Търсенето и политиките на терминалите стимулират бързото развитие на индустрията за микро LED осветление
Микро LED е шестоъгълен воин в технологията на дисплеите. Повече от 80% от човешката информация се получава чрез очите, а по-високите човешки изисквания за качество и форма на изображението на дисплея водят до непрекъснато развитие и итерация на технологията на дисплеите. Технологията на цветните дисплеи е претърпяла преходни технологии като CRT от своето развитие и в момента е доминирана от LCD и OLED технологиите. По отношение на производителността, Micro LED, като технология за дисплеи от следващо поколение, в сравнение с масовото производство на LCD технология (течнокристален дисплей) и OLED технология (дисплей с органични светодиоди), Micro LED има много по-добро предимство в почти всяко техническо измерение: дълъг живот, висок контраст, висока разделителна способност, бърза реакция, по-широк ъгъл на видимост, богат цвят, се счита за най-доброто решение в технологията на дисплеите.
Първо, цената и производителността са движещи сили, които индустрията за микро светодиоди продължава да развива
Micro LED е нова технология за миниатюризация и матрична обработка на светодиоди, която се отнася до интегрирането на микро-LED масив с висока плътност върху чип. Технологията постига самозапалване с едноточково задвижване чрез миниатюризиране на светодиодния модул до ниво по-малко от 50 микрона, което е ~100 пъти по-малко от традиционните светодиоди, и намалява стъпката на пикселите от милиметър на микрон. Следователно, Micro LED е по същество светодиод на микронно ниво, а LED диодът е твърдотелно полупроводниково устройство, което може да преобразува електрическата енергия във видима светлина.
По отношение на цената, 4-инчов сапфирен епитаксиален лист, нарязан на обикновени LED чипове, струва около 60 000, нарязани на Мини LED чиповете са около 600 000, което намалява броя на микро LED чиповете с повече от 2,4 милиона. При същата пластина броят на микро LED е значително увеличен, а цената на един чип е по-ниска, което е и една от причините за потенциала за развитие на микро LED от гледна точка на разходите.
По отношение на производителността, в сравнение с масово произвежданите LCD и OLED технологии, Micro LED предлага много по-добри предимства в почти всяко техническо измерение, като дълъг живот, висок контраст, висока разделителна способност, бърза реакция, по-широк ъгъл на видимост, богати цветове, ултрависока яркост и по-ниска консумация на енергия. Сред тях са: (1) тънък и лек: размерът на Micro LED е около 1/100 от този на традиционния LED или около 1/10 от ширината на човешки косъм; (2) ниска консумация на енергия: Micro LED използва самосветеща се структура от три основни цвята, LCD дисплеят изисква подсветка, която да поляризира, а след това да използва цветен филтър. Процесът на дисплея има големи загуби на енергия. В сравнение с двата дисплея, консумацията на енергия на Micro LED е около 10% от консумацията на енергия на LCD дисплея. Micro LED използва неорганични материали за излъчване на светлина, което има по-висока светлинна ефективност, докато OLED използва органични материали за излъчване на светлина, като консумацията на светлинна енергия и на двата дисплея е по-ниска от тази на OLED. Следователно, при показване на една и съща картина, консумацията на енергия на Micro LED е по-ниска от OLED и много по-ниска от LCD; (3) Висока яркост: Micro LED използва неорганичен материал галиев нитрид (GaN) в светещата си част, а яркостта му теоретично може да достигне 105cd/m2, което е много по-високо от 3000cd/m2 на LCD и 1500cd/m2 на OLED, а експлоатационният живот на неорганичните материали е по-дълъг; (4) Висока резолюция: при технологията на Micro LED дисплеите всеки Micro LED е пиксел, който може да свети самостоятелно, и един Micro LED е на микронно ниво, така че може да се постигне много висока резолюция. Плътността на пикселите на Micro LED дисплея може да бъде повече от 1500PPI, докато PPI на LCD и OLED екраните е около 800PPI и 400PPI.
В обобщение, цената и производителността ще насърчат непрекъснатото развитие на индустрията за микро LED.
Второ, сценарии за приложение на микро LED
Micro LED е най-добрата технология за дисплеи на бъдещето. Ако не вземете предвид разходите и зрялостта на процеса, а само производителността и данните за индикаторите на дисплея, Micro LED несъмнено е най-добрата технология за дисплеи. Всички показатели за производителност на Micro LED са по-добри от другите технологии за дисплеи. По отношение на сценариите на приложение, Micro LED е подходящ за продуктови приложения с всякакъв размер. От гледна точка на техническата и икономическата осъществимост, Micro LED ще бъде първият, който ще се прилага за дисплеи с малък размер под 3 инча и дисплеи с голям размер над 100 инча.
По отношение на малките размери на дисплеите под 3 инча, Micro LED ще ерозира пазара на OLED. Дисплеите с малък размер са свързани с много близко разстояние за гледане, което води до високи изисквания за ефект на показване, а дисплеите с малък размер са често срещани в мобилните терминали, а също така имат и високи изисквания за консумация на енергия. Следователно, OLED се е превърнал в основна технология за дисплеи с малък размер с предимствата си на ниска консумация на енергия и добър ефект на показване, но пазарният дял на OLED в тази област ще бъде ерозиран от Micro LED в бъдеще. От една страна, Micro LED превъзхожда OLED по всички показатели за производителност на дисплея, като ефект на показване и консумация на енергия; от друга страна, поради малкия размер на екрана и малкия общ брой пиксели, цената на Micro LED също е относително контролируема. От гледна точка на съвременните технологии, Micro LED успява да постигне миниатюризация на чиповете, но все още има някои пречки при огромния трансфер, добивът е относително ограничен и в момента различни компании проучват решения за техническо подобрение, базирани на контролируеми разходи.
По отношение на 3-99-инчовите дисплеи, Micro LED е трудно да ерозира пазарния дял на LCD и OLED за кратко време. Поради близкото разстояние за гледане, дисплеите имат по-високи изисквания за размер на чипа и стъпка на изображението, докато размерът на екрана става по-голям, общият брой пиксели също се увеличава, така че прилагането на Micro LED към 3-99-инчовите дисплеи значително увеличава техническата сложност и цената на процеса, а зрялостта на Micro LED технологията в този диапазон трябва да се подобри. И най-важното е, че в тази област на размерите, независимо дали става въпрос за малки OLED или големи LCD, нейните предимства в цената са непоклатими. В бъдеще, с непрекъснатото намаляване на цената на Micro LED и непрекъснатото усъвършенстване на технологиите, разликата между цената и трудността на процеса на Micro LED, LCD и OLED, ще бъде още по-стеснена.
По отношение на големите дисплеи с размер над 100 инча, Micro LED има предимство. На пазара на дисплеи с размер над 100 инча, LCD дисплеите ще бъдат ограничени от производствения добив и ефективността на рязане на панелите с голям размер, а OLED дисплеите също са трудни за постигане на намаление на разходите поради процеса на изпаряване след големия размер, което води до по-нисък добив. Така че в миналото ефектът на дисплея беше по-често срещан като проекторите и LCD екраните за снаждане заемаха доминиращо място на пазара на дисплеи с размер над 100 инча. Въпреки това, със значителния спад в цената на Micro LED, това ще ускори замяната на традиционните дисплейни продукти като проекторите и LCD екраните за снаждане, с много предимства като снаждане на цял екран, богати цветове и висока яркост.
Три размера на пазара на микро LED индустрията
В момента микро LED чиповете се произвеждат в дисплейни сцени като очила и телевизори, но повечето продукти все още са в етап на концепция поради ценови ограничения и все още не са постигнали мащабно пазарно промотиране. В бъдеще, с пробива и постепенното развитие на ключовата технология на Micro LED, разходите за комерсиализация и индустриализация ще бъдат значително намалени, а добивът на чиповете ще бъде допълнително подобрен. Очаква се Micro LED да поеме водеща роля в приложението на дисплеи с голям и малък размер. От гледна точка на доставките, според прогнозните данни на Omdia, повлияни от търсенето на пазара на смарт часовници и висок клас телевизори, глобалните доставки на Micro LED дисплеи ще скочат от незначителното ниво през 2020 г. до над 16 милиона бройки през 2027 г., а потенциалът на пазарното търсене е голям. Според прогнозата на Jibang Consulting, от размера на пазара в сценария на приложение на микродисплеи се очаква през 2026 г. производствената стойност на Micro LED AR чиповете за дисплеи да достигне 41 милиона щатски долара. В сценария с дисплеи с голям размер, продукцията на чиповете за големи дисплеи Micro LED ще достигне 54 милиона долара през 2022 г. и се очаква да нарасне до 4,5 милиарда долара през 2026 г., със сложен годишен темп на растеж от 204%, като има голям потенциал за растеж на пазара.
Четвърто, крайното търсене и политиката са движеща сила за бързото развитие на индустрията.
(1) Промените в търсенето на терминали са основните фактори, движещи развитието на индустрията
От 2009 г. насам индустрията за LED чипове е преживяла три цикъла, всичките водени от новото търсене на LED продукти. Първият етап е преди 2013 г., когато подсветката на плоските телевизори и мобилните телефони е основно търсене на LED, което е стимулирало развитието на LED индустрията; вторият етап е от 2013 г. до 2014 г. През 2013 г. Европейският съюз напълно забранява белите тъкани светлини, търсенето на професионално LED осветление и ландшафтно осветление се увеличава, а износът на крайбрежни LED дисплеи се увеличава, което е стимулирало развитието на LED индустрията; третият етап е от 2015 г. до 2020 г., бързото развитие на LED дисплеи с малка стъпка на изхода, голям брой заместващи LCD и DLP дисплеи, широко използвани в правителствени командни центрове, сигурност, контрол на заболяванията, бизнес, нощно пътуване и други области, като по този начин се стимулира развитието на индустрията; четвъртият етап е, че след 2020 г. търсенето на дисплеи с висока разделителна способност и ниска консумация на енергия в LED индустрията постепенно увеличава степента на проникване на Micro LED. Като най-добрата технология за дисплеи, с намаляване на разходите и технологичен напредък, Micro LED ще ускори процеса на индустриализация на Micro LED с превъзходни характеристики, като дълъг живот, висок контраст, висока резолюция, богат цвят, ултрависока яркост и по-ниска консумация на енергия, и се очаква да подтикне индустрията отново да навлезе във възходящия цикъл.
(2) Силната подкрепа от националните политики ще стимулира развитието на индустрията
Като следващо поколение нова технология за дисплеи, Micro LED привлече много внимание. През последните години държавата обнародва редица подкрепящи политики, като например „14-ия петгодишен план“ от 2021 г., който ясно заявява, че полупроводниците от трето поколение са важно съдържание и проектът обхваща ключови технологии като нови енергийни превозни средства, приложения за големи данни, 5G комуникации и Micro LED дисплеи. Министерството на промишлеността и информационните технологии и други пет ведомства издадоха „План за действие за развитие на интеграцията на виртуалната реалност и индустриалните приложения (2022-2026 г.)“, който ще се фокусира върху насърчаването на подобренията на Micro LED и други технологии за микро дисплеи; Министерството на промишлеността и Министерството на финансите издадоха „План за действие за стабилен растеж на индустрията за производство на електронна информация 2023-2024 г.“, предлагащ енергично развитие на Mini LED, Micro LED и други технологии; Министерството на промишлеността и информационните технологии и други седем ведомства съвместно издадоха „Становище за внедряване на насърчаване на бъдещите индустриални иновации и развитие“, в което се предлага пробив в Micro LED, лазерни, печатни и други технологии за дисплеи и постигане на мащабно приложение. Публикуването и прилагането на горепосочените политики и разпоредби показва позитивното отношение и твърдата решимост на китайското правителство да развива микро-LED индустрията, което осигурява по-добра среда за развитие на микро-LED индустрията. Очаква се микро-LED индустрията да се възползва от политическата подкрепа на държавата и да доведе до бързо развитие.
Пето, развитието на микро LED индустрията
(1) Състояние на развитието на индустрията
Процесът на производство на микро светодиоди е подобен на конвенционалните технически стъпки, като включва главно епитаксиален растеж на светодиодни пластини, производство на микро светодиодни чипове, производство на задната платка на драйвера (TFT драйвер или микро интегрална схема) и голям трансфер на четири части. Първо, дизайнът на светодиодната структура е тънък филм, микро масив, след което микро светодиодът се прехвърля върху печатната платка с помощта на голямо количество технология. Субстратът може да бъде твърд, мек, прозрачен или непрозрачен. Чрез физическо отлагане за завършване на защитния слой и горния електрод, горният субстрат може да бъде опакован и да се завърши прост микро светодиоден дисплей. Въпреки това, поради миниатюризацията на чипа, технологията за производство на микро светодиоди постави нови технически показатели и изисквания за всяко звено от съществуващата индустриална верига, включително нуждите от научноизследователска и развойна дейност на ключови технологии в различни области, като материали, процеси и оборудване. Технологията на всяко индустриално звено не може да бъде разработена самостоятелно, това е много сложна техническа система. Необходимо е тясно сътрудничество с производителите нагоре и надолу по веригата на индустриалната верига, като например панели, чипове, масивен трансфер и драйверни интегрални схеми. В момента четирите ключови технологии - епитаксия и производство на чипове, масивен трансфер, пълноцветен дисплей и управление на дисплеи - все още не са усъвършенствани.
(2) Преглед на глобалните технологични иновации
От гледна точка на историята на развитието на Micro LED, двама професори от Тексаския технологичен университет поеха водеща роля в предлагането на концепцията за Micro LED през 2000 г. и сега тя навлезе в период на висок глобален технологичен растеж. От 2017 г. насам иновационната активност на Micro LED технологията се е увеличила значително и в момента е в период на експлозивен растеж. В момента Micro LED има глобален патентен резерв от над 40 000, от които над 13 000 са валидни патенти, а сумата от съотношението на проверка и валидност е близо 80%, което показва, че потенциалните патентни бариери в тази област са високи. От гледна точка на по-активната област на иновациите в Micro LED технологията, по-активната област на технологичните иновации е в Китай, Съединените щати и Южна Корея, а регионът на патентното оформление показва, че по-активният пазар е в Китай и Съединените щати. От гледна точка на основните иновационни субекти в света и Китай, водещите глобални иновационни субекти в Китай, Южна Корея и Съединените щати имат повече предимства, главно в предприятията за дисплейни панели и фотоелектричество. Сред 15-те най-големи предприятия в света, китайските предприятия представляват повече от половината, BOE и Huaxing Optoelectronics се нареждат сред 5-те най-големи предприятия в света; В допълнение към водещите китайски предприятия, южнокорейските Samsung и LG са начело в света по отношение на патентната структура. От разпределението на броя на патентите по вид научноизследователски и развойни институции, стартиращите компании са с най-висок дял, достигайки 29%. От гледна точка на видовете патенти, броят на патентите е разпределен около четирите ключови технологии: епитаксия и чип структура, масивен трансфер, пълноцветен дисплей и драйвер за дисплей.
(3) Разработването на четири ключови технологии
Епитаксия и производство на чипове: Процесът на производство на микро светодиоди, от пластина до чип, трябва да премине през стъпки като епитаксия - стъпково ецване - подготовка на проводим слой - подготовка на електроди. В посока на технологията за епитаксия и чип структура, за по-малките микро светодиоди, настоящата индустрия е загрижена главно за еднородността на дължината на вълната, ниския епитаксиален дефект и проблемите с квантовата ефективност: (1) След миниатюризация на чипа има високи изисквания за консистентност на дължината на вълната на епитаксия и нисък процент на дефекти, традиционните светодиоди изискват 6-12nm, докато микро светодиодните чипове трябва да бъдат намалени до 2nm; (2) Размерът на чипа става все по-малък и по-малък, а добивът на режещи фрагменти намалява; (3) Ефективността на микро светодиодите ще се увеличава с увеличаване на плътността на тока и ще намалява с увеличаване на плътността на тока след достигане на пиковата стойност. С намаляването на размера на микро светодиода, пиковата ефективност се измества в посока на висока плътност на тока и пиковата ефективност продължава да намалява.
Голям трансфер: Поради разликата в процеса на растеж на светещия слой на Micro LED и субстрата на драйвера, е трудно да се интегрират дисплейният масив и устройството на драйвера чрез процеса на растеж, така че е необходимо да се прехвърлят направените Micro LED зърна към платката на устройството, което е голям процес на трансфер. Вземайки за пример 4K телевизор, зърната, които трябва да се прехвърлят, са 24 милиона (изчислени в 4000 x 2000 x RGB три цвята), дори ако трансферът е от 10 000, той трябва да се повтори 2400 пъти, така че огромният трансфер е изправен пред три основни проблема: (1) Точност на трансфера: Точността на преместване на Micro LED към платката на устройството трябва да се контролира в рамките на ±0,5 μm, а устройството за трансфер трябва да има висока точност на подравняване и точност на точката на падане. (2) Ефективност на трансфера: традиционният LED изисква 2 зърна/секунда, Micro LED изисква 20 000 зърна/секунда; (3) Добив на трансфер: Толерансът на грешки в пикселите при дисплеите е много нисък. Ако искате да създадете по-малко от 5 пиксела от пълноцветния дисплей с резолюция 1920*1080, добивът на трансфер трябва да достигне 99,9999%.
Технологията за голям трансфер включва главно молекулярна сила (трансфер на запечатване), електростатичен, магнитен трансфер, лазерен трансфер, самосглобяване (технология за флуиден трансфер) и т.н. Лазерният трансфер на големи количества може да контролира относително малкия размер, бързата реакция е висока, ефективността на трансфера е висока, а степента на селективност е висока. Лазерният трансфер ще се превърне в основна технология за голям трансфер. В момента местните технологии и оборудване за голям трансфер са напреднали, като производителите на големи лазери (002008), водещи интелигентни лазери (300450), звездни лазери Haimu и друго оборудване за голям трансфер са успешно доставени на клиентите, но все още е далеч от масовото производство на местни лазери.
Пълноцветен дисплей: Постигането на монохромен режим с микро LED е сравнително лесно, но постигането на пълен цвят е сравнително сложно. RGB трицветните елементи трябва да предават червени, зелени и сини трицветни зърна. Като ключов технически показател на Micro LED технологията, изследването на Micro LED пълноцветната технология се превърна в гореща точка и трудност при разработването на Micro LED технология. Методите за реализиране на Micro LED оцветяване включват главно RGB трицветен LED метод, UV син LED + луминесцентен метод и метод за синтез на лещи, всички от които имат съответните недостатъци. За сравнение, по отношение на технологичния процес и материалите, UV син LED + метод за излъчваща светлина среда е по-лесен от другите схеми, като се използва главно син LED за замяна на подсветката, а квантово-точков филм или фосфор като излъчваща светлина среда за замяна на RGB филтрите, за да се завърши пълноцветният дисплей.
Драйвер на дисплея: Схемата за проектиране на активни драйвери, представена от CMOS и TFT, се е превърнала в основен елемент в развитието на Micro LED технологията. Micro LED е устройство, излъчващо светлина, управлявано от ток, а режимът му на управление обикновено се разделя на пасивно управление PM (пасивна матрица) и активно управление AM (активна матрица). Поради пасивното управление: (1) не е подходящо за производство на големи площи, не може да отговори на изискванията за управление на големи екрани; (2) Характеристиките на задвижването с колонно сканиране са лесни за генериране на неравномерна светлина на пикселите в колоните, което води до ограничено изображение и резолюция на дисплея; (3) Стъпката между пикселите постепенно се свива, пасивният режим на управление на традиционните печатни платки не може да отговори на изискванията за управление и има много недостатъци при прилагането на Micro LED, следователно схемата за проектиране на активни драйвери, представена от CMOS и TFT, ще се превърне в добър спътник за развитието на Micro LED технологията. Например, в CMOS технологията на драйверите, за да се пробие технологията за трансферно свързване, настоящата индустрия се фокусира върху проучването на технологията за свързване на Micro LED и CMOS драйверни схеми.
