A demanda e as políticas dos terminais impulsionam o rápido desenvolvimento da indústria de Micro LED

Micro LED é um guerreiro hexagonal com tecnologia de exibição. Mais de 80% da informação humana é obtida através dos olhos, e os maiores requisitos humanos para a qualidade e forma da imagem de exibição impulsionam o desenvolvimento contínuo e a iteração da tecnologia de exibição. A tecnologia de exibição colorida passou por tecnologias de transição, como CRT, desde seu desenvolvimento e atualmente é dominada pela tecnologia LCD e OLED. Em termos de desempenho, Micro LED como tecnologia de display de próxima geração, em comparação com a produção em larga escala de tecnologia LCD (tela de cristal líquido) e tecnologia OLED (tela de diodo emissor de luz orgânico), Micro LED tem uma vantagem de desempenho muito superior em quase todas as dimensões técnicas: Longa vida, alto contraste, pode alcançar alta resolução, resposta rápida, efeito de ângulo de visão mais amplo, cores ricas, é considerada a solução definitiva em tecnologia de exibição.

Primeiro, o custo e o desempenho impulsionam a indústria de Micro LED continua a se desenvolver

Micro LED é uma nova tecnologia de miniaturização e matriz de LED, que se refere à integração de um conjunto de LED de micro tamanho de alta densidade em um chip. A tecnologia alcança autoiluminação de unidade de ponto único miniaturizando a unidade de LED para um nível inferior a 50 mícrons, que é ~ 100 vezes menor que os LEDs tradicionais e reduz a distância entre pixels de milímetro para mícron. Portanto, o Micro LED é essencialmente um LED de nível mícron, e o diodo emissor de luz LED é um dispositivo semicondutor de estado sólido que pode converter energia elétrica em luz visível.

Em termos de custo, uma folha epitaxial de safira de 4 polegadas, cortada em chips de LED comuns cerca de 60.000, cortada em chips Mini LED cerca de 600.000, cortou chips Micro LED em mais de 2,4 milhões. No mesmo wafer, o número de Micro LED aumentou significativamente e o custo de um único chip é menor, o que também é uma das razões para o potencial de desenvolvimento do Micro LED do ponto de vista do custo.

Em termos de desempenho, em comparação com a tecnologia LCD e a tecnologia OLED produzidas em massa, o Micro LED tem vantagens de desempenho muito superiores em quase todas as dimensões técnicas, como longa vida, alto contraste, alta resolução, resposta rápida, efeito de ângulo de visão mais amplo , cores ricas, brilho ultra-alto e menor consumo de energia. Entre eles, (1) fino e leve: o tamanho do Micro LED é cerca de 1/100 do LED tradicional, ou cerca de 1/10 da largura de um fio de cabelo humano; (2) Baixo consumo de energia: Micro LED usa estrutura autoluminosa de subpixel de três cores primárias, o processo de exibição LCD precisa usar luz de fundo para polarizador e depois para filtro de cor, o processo de exibição tem muita perda de energia, em comparação com os dois , na aplicação de exibição do consumo de energia Micro LED é de cerca de 10% do consumo de energia do LCD. O Micro LED utiliza materiais inorgânicos para emitir luz, que possui maior eficiência luminosa, e o OLED utiliza materiais orgânicos para emitir luz, e o consumo de energia luminosa de ambos é menor que o do OLED. Portanto, na exibição da mesma imagem, o consumo de energia do Micro LED é menor que o do OLED e muito menor que o do LCD; (3) Alto brilho: o Micro LED utiliza material inorgânico de nitreto de gálio (GaN) na parte luminosa, e seu brilho pode teoricamente chegar a 105cd/m2, muito superior aos 3.000cd/m2 do LCD e 1.500cd/m2 do OLED, e a vida útil dos materiais inorgânicos é mais longa; (4) Alta resolução: sob a tecnologia de display Micro LED, cada Micro LED é um pixel que pode se iluminar automaticamente, e um único Micro LED está no nível de mícron, para que possa atingir uma resolução muito alta. A densidade de pixels da tela Micro LED pode ser superior a 1.500PPI, enquanto a tela LCD e OLED PPI é de cerca de 800PPI e 400PPI.

Em resumo, o custo e o desempenho promoverão o desenvolvimento contínuo da indústria de Micro LED.

Em segundo lugar, cenários de aplicação Micro LED

Micro LED é a tecnologia de exibição definitiva do futuro. Se você não considerar o custo e a maturidade do processo, observe apenas o desempenho e os dados indicadores do display, o Micro LED é sem dúvida a tecnologia de display mais recente, o Micro LED todos os indicadores de desempenho são melhores do que outras tecnologias de display. Em termos de cenários de aplicação, o Micro LED é adequado para aplicações de produtos de todos os tamanhos. Do ponto de vista da viabilidade técnica e econômica, o Micro LED será o primeiro a ser aplicado em telas de tamanho pequeno abaixo de 3 polegadas e telas de tamanho grande acima de 100 polegadas.
Em termos de tamanhos de tela pequenos abaixo de 3 polegadas, o Micro LED irá corroer o mercado OLED. Tela de tamanho pequeno porque a distância de visualização é muito próxima, os requisitos de efeito de exibição são altos e a tela de tamanho pequeno é comum em terminais móveis e também possui altos requisitos de consumo de energia. Portanto, o OLED se tornou a tecnologia dominante para telas de tamanho pequeno com suas vantagens de baixo consumo de energia e bom efeito de exibição, mas a participação de mercado do OLED neste campo será corroída pelo Micro LED no futuro. Por um lado, o Micro LED é superior ao OLED em todos os indicadores de desempenho da tela, como efeito da tela e consumo de energia; Por outro lado, devido ao pequeno tamanho da tela e ao pequeno número total de pixels, o custo do Micro LED também é relativamente controlável. Do ponto de vista da tecnologia atual, o Micro LED conseguiu miniaturizar o chip, mas ainda existem alguns gargalos na enorme transferência, o rendimento é relativamente limitado, no momento, várias empresas estão explorando soluções de melhoria técnica com base em controláveis custos.

Em termos de tela de 3 a 99 polegadas, o Micro LED é difícil de corroer a participação de mercado de LCD e OLED em um curto espaço de tempo. Devido à distância de visualização próxima, a tela tem requisitos mais altos para tamanho e pitch do chip, enquanto o tamanho da tela se torna maior e o número total de pixels também aumenta, então o Micro LED aplicado à tela de 3-99 polegadas aumentou significativamente o dificuldade técnica e custo do processo, e a maturidade da tecnologia Micro LED nesta faixa precisa ser melhorada. E o mais crítico é que nesta área de tamanho, seja OLED de tamanho pequeno e LCD de tamanho grande, suas vantagens de custo são firmemente inabaláveis. No futuro, com a redução contínua do custo do Micro LED e a melhoria contínua da tecnologia, a lacuna entre o custo e a dificuldade do processo do Micro LED, LCD e OLED será ainda mais reduzida.

Em termos de telas grandes de mais de 100 polegadas, o Micro LED leva vantagem. No mercado de telas de mais de 100 polegadas, o LCD será limitado pelo rendimento de produção e eficiência de corte de painéis de grande porte, e o OLED também é difícil de obter uma redução de custo devido ao processo de evaporação após tamanho grande e menor rendimento , portanto, no passado, o efeito de exibição era mais geral, projetores e telas de emenda de LCD ocupavam uma posição dominante no mercado de exibição de mais de 100 polegadas. No entanto, com o declínio significativo no custo do Micro LED, acelerará a substituição de produtos de exibição tradicionais, como projetores e emendas de LCD, com muitas vantagens, como emenda de tela cheia, cores ricas e alto brilho.

Três tamanhos de mercado da indústria de Micro LED

Atualmente, os chips Micro LED foram produzidos em cenários de exibição, como óculos e TVS, mas a maioria dos produtos ainda está em fase de conceito devido a restrições de preço e ainda não alcançou promoção no mercado em larga escala. No futuro, com o avanço e a maturidade gradual da tecnologia chave do Micro LED, o custo de comercialização e industrialização é bastante reduzido, e o rendimento do chip é melhorado ainda mais, espera-se que o Micro LED assuma a liderança na aplicação de grandes tamanhos e cenários de exibição de tamanho pequeno. Do ponto de vista das remessas, de acordo com os dados de previsão da Omdia, afetados pelos relógios inteligentes e pela demanda do mercado de TV de ponta, as remessas globais de telas Micro LED aumentarão do nível insignificante em 2020 para mais de 16 milhões de peças em 2027, e o o potencial de demanda do mercado é grande. Pelo tamanho do mercado, de acordo com a previsão da Jibang Consulting, no cenário de aplicação de micro-display, espera-se que em 2026, o valor de produção do chip de exibição de óculos Micro LED AR seja de até 41 milhões de dólares americanos; No cenário de telas de grande porte, o valor de produção dos chips de telas grandes Micro LED chegará a US$ 54 milhões em 2022 e deverá aumentar para US$ 4,5 bilhões em 2026, com uma taxa composta de crescimento anual de 204%, e há muito espaço para crescimento do mercado.

Em quarto lugar, a procura terminal e a política impulsionam o rápido desenvolvimento da indústria

(1) As mudanças na demanda dos terminais são os principais fatores que impulsionam o desenvolvimento da indústria

Desde 2009, a indústria de chips LED passou por três ciclos, todos impulsionados pela nova demanda por produtos LED. A primeira fase é antes de 2013, TV de tela plana e retroiluminação de telefones celulares como a principal demanda por LED para impulsionar o desenvolvimento da indústria de LED, a segunda fase é de 2013 a 2014, 2013, a União Europeia proibiu completamente as luzes brancas tecidas, a demanda por A iluminação profissional LED e a iluminação paisagística aumentam, as exportações costeiras de LED aumentam para impulsionar o desenvolvimento da indústria LED; A terceira fase é de 2015 a 2020, o rápido desenvolvimento de LED de pequeno passo, um grande número de LCD e DLP de substituição, amplamente utilizados em centros de comando governamentais, segurança, controle de doenças, negócios, viagens noturnas e outros campos, impulsionando assim o desenvolvimento da indústria; A quarta etapa é que, após 2020, a demanda da indústria de telas LED por telas de alta definição e baixo consumo de energia aumentou gradualmente a taxa de penetração do Micro LED. Como a mais recente tecnologia de display, com redução de custos e progresso tecnológico, o Micro LED irá acelerar o processo de industrialização do Micro LED com desempenho superior, como longa vida, alto contraste, alta resolução, cores ricas, brilho ultra-alto e menor consumo de energia, e deverá levar a indústria a entrar novamente no ciclo ascendente.

(2) O forte apoio das políticas nacionais impulsionará o desenvolvimento da indústria

Como a próxima geração de nova tecnologia de display, o Micro LED atraiu muita atenção. Nos últimos anos, o estado promulgou uma série de políticas de apoio, como o "14º Plano Quinquenal" em 2021, que afirma claramente que o semicondutor de terceira geração é um conteúdo importante, e o projeto abrange tecnologias-chave, como novas veículos de energia, aplicações de big data, comunicações 5G e display Micro LED. O Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação e outros cinco departamentos emitiram o "Plano de Ação de Desenvolvimento de Integração de Realidade Virtual e Aplicações da Indústria (2022-2026)", que se concentrará na promoção de Micro LED e outras atualizações de tecnologia de micro display; O Ministério da Indústria e o Ministério das Finanças emitiram o "Plano de ação de crescimento estável da indústria de fabricação de informações eletrônicas 2023-2024" que propõe desenvolver vigorosamente Mini LED, Micro LED e outras tecnologias; O Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação e outros sete departamentos emitiram conjuntamente os "Pareceres de Implementação sobre a Promoção da Inovação e Desenvolvimento Industrial Futuro", que propunham romper com Micro LED, laser, impressão e outras tecnologias de exibição e alcançar aplicação em larga escala. O lançamento e implementação das políticas e regulamentos acima mostram a atitude positiva e a firme determinação do governo chinês em desenvolver a indústria de Micro LED, o que proporciona um melhor ambiente de desenvolvimento para o desenvolvimento da indústria de Micro LED. Espera-se que o Micro LED se beneficie do apoio político do estado e dê início a um rápido desenvolvimento.

Quinto, o desenvolvimento da indústria de Micro LED

(1) Status de desenvolvimento da indústria

O processo de fabricação de Micro LED é semelhante às etapas técnicas convencionais, incluindo principalmente crescimento de wafer epitaxial de LED, produção de chip Micro LED, produção de backplane de driver (driver TFT ou driver Micro IC), grande transferência de quatro partes. Em primeiro lugar, o design da estrutura do LED é um filme fino, Micro, array e, em seguida, o Micro LED é transferido para a placa de circuito usando uma grande quantidade de tecnologia, o substrato pode ser um substrato duro, macio, transparente e opaco; Usando o processo de deposição física para completar a camada protetora e o eletrodo superior, o substrato superior pode ser embalado e um display Micro LED simples pode ser concluído. No entanto, devido à miniaturização do chip, a tecnologia de fabricação Micro LED apresentou novos indicadores técnicos e requisitos para cada elo da cadeia industrial existente, incluindo as necessidades de pesquisa e desenvolvimento de tecnologias-chave em vários campos, como materiais, processos e equipamentos, e a tecnologia de cada elo industrial não pode ser desenvolvida de forma independente, é um sistema técnico muito complexo. É necessário cooperar estreitamente com a montante e a jusante da cadeia industrial, como painéis, chips, transferências massivas e drivers ics. Atualmente, as quatro principais tecnologias de epitaxia e fabricação de chips, transferência massiva, exibição colorida e unidade de exibição ainda precisam ser desenvolvidas.

(2) Visão geral da inovação tecnológica global

Do ponto de vista da história do desenvolvimento do Micro LED, dois professores da Texas Tech University assumiram a liderança na proposta do conceito de Micro LED em 2000, e agora entrou em um período de alta inovação tecnológica global. Desde 2017, a atividade de inovação da tecnologia Micro LED aumentou significativamente e está atualmente num período de crescimento explosivo. Atualmente, o Micro LED possui uma reserva global de patentes de mais de 40.000, das quais mais de 13.000 são patentes válidas, e a soma do índice de exame e validade é próxima de 80%, indicando que as potenciais barreiras de patentes neste campo são altas ; Do ponto de vista da área mais ativa de inovação tecnológica Micro LED, a área mais ativa de inovação tecnológica está na China, nos Estados Unidos e na Coreia do Sul, e a região de layout de patentes mostra que o mercado mais ativo está na China e nos Estados Unidos Estados. Do ponto de vista das principais entidades de inovação do mundo e da China, as principais entidades de inovação globais na China, Coreia do Sul e Estados Unidos têm mais vantagens, principalmente nos painéis de exibição e nas empresas fotoelétricas. Entre as 15 maiores empresas do mundo, as empresas chinesas representaram mais da metade, BOE, Huaxing Optoelectronics classificada entre as 5 melhores do mundo; Além das empresas líderes da China, o layout de patentes Samsung e LG da Coreia do Sul está na vanguarda do mundo. Dos resultados da distribuição do número de patentes por tipo de instituição de I&D, as start-ups são as mais elevadas, atingindo 29%. Do ponto de vista dos tipos de patentes, o número de patentes é distribuído em torno das quatro tecnologias principais de epitaxia e estrutura de chip, transferência massiva, exibição colorida e driver de exibição.

(3) O desenvolvimento de quatro tecnologias principais

Epitaxia e fabricação de chips: O processo de fabricação de Micro LED, do wafer ao chip, precisa passar por etapas como epitaxia - gravação em etapas - preparação da camada condutora - preparação do eletrodo. Na direção da tecnologia de epitaxia e estrutura de chip, para Micro LEDs menores, a indústria atual está preocupada principalmente com uniformidade de comprimento de onda, baixo defeito de epitaxia e problemas de eficiência quântica: (1) Depois que o chip é miniaturizado, há altos requisitos para consistência de comprimento de onda de epitaxia e baixa taxa de defeitos, o LED tradicional requer 6-12 nm, o chip Micro LED deve ser reduzido para 2 nm; (2) O tamanho do cavaco está ficando cada vez menor e o rendimento do fragmento de corte está diminuindo; (3) A eficiência do Micro LED aumentará com o aumento da densidade de corrente e diminuirá com o aumento da densidade de corrente após atingir o valor de pico. À medida que o tamanho do Micro LED diminui, a eficiência máxima se move na direção de alta densidade de corrente e a eficiência máxima continua a diminuir.

Grande transferência: Devido à diferença no processo de crescimento da camada luminosa do Micro LED e do substrato do driver, é difícil integrar o conjunto de display e o dispositivo do driver através do processo de crescimento, por isso é necessário transferir os grãos de Micro LED fabricados para a placa de circuito da unidade, que é um grande processo de transferência. Tomando como exemplo uma TV 4K, os grãos que precisam ser transferidos chegam a 24 milhões (calculados em 4.000 x 2.000 x RGB três cores), mesmo que seja uma transferência de 10.000, ela precisa ser repetida 2.400 vezes, então o A grande transferência enfrenta três problemas principais: (1) precisão de transferência: A precisão de mover o Micro LED para a placa de circuito de acionamento deve ser controlada dentro de ± 0,5 μm, e o dispositivo de transferência deve ter alta precisão de alinhamento e precisão de ponto de queda. (2) Eficiência de transferência: LED tradicional 2 peças/segundo, Micro LED requer 20.000 peças/segundo; (3) Rendimento de transferência: Os produtos de exibição para tolerância a erros de pixel são muito baixos; se você quiser criar menos de 5 pixels da tela colorida 1920 * 1080, o rendimento de transferência deve atingir 99,9999%.

A grande tecnologia de transferência inclui principalmente força molecular (transferência de selo), transferência eletrostática, magnética, transferência a laser, automontagem (tecnologia de montagem de fluido) e assim por diante. A grande transferência a laser pode controlar o tamanho da resposta relativamente pequena, rápida, alta eficiência de transferência e tem um alto grau de seletividade, transferência a laser ou se tornará a tecnologia principal de grande transferência. Atualmente, o progresso da tecnologia e do equipamento de grande transferência nacional, fabricantes de laser grande (002008), inteligência líder (300450), laser estrela Haimu e outros equipamentos de transferência de grande porte foram enviados com sucesso, entregues aos clientes, mas equipamentos laser domésticos de grande porte - a produção em massa em escala ainda está muito distante.

Tela colorida: Micro LED para obter monocromático é relativamente simples, mas para obter cores completas é relativamente complexo, as três cores RGB precisam transferir grãos de três cores vermelho, verde e azul. Como o principal índice técnico da tecnologia Micro LED, a pesquisa da tecnologia Micro LED full color tornou-se um ponto importante de pesquisa e uma dificuldade no desenvolvimento da tecnologia Micro LED. Os métodos de realização de colorização de Micro LED incluem principalmente o método LED de três cores RGB, método de meio luminescente LED azul UV + e método de síntese de lente, todos com deficiências correspondentes. Em comparação, em termos de fluxo de processo e materiais, o método do meio emissor de luz LED azul UV + é mais simples do que outros esquemas, principalmente usando LED azul para substituir a placa de luz de fundo, usando filme de pontos quânticos ou fósforo como meio emissor de luz para substituir Filtros RGB, para completar a exibição colorida.

Driver de vídeo: O esquema de design do driver ativo representado por CMOS e TFT tornou-se a corrente principal do desenvolvimento da tecnologia Micro LED. Micro LED é um dispositivo emissor de luz acionado por corrente e seu modo de condução é geralmente dividido em unidade passiva PM (Matriz Passiva) e unidade ativa AM (Matriz Ativa). Por causa da unidade passiva: (1) não é propícia à produção em grandes áreas, não pode atender aos requisitos da unidade de tela grande; (2) Características da unidade de digitalização da coluna, fácil de produzir luz de pixel da coluna irregular, resultando em imagem de exibição e resolução limitada; (3) A densidade dos pixels está diminuindo gradualmente, o modo de acionamento passivo da placa PCB tradicional não consegue atender à demanda do acionamento e tem muitas desvantagens na aplicação do Micro LED, portanto, o esquema de design do acionamento ativo representado por CMOS e TFT irá torne-se um bom companheiro para o desenvolvimento da tecnologia Micro LED. Por exemplo, na tecnologia de driver CMOS, a fim de romper a tecnologia de transferência de ligação, a indústria atual se concentra em explorar a tecnologia de ligação de Micro LED e circuito de driver CMOS.