Спрос на терминалы и политика стимулируют быстрое развитие индустрии микросветодиодов.

Micro LED — это технология отображения шестиугольного воина. Более 80% информации человек получает через глаза, а более высокие требования человека к качеству и форме изображения на дисплее стимулируют постоянное развитие и совершенствование технологий отображения. Технология цветных дисплеев с момента своего развития испытала на себе такие переходные технологии, как ЭЛТ, и в настоящее время в ней доминируют технологии LCD и OLED. С точки зрения производительности, Micro LED как технология отображения следующего поколения, по сравнению с крупномасштабным производством технологии LCD (жидкокристаллический дисплей) и технологии OLED (дисплей на органических светодиодах), Micro LED имеет очень превосходное преимущество в производительности. почти все технические аспекты: длительный срок службы, высокая контрастность, высокое разрешение, быстрый отклик, эффект более широкого угла обзора, насыщенный цвет считаются лучшим решением в области технологий отображения.

Во-первых, стоимость и производительность стимулируют развитие индустрии микросветодиодов.

Micro LED — это новая технология миниатюризации и матричной светодиодной технологии, которая подразумевает интеграцию светодиодной матрицы микроразмера высокой плотности на кристалле. Технология обеспечивает самосветление с одноточечным приводом за счет миниатюризации светодиодного блока до уровня менее 50 микрон, что примерно в 100 раз меньше, чем у традиционных светодиодов, и уменьшает шаг пикселя от миллиметра до микрона. Таким образом, Micro LED — это, по сути, светодиод микронного уровня, а светодиодный светодиод — это твердотельное полупроводниковое устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в видимый свет.

С точки зрения стоимости, 4-дюймовый сапфировый эпитаксиальный лист, разрезанный на обычные светодиодные чипы, стоит около 60 000, нарезанный на мини-светодиодные чипы - около 600 000, нарезанный на микро светодиодные чипы - более чем на 2,4 миллиона. На той же пластине количество Micro LED было значительно увеличено, а стоимость одного чипа ниже, что также является одной из причин потенциала развития Micro LED с точки зрения стоимости.

С точки зрения производительности, по сравнению с технологиями ЖК-дисплеев и технологиями OLED, которые производятся массово, Micro LED имеет превосходные преимущества в производительности практически во всех технических аспектах, таких как длительный срок службы, высокая контрастность, высокое разрешение, быстрый отклик, эффект более широкого угла обзора. , насыщенный цвет, сверхвысокая яркость и низкое энергопотребление. Среди них: (1) тонкие и легкие: размер микросветодиода составляет около 1/100 от традиционного светодиода или около 1/10 ширины человеческого волоса; (2) Низкое энергопотребление: Micro LED использует три основных цвета субпиксельной самосветящейся структуры, процесс ЖК-дисплея должен использовать подсветку для поляризатора, а затем для цветового фильтра, процесс отображения имеет большие потери энергии по сравнению с двумя , при использовании дисплея Micro LED энергопотребление составляет около 10% от энергопотребления ЖК-дисплея. Micro LED использует неорганические материалы для излучения света, что имеет более высокую светоотдачу, а OLED использует органические материалы для излучения света, и потребление световой энергии у обоих ниже, чем у OLED. Таким образом, при отображении одного и того же изображения энергопотребление Micro LED ниже, чем у OLED, и намного ниже, чем у LCD; (3) Высокая яркость: в светящейся части микросветодиода используется неорганический материал нитрид галлия (GaN), а его яркость теоретически может достигать 105 кд/м2, что намного выше, чем 3000 кд/м2 у ЖК-дисплея и 1500 кд/м2 у OLED. и срок службы неорганических материалов дольше; (4) Высокое разрешение: в соответствии с технологией дисплея Micro LED каждый Micro LED представляет собой пиксель, который может самосветиться, а один Micro LED имеет микронный уровень, поэтому он может достигать очень высокого разрешения. Плотность пикселей дисплея Micro LED может составлять более 1500 пикселей на дюйм, тогда как плотность пикселей ЖК- и OLED-экранов составляет около 800 пикселей на дюйм и 400 пикселей на дюйм.

Таким образом, стоимость и производительность будут способствовать непрерывному развитию индустрии микросветодиодов.

Во-вторых, сценарии применения Micro LED.

Micro LED — это передовая технология отображения будущего. Если вы не учитываете стоимость и зрелость процесса, смотрите только на производительность и индикаторные данные дисплея. Micro LED, несомненно, является идеальной технологией отображения, все показатели производительности Micro LED лучше, чем у других технологий отображения. Что касается сценариев применения, Micro LED подходит для продуктов любого размера. С точки зрения технической и экономической целесообразности, Micro LED будет первым, который будет применяться к дисплеям небольшого размера (менее 3 дюймов) и дисплеям большого размера (более 100 дюймов).
Что касается небольших дисплеев размером менее 3 дюймов, Micro LED подорвет рынок OLED. Дисплей небольшого размера, поскольку расстояние просмотра очень близко, требования к эффекту отображения высоки, а дисплей небольшого размера распространен в мобильных терминалах, а также имеет высокие требования к энергопотреблению. Таким образом, OLED стал основной технологией для дисплеев небольшого размера с его преимуществами низкого энергопотребления и хорошего эффекта отображения, но в будущем доля рынка OLED в этой области будет вытеснена Micro LED. С одной стороны, Micro LED превосходит OLED по всем показателям производительности дисплея, таким как эффект отображения и энергопотребление; С другой стороны, из-за небольшого размера экрана и небольшого общего количества пикселей стоимость Micro LED также относительно контролируема. С современной технологической точки зрения Micro LED удалось добиться миниатюризации чипов, но в огромной передаче все еще есть некоторые узкие места, урожайность относительно ограничена, в настоящее время различные компании изучают решения по техническому совершенствованию на основе управляемых технологий. расходы.

Что касается дисплеев с диагональю 3–99 дюймов, Micro LED сложно за короткое время потеснить долю рынка ЖК- и OLED. Из-за близкого расстояния просмотра к дисплею предъявляются более высокие требования к размеру чипа и шагу, в то время как размер экрана становится больше, а общее количество пикселей также становится больше, поэтому микро-светодиод, примененный к дисплею 3–99 дюймов, значительно увеличивает техническая сложность и стоимость процесса, а также зрелость технологии Micro LED в этом диапазоне необходимо улучшить. И самое главное, что этот размер области, будь то небольшой OLED-экран или большой ЖК-дисплей, его ценовые преимущества прочно непоколебимы. В будущем, благодаря постоянному снижению стоимости Micro LED и постоянному совершенствованию технологий, разрыв между стоимостью и сложностью процесса производства Micro LED, LCD и OLED будет еще больше сокращаться.

Что касается больших дисплеев размером более 100 дюймов, Micro LED имеет преимущество. На рынке дисплеев с диагональю более 100 дюймов ЖК-дисплеи будут ограничены производительностью производства и эффективностью резки панелей большого размера, а OLED также трудно добиться снижения затрат из-за процесса испарения после больших размеров и более низкого выхода. Таким образом, в прошлом эффект отображения был более общим: проекторы и ЖК-экраны занимали доминирующее положение на рынке дисплеев с диагональю более 100 дюймов. Однако благодаря значительному снижению стоимости Micro LED это ускорит замену традиционных продуктов отображения, таких как проекторы и сращивание ЖК-дисплеев, со многими преимуществами, такими как полноэкранное сращивание, насыщенный цвет и высокая яркость.

Три размера рынка микросветодиодов

В настоящее время чипы Micro LED производятся для таких дисплеев, как очки и телевизоры, но большинство продуктов все еще находятся на стадии разработки из-за ценовых ограничений и еще не достигли широкомасштабного продвижения на рынке. В будущем, благодаря прорыву и постепенному развитию ключевой технологии Micro LED, затраты на коммерциализацию и индустриализацию значительно снизятся, а выход чипов еще больше увеличится. Ожидается, что Micro LED возьмет на себя ведущую роль в применении больших размеров и сценарии отображения небольшого размера. С точки зрения поставок, согласно прогнозным данным Omdia, под влиянием спроса на рынке умных часов и телевизоров высокого класса, мировые поставки дисплеев Micro LED вырастут с незначительного уровня в 2020 году до более чем 16 миллионов штук в 2027 году, а потенциал рыночного спроса велик. Судя по размеру рынка, согласно прогнозу Jibang Consulting, в сценарии применения микродисплея ожидается, что в 2026 году выходная стоимость чипа дисплея Micro LED AR для очков достигнет 41 миллиона долларов США; В сценарии с дисплеями большого размера объем производства чипов для больших дисплеев Micro LED достигнет 54 миллионов долларов в 2022 году и, как ожидается, вырастет до 4,5 миллиардов долларов в 2026 году, при совокупном годовом темпе роста 204%, и это очень много. возможностей для роста рынка.

В-четвертых, конечный спрос и политика способствуют быстрому развитию отрасли.

(1) Изменения терминального спроса являются основным фактором развития отрасли.

С 2009 года индустрия светодиодных чипов пережила три цикла, все из которых были обусловлены новым спросом на светодиодную продукцию. Первый этап - до 2013 года, телевизор с плоским экраном и подсветка мобильного телефона в качестве основного спроса на светодиоды для стимулирования развития светодиодной промышленности, второй этап - 2013-2014, 2013 год, Европейский Союз полностью запретил белые тканые светильники, спрос на Растет объем светодиодного профессионального и ландшафтного освещения, растет экспорт светодиодов в прибрежных районах, что стимулирует развитие светодиодной промышленности; Третий этап - с 2015 по 2020 год - быстрое развитие светодиодов с малым шагом, большое количество замен ЖК-дисплеев и DLP, широко используемых в правительственных командных центрах, безопасности, борьбе с болезнями, бизнесе, ночных путешествиях и других областях, тем самым стимулируя развитие отрасли; Четвертый этап заключается в том, что после 2020 года спрос индустрии светодиодных дисплеев на дисплеи высокой четкости и низкое энергопотребление постепенно увеличил уровень проникновения Micro LED. Будучи новейшей технологией отображения, обеспечивающей снижение затрат и технологический прогресс, Micro LED ускорит процесс индустриализации Micro LED благодаря превосходным характеристикам, таким как длительный срок службы, высокая контрастность, высокое разрешение, насыщенный цвет, сверхвысокая яркость и низкое энергопотребление. и, как ожидается, заставит отрасль снова войти в цикл роста.

(2) Сильная поддержка со стороны национальной политики будет способствовать развитию отрасли.

Micro LED, как следующее поколение новой технологии отображения, привлекло большое внимание. В последние годы государство обнародовало ряд поддерживающих политик, таких как «14-я пятилетка» на 2021 год, в которой четко говорится, что полупроводники третьего поколения являются важным содержанием, и проект охватывает ключевые технологии, такие как новые энергетические транспортные средства, приложения для больших данных, связь 5G и дисплей Micro LED. Министерство промышленности и информационных технологий и другие пять ведомств опубликовали «План действий по развитию интеграции виртуальной реальности и промышленных приложений (2022-2026 годы)», который будет сосредоточен на продвижении обновлений технологий Micro LED и других микродисплеев; Министерство промышленности и Министерство финансов опубликовали «План действий по стабильному росту индустрии электронной информации на 2023-2024 годы», в котором предлагается энергично развивать Mini LED, Micro LED и другие технологии; Министерство промышленности и информационных технологий и другие семь ведомств совместно опубликовали «Мнения по внедрению содействия будущим промышленным инновациям и развитию», в которых предлагалось прорваться через микро-светодиодные, лазерные, печатные и другие технологии отображения и добиться широкомасштабного применения. Публикация и реализация вышеуказанных политик и правил свидетельствует о позитивном отношении и твердой решимости правительства Китая развивать индустрию микросветодиодов, что обеспечивает лучшую среду для развития индустрии микросветодиодов. Ожидается, что Micro LED получит политическую поддержку со стороны государства и положит начало быстрому развитию.

В-пятых, развитие индустрии Micro LED.

(1) Статус развития отрасли

Процесс производства микро-светодиодов аналогичен обычным техническим этапам, в основном включая выращивание эпитаксиальных пластин светодиодов, производство чипов микро-светодиодов, производство объединительной платы драйвера (драйвер TFT или драйвер микро-схемы), большой перенос четырех деталей. Прежде всего, конструкция светодиодной структуры представляет собой тонкую пленку, микро-матрицу, а затем микро-светодиод переносится на печатную плату с использованием большого количества технологий, подложка может быть твердой, мягкой прозрачной, непрозрачной подложкой; Используя процесс физического осаждения для завершения защитного слоя и верхнего электрода, можно упаковать верхнюю подложку и создать простой микро-светодиодный дисплей. Однако из-за миниатюризации чипа технология производства Micro LED выдвинула новые технические показатели и требования для каждого звена существующей производственной цепочки, включая потребности в исследованиях и разработках ключевых технологий в различных областях, таких как материалы, процессы и оборудование, а технология каждого производственного звена не может быть разработана самостоятельно, это очень сложная техническая система. Необходимо тесно сотрудничать с восходящими и нисходящими звеньями производственной цепочки, такими как панели, чипы, массивные передачи и микросхемы драйверов. В настоящее время еще предстоит разработать четыре ключевые технологии: эпитаксия и производство чипов, массовый перенос, полноцветное отображение и дисплейный привод.

(2) Обзор глобальных технологических инноваций

С точки зрения истории развития Micro LED, два профессора Техасского технологического университета выступили инициаторами предложения концепции Micro LED в 2000 году, и сейчас она вступила в период глобальных технологических инноваций. С 2017 года инновационная активность технологии Micro LED значительно возросла и в настоящее время находится в периоде взрывного роста. В настоящее время глобальный патентный резерв Micro LED составляет более 40 000, из которых более 13 000 являются действительными патентами, а сумма коэффициента экспертизы и действительности близка к 80%, что указывает на высокие потенциальные патентные барьеры в этой области. ; С точки зрения более активной области инноваций в области технологий Micro LED, более активная область технологических инноваций находится в Китае, США и Южной Корее, а регион расположения патентов показывает, что более активный рынок находится в Китае и США. Состояния. С точки зрения крупнейших инновационных предприятий в мире и Китае, ведущие мировые инновационные предприятия в Китае, Южной Корее и США имеют больше преимуществ, в основном в сфере производства панелей дисплеев и фотоэлектрических предприятий. Среди 15 крупнейших предприятий мира китайские предприятия составляют более половины, BOE, Huaxing Optoelectronics входит в пятерку лучших в мире; В дополнение к ведущим предприятиям Китая, южнокорейская патентная структура Samsung и LG занимает лидирующие позиции в мире. По результатам распределения количества патентов по типам НИОКР стартапы являются самыми высокими, достигая 29%. С точки зрения типов патентов, количество патентов распределено вокруг четырех ключевых технологий: эпитаксии и структуры кристалла, массового переноса, полноцветного дисплея и драйвера дисплея.

(3) Развитие четырех ключевых технологий

Эпитаксия и производство чипов. Процесс производства микросветодиодов от пластины до чипа должен проходить через такие этапы, как эпитаксия – поэтапное травление – подготовка проводящего слоя – подготовка электродов. Что касается технологии эпитаксии и структуры кристалла для микросветодиодов меньшего размера, в настоящее время отрасль в основном обеспокоена однородностью длины волны, низким уровнем дефектов эпитаксии и проблемами квантовой эффективности: (1) После миниатюризации чипа предъявляются высокие требования к постоянству длины волны эпитаксии. и низкий процент дефектов, традиционный светодиод требует 6-12 нм, микро-светодиодный чип должен быть уменьшен до 2 нм; (2) Размер стружки становится все меньше и меньше, а выход режущих фрагментов снижается; (3) Эффективность Micro LED будет увеличиваться с увеличением плотности тока и уменьшаться с увеличением плотности тока после достижения пикового значения. По мере уменьшения размера микросветодиода пиковая эффективность смещается в сторону высокой плотности тока, а пиковая эффективность продолжает снижаться.

Большой перенос: из-за разницы в процессе выращивания светящегося слоя Micro LED и подложки драйвера сложно интегрировать матрицу дисплея и устройство драйвера в процессе роста, поэтому необходимо перенести изготовленные зерна Micro LED. на печатную плату привода, что представляет собой большой процесс передачи. Если взять в качестве примера телевизор 4K, количество зерен, которые необходимо передать, достигает 24 миллионов (в расчете на 4000 x 2000 x RGB трех цветов), даже если передача 10 000, ее необходимо повторить 2400 раз, поэтому Огромный перенос сталкивается с тремя основными проблемами: (1) точность переноса: точность перемещения микросветодиода на печатную плату привода должна контролироваться в пределах ±0,5 мкм, а передающее устройство должно иметь высокую точность выравнивания и точность точки падения. (2) Эффективность передачи: традиционные светодиоды — 2 шт./сек., Micro LED — 20 000 шт./сек.; (3) Выход передачи: допуск ошибок в пикселях для дисплеев очень низкий. Если вы хотите создать менее 5 пикселей полноцветного дисплея 1920*1080, выход передачи должен достигать 99,9999%.

Технология крупного переноса в основном включает в себя молекулярную силу (перенос уплотнения), электростатический, магнитный перенос, лазерный перенос, самосборку (технологию жидкостной сборки) и так далее. Лазерная большая передача может контролировать размер относительно небольшого, быстрого реагирования, высокой эффективности передачи и имеет высокую степень селективности, лазерная передача или станет основной технологией большой передачи. В настоящее время отечественные крупные передающие технологии и оборудование прогрессируют, производители больших лазеров (002008), ведущих разведок (300450), звездного лазера Haimu и другого крупного передающего оборудования были успешно отправлены, доставлены клиентам, но отечественное лазерное оборудование из крупных до масштабного массового производства еще далеко.

Полноцветный дисплей: Micro LED для достижения монохромности относительно прост, но для достижения полноцветия относительно сложен, три цвета RGB должны передавать три цветовых зерна: красный, зеленый и синий. Исследование полноцветной технологии Micro LED, являющееся ключевым техническим показателем технологии Micro LED, стало горячей точкой для исследований и трудностью в разработке технологии Micro LED. Методы реализации окраски микросветодиодов в основном включают метод трехцветного светодиода RGB, метод люминесцентной среды УФ-синий светодиод + и метод синтеза линз, каждый из которых имеет соответствующие недостатки. Для сравнения, с точки зрения технологического процесса и материалов метод УФ-синего светодиода + светоизлучающей среды проще, чем другие схемы, в основном используется синий светодиод для замены пластины подсветки, а в качестве светоизлучающей среды для замены используется пленка с квантовыми точками или люминофор. Фильтры RGB для полноцветного отображения.

Драйвер дисплея. Схема проектирования активного драйвера, представленная CMOS и TFT, стала основным направлением развития технологии Micro LED. Micro LED — это светоизлучающее устройство, управляемое током, и его режим работы обычно делится на пассивный привод PM (пассивная матрица) и активный привод AM (активная матрица). Из-за пассивного привода: (1) не способствует производству на больших площадях, не может удовлетворить требования привода с большим экраном; (2) Характеристики привода сканирования колонки, легко создавать неравномерное освещение пикселей колонки, что приводит к ограничению изображения и разрешения на дисплее; (3) Шаг пикселя постепенно уменьшается, режим пассивного привода традиционной печатной платы не может удовлетворить потребности привода и имеет множество недостатков при применении Micro LED, поэтому схема проектирования активного привода, представленная CMOS и TFT, будет стать хорошим компаньоном для разработки технологии Micro LED. Например, в технологии драйверов КМОП, чтобы прорваться через технологию трансферного соединения, в настоящее время отрасль сосредотачивается на изучении технологии соединения микро-светодиодов и схемы драйвера КМОП.