Terminalska potražnja i politike potiču brzi razvoj industrije mikro LED dioda

Mikro LED je heksagonalni ratnik tehnologije prikaza. Više od 80% ljudskih informacija prima se putem očiju, a viši ljudski zahtjevi za kvalitetom i oblikom slike pokreću kontinuirani razvoj i iteraciju tehnologije prikaza. Tehnologija prikaza u boji je od svog razvoja doživjela tranziciju kroz tehnologije poput CRT-a, a trenutno njom dominiraju LCD i OLED tehnologija. Što se tiče performansi, Micro LED kao tehnologija prikaza sljedeće generacije, u poređenju sa velikom proizvodnjom LCD tehnologije (displej s tekućim kristalima) i OLED tehnologije (displej s organskim svjetlećim diodama), Micro LED ima vrlo superiornu prednost u gotovo svakoj tehničkoj dimenziji: dug vijek trajanja, visok kontrast, mogućnost postizanja visoke rezolucije, brz odziv, širi ugao gledanja, bogate boje, smatra se ultimativnim rješenjem tehnologije prikaza.

Prvo, cijena i performanse pokreću industriju mikro LED dioda koje se nastavljaju razvijati

Mikro LED je nova tehnologija minijaturizacije i matrice LED dioda, koja se odnosi na integraciju niza mikro LED dioda visoke gustoće na čipu. Tehnologija postiže samostalno osvjetljavanje u jednoj tački minijaturizacijom LED jedinice na nivo manji od 50 mikrona, što je ~100 puta manje od tradicionalnih LED dioda i smanjuje razmak piksela sa milimetra na mikron. Stoga je mikro LED u suštini LED dioda mikronskog nivoa, a LED dioda koja emitira svjetlost je poluprovodnički uređaj u čvrstom stanju koji može pretvoriti električnu energiju u vidljivu svjetlost.

Što se tiče troškova, safirna epitaksijalna ploča od 4 inča, izrezana na obične LED čipove, košta oko 60.000 komada, izrezanih na Mini LED Čipovi su proizvedeni za oko 600.000, a mikro LED čipovi za više od 2,4 miliona. Kod istih pločica, broj mikro LED dioda je značajno povećan, a cijena jednog čipa je niža, što je također jedan od razloga za potencijal razvoja mikro LED dioda sa stanovišta troškova.

Što se tiče performansi, u poređenju sa LCD i OLED tehnologijom koje se masovno proizvode, Micro LED ima vrlo superiorne prednosti u gotovo svakoj tehničkoj dimenziji, kao što su dug vijek trajanja, visok kontrast, visoka rezolucija, brz odziv, širi ugao gledanja, bogate boje, ultra visoka svjetlina i niža potrošnja energije. Među njima su: (1) tanka i lagana: veličina Micro LED-a je oko 1/100 veličine tradicionalnog LED-a, ili oko 1/10 širine ljudske dlake; (2) Niska potrošnja energije: Micro LED koristi samosvjetleću strukturu sa tri primarne boje, LCD proces prikaza zahtijeva pozadinsko osvjetljenje za polarizator, a zatim za filter boja, što dovodi do velikih gubitaka energije u procesu prikaza. U poređenju sa ova dva, potrošnja energije Micro LED-a u primjeni displeja je oko 10% potrošnje energije LCD-a. Micro LED koristi neorganske materijale za emitovanje svjetlosti, što ima veću svjetlosnu efikasnost, dok OLED koristi organske materijale za emitovanje svjetlosti, a potrošnja svjetlosne snage oba je niža od potrošnje OLED-a. Stoga je pri prikazu iste slike potrošnja energije Micro LED-a niža od OLED-a, a znatno niža od LCD-a; (3) Visoka svjetlina: Micro LED koristi neorganski materijal galijum nitrid (GaN) u svjetlećem dijelu, a njegova svjetlina teoretski može doseći 105cd/m2, što je znatno više od 3.000cd/m2 LCD-a i 1.500cd/m2 OLED-a, a vijek trajanja neorganskih materijala je duži; (4) Visoka rezolucija: prema tehnologiji Micro LED displeja, svaka Micro LED dioda je piksel koji može samostalno svijetliti, a jedna Micro LED dioda je na mikronskom nivou, tako da može postići vrlo visoku rezoluciju. Gustoća piksela Micro LED displeja može biti veća od 1.500PPI, dok je PPI LCD i OLED ekrana oko 800PPI i 400PPI.

Ukratko, troškovi i performanse će promovisati kontinuirani razvoj industrije mikro LED dioda.

Drugo, scenariji primjene mikro LED dioda

Micro LED je vrhunska tehnologija displeja budućnosti. Ako ne uzmete u obzir troškove i zrelost procesa, već samo performanse i podatke indikatora displeja, Micro LED je nesumnjivo vrhunska tehnologija displeja. Svi indikatori performansi Micro LED-a su bolji od drugih tehnologija displeja. Što se tiče scenarija primjene, Micro LED je pogodan za sve veličine proizvoda. Sa stanovišta tehničke i ekonomske izvodljivosti, Micro LED će se prvi put primjenjivati ​​na male displeje ispod 3 inča i velike displeje iznad 100 inča.
Što se tiče malih veličina ekrana ispod 3 inča, Micro LED će uništiti tržište OLED-a. Mali ekrani su zbog male udaljenosti gledanja visoki, a zahtjevi za efektom prikaza su visoki, a ekrani male veličine su uobičajeni na mobilnim terminalima, a također imaju i visoke zahtjeve za potrošnjom energije. Stoga je OLED postao glavna tehnologija za ekrane male veličine sa svojim prednostima niske potrošnje energije i dobrog efekta prikaza, ali tržišni udio OLED-a u ovom području će biti smanjen od strane Micro LED-a u budućnosti. S jedne strane, Micro LED je superiorniji od OLED-a u svim pokazateljima performansi ekrana, kao što su efekat prikaza i potrošnja energije; s druge strane, zbog male veličine ekrana i malog ukupnog broja piksela, cijena Micro LED-a je također relativno kontrolirana. Sa stanovišta trenutne tehnologije, Micro LED je uspio postići minijaturizaciju čipova, ali i dalje postoje neka uska grla u ogromnom transferu, prinos je relativno ograničen, trenutno razne kompanije istražuju rješenja za tehnička poboljšanja na osnovu kontroliranih troškova.

Što se tiče ekrana od 3-99 inča, Micro LED teško može u kratkom vremenu preuzeti tržišni udio LCD i OLED ekrana. Zbog male udaljenosti gledanja, ekran ima veće zahtjeve za veličinom čipa i razmakom između ivica, dok veličina ekrana postaje veća, a ukupan broj piksela također postaje veći, tako da je primjena Micro LED-a na ekranima od 3-99 inča značajno povećala tehničku složenost i troškove procesa, a zrelost Micro LED tehnologije u ovom rasponu treba poboljšati. A najvažnije je da ovo područje veličina, bilo da se radi o malim OLED-ima ili velikim LCD-ima, ima nepokolebljive prednosti u pogledu troškova. U budućnosti, uz kontinuirano smanjenje troškova Micro LED-a i kontinuirano poboljšanje tehnologije, jaz između troškova i složenosti procesa Micro LED-a i LCD-a i OLED-a će se dodatno smanjiti.

Što se tiče velikih ekrana većih od 100 inča, Micro LED ima prednost. Na tržištu ekrana većih od 100 inča, LCD će biti ograničen prinosom proizvodnje i efikasnošću rezanja panela velikih dimenzija, a kod OLED-a je također teško postići smanjenje troškova zbog procesa isparavanja nakon velikih dimenzija, što rezultira nižim prinosom, tako da su u prošlosti efekti prikaza bili opštiji, projektori i LCD ekrani za spajanje zauzimali dominantnu poziciju na tržištu ekrana većih od 100 inča. Međutim, sa značajnim padom troškova Micro LED-a, ubrzat će se zamjena tradicionalnih proizvoda za prikaz kao što su projektori i LCD ekrani za spajanje, s mnogim prednostima kao što su spajanje preko cijelog ekrana, bogate boje i visoka svjetlina.

Tri veličine tržišta mikro LED industrije

Trenutno se mikro LED čipovi proizvode u scenama displeja kao što su naočale i televizori, ali većina proizvoda je još uvijek u fazi koncepta zbog ograničenja cijena i još uvijek nisu postigli veliku tržišnu promociju. U budućnosti, s probojem i postepenom zrelošću ključne tehnologije mikro LED-a, troškovi komercijalizacije i industrijalizacije će se znatno smanjiti, a prinos čipa će se dodatno poboljšati, te se očekuje da će mikro LED preuzeti vodeću ulogu u primjeni scenarija displeja velikih i malih dimenzija. Sa stanovišta isporuke, prema podacima prognoze Omdia-e, pod utjecajem potražnje na tržištu pametnih satova i vrhunskih televizora, globalne isporuke mikro LED displeja će porasti sa zanemarljivog nivoa u 2020. godini na više od 16 miliona komada u 2027. godini, a potencijal potražnje na tržištu je veliki. Na osnovu veličine tržišta, prema prognozi Jibang Consultinga, u scenariju primjene mikro displeja, očekuje se da će 2026. godine izlazna vrijednost mikro LED AR čipa za displej naočala iznositi čak 41 milion američkih dolara; U scenariju velikih displeja, izlazna vrijednost mikro LED čipova za velike displeje dostići će 54 miliona dolara u 2022. godini, a očekuje se da će porasti na 4,5 milijardi dolara u 2026. godini, sa složenom godišnjom stopom rasta od 204%, te postoji mnogo prostora za rast tržišta.

Četvrto, terminalna potražnja i politika potiču brzi razvoj industrije

(1) Promjene u potražnji terminala su glavni faktori koji pokreću razvoj industrije

Od 2009. godine, industrija LED čipova je prošla kroz tri ciklusa, a svi su bili potaknuti novom potražnjom za LED proizvodima. Prva faza je prije 2013. godine, kada je pozadinsko osvjetljenje televizora s ravnim ekranom i mobilnih telefona bila glavna potražnja za LED diodama, što je potaknulo razvoj LED industrije. Druga faza je od 2013. do 2014. godine. 2013. godine Evropska unija je potpuno zabranila bijela pletena svjetla, potražnja za profesionalnom LED rasvjetom i pejzažnom rasvjetom je porasla, a izvoz obalnih LED dioda je porastao, što je potaknulo razvoj LED industrije. Treća faza je od 2015. do 2020. godine, kada je brz razvoj LED dioda s malim razmakom, veliki broj zamjenskih LCD i DLP dioda se široko koriste u vladinim komandnim centrima, sigurnosti, kontroli bolesti, poslovanju, noćnom putovanju i drugim oblastima, što je potaknulo razvoj industrije. Četvrta faza je da je nakon 2020. godine potražnja industrije LED displeja za visokodefinicijskim displejima i niskom potrošnjom energije postepeno povećala stopu penetracije mikro LED dioda. Kao vrhunska tehnologija prikaza, uz smanjenje troškova i tehnološki napredak, Micro LED će ubrzati proces industrijalizacije Micro LED-a sa superiornim performansama kao što su dug vijek trajanja, visok kontrast, visoka rezolucija, bogate boje, ultra visoka svjetlina i niža potrošnja energije, te se očekuje da će ponovo potaknuti industriju da uđe u uzlazni ciklus.

(2) Snažna podrška nacionalnih politika će podstaći razvoj industrije

Kao sljedeća generacija nove tehnologije prikaza, Micro LED je privukao mnogo pažnje. Posljednjih godina, država je donijela niz podržavajućih politika, kao što je "14. petogodišnji plan" iz 2021. godine, koji jasno navodi da je poluprovodnik treće generacije važan sadržaj, a projekat obuhvata ključne tehnologije kao što su nova energetska vozila, aplikacije za velike podatke, 5G komunikacije i Micro LED displej. Ministarstvo industrije i informacionih tehnologija i pet drugih odjela izdali su "Akcioni plan za razvoj integracije virtuelne stvarnosti i industrijskih aplikacija (2022-2026)", koji će se fokusirati na promociju Micro LED i drugih nadogradnji tehnologije mikro displeja; Ministarstvo industrije i Ministarstvo finansija izdali su "Akcioni plan za stabilan rast industrije proizvodnje elektronskih informacija 2023-2024" predlažući snažan razvoj Mini LED, Micro LED i drugih tehnologija; Ministarstvo industrije i informacionih tehnologija i sedam drugih odjela zajednički su izdali "Mišljenja o implementaciji za promociju budućih industrijskih inovacija i razvoja", u kojima je predloženo probijanje Micro LED, lasera, štampanja i drugih tehnologija prikaza i postizanje primjene velikih razmjera. Objavljivanje i implementacija gore navedenih politika i propisa pokazuje pozitivan stav i čvrstu odlučnost kineske vlade da razvije mikro LED industriju, što pruža bolje razvojno okruženje za njen razvoj. Očekuje se da će mikro LED imati koristi od političke podrške države i dovesti do brzog razvoja.

Pet, razvoj industrije mikro LED dioda

(1) Status razvoja industrije

Proces proizvodnje mikro LED dioda sličan je konvencionalnim tehničkim koracima, uglavnom uključujući rast epitaksijalnih LED pločica, proizvodnju mikro LED čipova, proizvodnju zadnje ploče drajvera (TFT drajver ili mikro IC drajver), veliki transfer četiri dijela. Prije svega, dizajn LED strukture je tanki film, mikro niz, a zatim se mikro LED dioda prenosi na štampanu ploču korištenjem velike količine tehnologije, podloga može biti tvrda, mekana prozirna, neprozirna; Korištenjem procesa fizičkog taloženja za dovršetak zaštitnog sloja i gornje elektrode, gornja podloga se može pakirati i može se dovršiti jednostavan mikro LED displej. Međutim, zbog minijaturizacije čipa, tehnologija proizvodnje mikro LED dioda postavila je nove tehničke indikatore i zahtjeve za svaku kariku postojećeg industrijskog lanca, uključujući potrebe za istraživanjem i razvojem ključnih tehnologija u različitim oblastima kao što su materijali, procesi i oprema, a tehnologija svake industrijske karike ne može se nezavisno razvijati, to je vrlo složen tehnički sistem. Neophodna je bliska saradnja sa uzvodnim i nizvodnim dijelovima industrijskog lanca kao što su paneli, čipovi, masovni transferi i drajverski IC-ovi. Trenutno, četiri ključne tehnologije: epitaksija i proizvodnja čipova, masivni transfer, displej u punoj boji i pogon displeja, još uvijek nisu usavršene.

(2) Pregled globalnih tehnoloških inovacija

Iz perspektive historije razvoja Micro LED-a, dva profesora na Texas Tech University preuzela su vodeću ulogu u predlaganju koncepta Micro LED-a 2000. godine, a sada je ušao u visoki period globalnih tehnoloških inovacija. Od 2017. godine, inovacijska aktivnost Micro LED tehnologije značajno se povećala i trenutno se nalazi u periodu eksplozivnog rasta. Trenutno, Micro LED ima globalnu patentnu rezervu od preko 40.000, od kojih je više od 13.000 važećih patenata, a zbir omjera ispitivanja i validnosti je blizu 80%, što ukazuje na to da su potencijalne patentne barijere u ovoj oblasti visoke. Iz perspektive aktivnijeg područja inovacija Micro LED tehnologije, aktivnije područje tehnoloških inovacija je u Kini, Sjedinjenim Američkim Državama i Južnoj Koreji, a regija raspoređenosti patenata pokazuje da je aktivnije tržište u Kini i Sjedinjenim Američkim Državama. Iz perspektive glavnih inovacijskih subjekata u svijetu i Kini, vodeći globalni inovacijski subjekti u Kini, Južnoj Koreji i Sjedinjenim Američkim Državama imaju više prednosti, uglavnom u preduzećima za displeje i fotoelektrične panele. Među 15 vodećih svjetskih preduzeća, kineska preduzeća čine više od polovine, BOE i Huaxing Optoelectronics su rangirani među 5 vodećih svjetskih preduzeća; Pored vodećih kineskih preduzeća, južnokorejski Samsung i LG su na čelu svjetske liste patenata. Iz rezultata distribucije broja patenata prema vrsti istraživačko-razvojnih institucija, startupovi imaju najveći udio, dostižući 29%. Iz perspektive vrsta patenata, broj patenata je raspoređen oko četiri ključne tehnologije: epitaksija i čip struktura, masivni transfer, displej u boji i drajver displeja.

(3) Razvoj četiri ključne tehnologije

Epitaksija i proizvodnja čipova: Proces proizvodnje mikro LED dioda, od pločice do čipa, mora proći kroz korake kao što su epitaksija - postepeno nagrizanje - priprema provodnog sloja - priprema elektrode. U smjeru epitaksije i tehnologije strukture čipova, za manje mikro LED diode, trenutna industrija je uglavnom zabrinuta zbog ujednačenosti talasne dužine, niske epitaksijalne defektnosti i pitanja kvantne efikasnosti: (1) Nakon što je čip minijaturiziran, postoje visoki zahtjevi za konzistentnost talasne dužine epitaksije i nisku stopu defekata, tradicionalne LED diode zahtijevaju 6-12nm, dok se mikro LED čip mora smanjiti na 2nm; (2) Veličina čipa postaje sve manja i manja, a prinos fragmenata rezanja se smanjuje; (3) Efikasnost mikro LED dioda će se povećavati s povećanjem gustine struje, a smanjivati ​​s povećanjem gustine struje nakon dostizanja vršne vrijednosti. Kako se veličina mikro LED diode smanjuje, vršna efikasnost se pomiče u smjeru visoke gustine struje, a vršna efikasnost nastavlja da se smanjuje.

Veliki transfer: Zbog razlike u procesu rasta Micro LED luminescentnog sloja i podloge drajvera, teško je integrirati niz displeja i drajver kroz proces rasta, pa je potrebno prenijeti napravljena Micro LED zrna na ploču pogona, što je veliki proces transfera. Uzimajući 4K TV kao primjer, zrna koja treba prenijeti su čak 24 miliona (izračunato u 4.000 x 2.000 x RGB tri boje), čak i ako se transfer od 10.000, mora se ponoviti 2.400 puta, tako da se ogroman transfer suočava s tri glavna problema: (1) tačnost transfera: Tačnost pomjeranja Micro LED na ploču pogona mora se kontrolisati unutar ±0,5μm, a uređaj za transfer mora imati visoku tačnost poravnanja i tačnost tačke pada. (2) Efikasnost transfera: tradicionalna LED 2 komada/sekundi, Micro LED zahtijeva 20.000 komada/sekundi; (3) Prinos transfera: Tolerancija greške piksela kod proizvoda za prikaz je vrlo niska, ako želite kreirati manje od 5 piksela na ekranu u punoj boji rezolucije 1920*1080, prinos transfera mora dostići 99,9999%.

Tehnologija velikog transfera uglavnom uključuje molekularne sile (prijenos zaptivača), elektrostatički, magnetski transfer, laserski transfer, samo-sastavljanje (tehnologija fluidnog sastavljanja) i tako dalje. Laserski transfer velikih dimenzija može kontrolisati relativno malu veličinu, brz odziv, visoku efikasnost transfera i visok stepen selektivnosti, laserski transfer ili će postati glavna tehnologija velikog transfera. Trenutno, domaća tehnologija i oprema za veliki transfer napreduju, proizvođači velikih lasera (002008), vodećih inteligencija (300450), Haimu zvjezdanih lasera i druge opreme za veliki transfer uspješno su isporučeni kupcima, ali domaća laserska oprema od masovne proizvodnje velikih razmjera je još uvijek daleko.

Prikaz u punoj boji: Postizanje monohromatskog prikaza pomoću mikro LED dioda je relativno jednostavno, ali postizanje punog kolora je relativno složeno. RGB tri boje moraju prenijeti crvenu, zelenu i plavu tri boje. Kao ključni tehnički indeks mikro LED tehnologije, istraživanje mikro LED tehnologije punog kolora postalo je žarište istraživanja i poteškoća u razvoju mikro LED tehnologije. Metode realizacije kolorizacije mikro LED dioda uglavnom uključuju RGB trobojnu LED metodu, UV plavu LED+ luminiscentnu metodu i metodu sinteze sočiva, a sve one imaju odgovarajuće nedostatke. Poređenja radi, u pogledu toka procesa i materijala, UV plava LED+ metoda medija za emitovanje svjetlosti je jednostavnija od drugih shema, uglavnom se koristi plava LED dioda za zamjenu ploče pozadinskog osvjetljenja, a kvantni tačkasti film ili fosfor kao medij za emitovanje svjetlosti za zamjenu RGB filtera, kako bi se upotpunio prikaz u punoj boji.

Drajver ekrana: Šema dizajna aktivnog drajvera predstavljena CMOS-om i TFT-om postala je glavni tok razvoja Micro LED tehnologije. Micro LED je uređaj koji emituje svjetlost pokretan strujom, a njegov način rada se generalno dijeli na pasivni PM (Pasivna matrica) i aktivni AM (Aktivna matrica) pogon. Zbog pasivnog pogona: (1) nije pogodan za proizvodnju velikih površina, ne može ispuniti zahtjeve pogona velikog ekrana; (2) Karakteristike pogona sa skeniranjem kolona, ​​lako je proizvesti neujednačeno osvjetljenje piksela kolona, ​​što rezultira ograničenom slikom i rezolucijom prikaza; (3) Razmak piksela se postepeno smanjuje, pasivni način rada tradicionalne PCB ploče ne može zadovoljiti zahtjeve pogona i ima mnogo nedostataka u primjeni Micro LED-a, stoga će shema dizajna aktivnog pogona predstavljena CMOS-om i TFT-om postati dobar pratilac za razvoj Micro LED tehnologije. Na primjer, u CMOS tehnologiji drajvera, kako bi se probila tehnologija transfer vezivanja, trenutna industrija se fokusira na istraživanje tehnologije vezivanja Micro LED i CMOS kola drajvera.