 20 000 sztuk na sekundę; (3) Wydajność transferu: Produkty wyświetlające ze względu na tolerancję błędów pikseli są bardzo niskie. Jeśli chcesz utworzyć mniej niż 5 pikseli pełnokolorowego wyświetlacza 1920*1080, wydajność transferu musi osiągnąć 99,9999%.

Technologia dużego transferu obejmuje głównie siłę molekularną (transfer uszczelnienia), transfer elektrostatyczny, magnetyczny, transfer laserowy, samodzielny montaż (technologia montażu cieczy) i tak dalej. Laserowy duży transfer może kontrolować rozmiar stosunkowo małej, szybkiej reakcji, wysokiej wydajności transferu i ma wysoki stopień selektywności, transfer laserowy lub stanie się głównym nurtem technologii dużego transferu. Obecnie krajowa technologia dużego transferu i postęp w sprzęcie, producenci dużego lasera (002008), wiodąca inteligencja (300450), laser gwiazdowy Haimu i inny duży sprzęt transferowy zostały pomyślnie wysłane i dostarczone do klientów, ale krajowy sprzęt laserowy z dużych Do masowej produkcji na skalę jeszcze daleka droga.

Wyświetlacz pełnokolorowy: Uzyskanie efektu monochromatycznego za pomocą mikro diody LED jest stosunkowo proste, ale osiągnięcie pełnego koloru jest stosunkowo złożone. Trzy kolory RGB muszą przenieść trzykolorowe ziarna czerwonego, zielonego i niebieskiego. Badania nad pełnokolorową technologią Micro LED, będącym kluczowym wskaźnikiem technicznym technologii Micro LED, stały się gorącym punktem badawczym i trudnością w rozwoju technologii Micro LED. Metody realizacji koloryzacji Micro LED obejmują głównie metodę trójkolorowej diody LED RGB, metodę środka luminescencyjnego UV Blue LED+ i metodę syntezy soczewek, z których wszystkie mają odpowiednie wady. Dla porównania, jeśli chodzi o przebieg procesu i materiały, metoda wykorzystująca nośnik emitujący światło UV blue LED+ jest prostsza niż inne schematy i polega głównie na zastosowaniu niebieskiej diody LED do zastąpienia płytki podświetlającej, przy użyciu folii z kropkami kwantowymi lub luminoforu jako środka emitującego światło do zastąpienia Filtry RGB, aby uzupełnić pełnokolorowy wyświetlacz.

Sterownik wyświetlacza: Aktywny schemat projektowania sterowników reprezentowany przez CMOS i TFT stał się głównym nurtem rozwoju technologii Micro LED. Micro LED to urządzenie emitujące światło zasilane prądem, a jego tryb jazdy jest ogólnie podzielony na napęd pasywny PM (Passive Matrix) i aktywny napęd AM (Active Matrix). Ze względu na napęd pasywny: (1) nie sprzyja produkcji na dużych obszarach, nie może spełnić wymagań napędu wielkoekranowego; (2) Charakterystyka napędu skanowania kolumnowego, łatwa do uzyskania nierównomiernego oświetlenia pikseli kolumny, co powoduje ograniczenie wyświetlanego obrazu i rozdzielczości; (3) Rozstaw pikseli stopniowo się zmniejsza, pasywny tryb napędu tradycyjnej płytki PCB nie jest w stanie zaspokoić zapotrzebowania na napęd i ma wiele wad w zastosowaniu Micro LED, dlatego aktywny schemat projektowania napędu reprezentowany przez CMOS i TFT będzie stać się dobrym towarzyszem w rozwoju technologii Micro LED. Na przykład w technologii sterowników CMOS, aby przełamać technologię łączenia transferowego, obecna branża koncentruje się na badaniu technologii łączenia obwodów sterownika Micro LED i CMOS.