La demanda i les polítiques de terminals impulsen el ràpid desenvolupament de la indústria dels micro LED
Micro LED La tecnologia de visualització és una guerrera hexagonal. Més del 80% de la informació humana s'obté a través dels ulls, i els requisits més elevats dels humans pel que fa a la qualitat i la forma de la imatge de la pantalla impulsen el desenvolupament i la iteració continus de la tecnologia de visualització. La tecnologia de visualització en color ha experimentat tecnologies de transició com ara CRT des del seu desenvolupament, i actualment està dominada per la tecnologia LCD i OLED. Pel que fa al rendiment, Micro LED com a tecnologia de visualització de nova generació, en comparació amb la producció a gran escala de tecnologia LCD (pantalla de cristall líquid) i tecnologia OLED (pantalla de díodes emissors de llum orgànics), Micro LED té un avantatge de rendiment molt superior en gairebé totes les dimensions tècniques: llarga vida útil, alt contrast, pot aconseguir alta resolució, resposta ràpida, efecte d'angle de visió més ampli, color intens, es considera la solució definitiva de la tecnologia de visualització.
En primer lloc, el cost i el rendiment impulsen el desenvolupament continu de la indústria dels microLED.
Micro LED és una nova tecnologia de miniaturització i matriu de LED, que fa referència a la integració d'una matriu de LED d'alta densitat de mida micro en un xip. La tecnologia aconsegueix l'autoil·luminació d'un sol punt miniaturitzant la unitat LED a un nivell inferior a 50 micres, que és aproximadament 100 vegades més petit que els LED tradicionals i redueix el pas de píxel de mil·límetre a micra. Per tant, el Micro LED és essencialment un LED de nivell de micres, i el díode emissor de llum LED és un dispositiu semiconductor d'estat sòlid que pot convertir l'energia elèctrica en llum visible.
Pel que fa al cost, una làmina epitaxial de safir de 4 polzades, tallada en xips LED ordinaris, uns 60.000, tallada en Mini LED xips d'uns 600.000, xips Micro LED tallats en més de 2,4 milions. Amb la mateixa oblia, el nombre de Micro LED s'ha incrementat significativament i el cost d'un sol xip és menor, cosa que també és una de les raons del potencial de desenvolupament dels Micro LED des del punt de vista del cost.
Pel que fa al rendiment, en comparació amb la tecnologia LCD i la tecnologia OLED que s'han produït en massa, el Micro LED té avantatges de rendiment molt superiors en gairebé totes les dimensions tècniques, com ara una llarga vida útil, un alt contrast, una alta resolució, una resposta ràpida, un efecte d'angle de visió més ampli, colors intensos, una brillantor ultraalta i un consum d'energia més baix. Entre ells, (1) prim i lleuger: la mida del Micro LED és aproximadament 1/100 de la del LED tradicional, o aproximadament 1/10 de l'amplada d'un cabell humà; (2) Baix consum d'energia: el Micro LED utilitza una estructura autoluminosa de tres subpíxels de colors primaris, el procés de visualització LCD necessita utilitzar retroiluminació per polaritzar i després per filtrar el color, el procés de visualització té molta pèrdua d'energia, en comparació amb els dos, en l'aplicació de visualització del Micro LED el consum d'energia és aproximadament el 10% del consum d'energia de la LCD. El Micro LED utilitza materials inorgànics per emetre llum, que té una major eficiència lluminosa, i l'OLED utilitza materials orgànics per emetre llum, i el consum d'energia lluminosa d'ambdós és inferior al de l'OLED. Per tant, en la visualització de la mateixa imatge, el consum d'energia del Micro LED és inferior al de l'OLED i molt inferior al de l'LCD; (3) Alta brillantor: el Micro LED utilitza material inorgànic de nitrur de gal·li (GaN) a la part lluminosa, i la seva brillantor teòricament pot arribar als 105 cd/m2, molt més alta que els 3.000 cd/m2 de l'LCD i els 1.500 cd/m2 de l'OLED, i la vida útil dels materials inorgànics és més llarga; (4) Alta resolució: amb la tecnologia de visualització Micro LED, cada Micro LED és un píxel que es pot autoil·luminar, i un únic Micro LED està al nivell de micres, de manera que pot aconseguir una resolució molt alta. La densitat de píxels de la pantalla Micro LED pot ser superior a 1.500 PPI, mentre que el PPI de la pantalla LCD i OLED és d'uns 800 PPI i 400 PPI.
En resum, el cost i el rendiment promouran el desenvolupament continu de la indústria dels micro LED.
En segon lloc, escenaris d'aplicació de Micro LED
Micro LED és la tecnologia de visualització definitiva del futur. Si no teniu en compte el cost i la maduresa del procés, només cal mirar el rendiment i les dades d'indicadors de la pantalla. Micro LED és sens dubte la tecnologia de visualització definitiva. Tots els indicadors de rendiment de Micro LED són millors que altres tecnologies de visualització. Pel que fa als escenaris d'aplicació, Micro LED és adequat per a aplicacions de productes de totes les mides. Des de la perspectiva de la viabilitat tècnica i la viabilitat econòmica, Micro LED serà el primer a aplicar-se a pantalles de mida petita de menys de 3 polzades i pantalles de mida gran de més de 100 polzades.
Pel que fa a les pantalles petites de menys de 3 polzades, els Micro LED erosionaran el mercat OLED. Pantalles de mida petita, ja que la distància de visualització és molt curta, els requisits d'efecte de visualització són elevats, i les pantalles de mida petita són habituals en terminals mòbils, i també tenen uns requisits elevats de consum d'energia. Per tant, OLED s'ha convertit en la tecnologia principal per a pantalles de mida petita amb els seus avantatges de baix consum d'energia i bon efecte de visualització, però la quota de mercat d'OLED en aquest camp es veurà erosionada pels Micro LED en el futur. D'una banda, els Micro LED són superiors als OLED en tots els indicadors de rendiment de la pantalla, com ara l'efecte de visualització i el consum d'energia; d'altra banda, a causa de la petita mida de la pantalla i el nombre total de píxels reduït, el cost dels Micro LED també és relativament controlable. Des del punt de vista de la tecnologia actual, els Micro LED han aconseguit la miniaturització del xip, però encara hi ha alguns colls d'ampolla en la transferència enorme, el rendiment és relativament limitat, actualment, diverses empreses estan explorant solucions de millora tècnica sobre la base de costos controlables.
Pel que fa a les pantalles de 3-99 polzades, és difícil que els Micro LED erosionin la quota de mercat dels LCD i OLED en poc temps. A causa de la curta distància de visualització, la pantalla té uns requisits més elevats pel que fa a la mida del xip i el pas, mentre que la mida de la pantalla es fa més gran i el nombre total de píxels també ho és, de manera que l'aplicació de Micro LED a la pantalla de 3-99 polzades ha augmentat significativament la dificultat tècnica i el cost del procés, i cal millorar la maduresa de la tecnologia Micro LED en aquest rang. I el més crític és que aquesta àrea de mida, ja sigui OLED de mida petita o LCD de mida gran, els seus avantatges de cost siguin fermament inamovibles. En el futur, amb la reducció contínua del cost dels Micro LED i la millora contínua de la tecnologia, la bretxa entre el cost i la dificultat del procés dels Micro LED i els LCD i OLED es reduirà encara més.
Pel que fa a les pantalles grans de més de 100 polzades, el Micro LED té l'avantatge. En el mercat de les pantalles de més de 100 polzades, el LCD estarà limitat pel rendiment de producció i l'eficiència de tall dels panells de mida gran, i l'OLED també és difícil d'aconseguir una reducció de costos a causa del procés d'evaporació després de grans dimensions, un rendiment més baix. Per tant, en el passat, l'efecte de visualització era més general, els projectors i les pantalles d'empalmament LCD ocupaven una posició dominant en el mercat de les pantalles de més de 100 polzades. Tanmateix, amb la disminució significativa del cost del Micro LED, s'accelerarà la substitució dels productes de visualització tradicionals, com ara els projectors i l'empalmament LCD, que ofereixen molts avantatges, com ara l'empalmament de pantalla completa, colors intensos i alta brillantor.
Mida del mercat de la indústria de tres micro LED
Actualment, els xips Micro LED s'han produït en escenes de visualització com ara ulleres i televisors, però la majoria dels productes encara es troben en fase de concepte a causa de les restriccions de preu i encara no han aconseguit una promoció al mercat a gran escala. En el futur, amb l'avenç i la maduresa gradual de la tecnologia clau de Micro LED, el cost de comercialització i industrialització es reduirà considerablement i el rendiment del xip millorarà encara més, i s'espera que Micro LED lideri l'aplicació d'escenaris de pantalles de mida gran i petita. Des del punt de vista dels enviaments, segons les dades de previsió d'Omdia, afectats per la demanda del mercat de rellotges intel·ligents i televisors d'alta gamma, els enviaments globals de pantalles Micro LED augmentaran del nivell insignificant del 2020 a més de 16 milions d'unitats el 2027, i el potencial de demanda del mercat és gran. Pel que fa a la mida del mercat, segons la previsió de Jibang Consulting, en l'escenari d'aplicació de micropantalles, s'espera que el 2026 el valor de producció del xip de visualització d'ulleres AR Micro LED arribi als 41 milions de dòlars americans; En l'escenari de pantalles de gran mida, el valor de producció dels xips de pantalles Micro LED arribarà als 54 milions de dòlars el 2022 i s'espera que augmenti fins als 4.500 milions de dòlars el 2026, amb una taxa de creixement anual composta del 204%, i hi ha molt marge per al creixement del mercat.
En quart lloc, la demanda i les polítiques de terminals impulsen el ràpid desenvolupament de la indústria
(1) Els canvis en la demanda de terminals són els principals factors que impulsen el desenvolupament de la indústria
Des del 2009, la indústria dels xips LED ha experimentat tres cicles, tots impulsats per una nova demanda de productes LED. La primera etapa és abans del 2013, els televisors de pantalla plana i la retroiluminació dels telèfons mòbils com a principal demanda de LED per impulsar el desenvolupament de la indústria LED, la segona etapa és del 2013 al 2014, el 2013, la Unió Europea va prohibir completament les llums blanques teixides, la demanda d'il·luminació professional LED i il·luminació de paisatges va augmentar, les exportacions de LED costaners van augmentar per impulsar el desenvolupament de la indústria LED; La tercera etapa és del 2015 al 2020, el ràpid desenvolupament de LED de petit pas, un gran nombre de LCD i DLP de recanvi, àmpliament utilitzats en centres de comandament governamentals, seguretat, control de malalties, negocis, viatges nocturns i altres camps, impulsant així el desenvolupament de la indústria; La quarta etapa és que després del 2020, la demanda de la indústria de pantalles LED de pantalles d'alta definició i baix consum d'energia ha augmentat gradualment la taxa de penetració de Micro LED. Com a tecnologia de visualització definitiva, amb la reducció de costos i el progrés tecnològic, Micro LED accelerarà el procés d'industrialització de Micro LED amb un rendiment superior com ara una llarga vida útil, alt contrast, alta resolució, colors intensos, brillantor ultra alta i menor consum d'energia, i s'espera que impulsi la indústria a tornar a entrar en el cicle ascendent.
(2) Un fort suport de les polítiques nacionals impulsarà el desenvolupament de la indústria
Com a nova generació de tecnologia de visualització, el Micro LED ha atret molta atenció. En els darrers anys, l'estat ha promulgat diverses polítiques de suport, com ara el "14è Pla Quinquennal" del 2021, que estableix clarament que el semiconductor de tercera generació és un contingut important, i el projecte cobreix tecnologies clau com ara vehicles de nova energia, aplicacions de big data, comunicacions 5G i pantalles Micro LED. El Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació i altres cinc departaments van publicar el "Pla d'Acció per al Desenvolupament de la Integració d'Aplicacions Industrials i Realitat Virtual (2022-2026)", que se centrarà en la promoció del Micro LED i altres actualitzacions tecnològiques de micro pantalles; el Ministeri d'Indústria i el Ministeri de Finances van publicar el "Pla d'acció de creixement estable de la indústria de fabricació d'informació electrònica 2023-2024" que proposa desenvolupar vigorosament el Mini LED, el Micro LED i altres tecnologies; el Ministeri d'Indústria i Tecnologia de la Informació i altres set departaments van publicar conjuntament els "Opinions d'Implementació sobre la Promoció de la Innovació i el Desenvolupament Industrial Futur", que proposaven trencar amb les tecnologies de micro LED, làser, impressió i altres pantalles i aconseguir aplicacions a gran escala. La publicació i la implementació de les polítiques i regulacions esmentades mostra l'actitud positiva i la ferma determinació del govern xinès per desenvolupar la indústria Micro LED, la qual cosa proporciona un millor entorn de desenvolupament per al desenvolupament de la indústria Micro LED. S'espera que Micro LED es beneficiï del suport polític de l'estat i impulsi un desenvolupament ràpid.
Cinquè, el desenvolupament de la indústria dels micro LED
(1) Estat de desenvolupament de la indústria
El procés de fabricació de Micro LED és similar als passos tècnics convencionals, que inclouen principalment el creixement de l'oblea epitaxial de LED, la producció de xips Micro LED, la producció de la placa posterior del controlador (controlador TFT o controlador Micro IC) i la transferència a gran escala de quatre parts. En primer lloc, el disseny de l'estructura del LED és de pel·lícula fina, Micro, matriu, i després el Micro LED es transfereix a la placa de circuit mitjançant una gran quantitat de tecnologia, el substrat pot ser dur, tou, transparent, opac; Mitjançant el procés de deposició física per completar la capa protectora i l'elèctrode superior, es pot empaquetar el substrat superior i es pot completar una pantalla Micro LED senzilla. Tanmateix, a causa de la miniaturització del xip, la tecnologia de fabricació de Micro LED ha proposat nous indicadors i requisits tècnics per a cada enllaç de la cadena industrial existent, incloses les necessitats de recerca i desenvolupament de tecnologies clau en diversos camps com ara materials, processos i equips, i la tecnologia de cada enllaç industrial no es pot desenvolupar de forma independent, és un sistema tècnic molt complex. Cal cooperar estretament amb els components aigües amunt i aigües avall de la cadena industrial, com ara panells, xips, transferències massives i circuits integrats de controladors. Actualment, encara cal superar les quatre tecnologies clau d'epitàxia i fabricació de xips, transferència massiva, pantalla a tot color i unitat de pantalla.
(2) Visió general de la innovació tecnològica global
Des de la perspectiva de la història del desenvolupament de Micro LED, dos professors de la Universitat Texas Tech van liderar la proposta del concepte de Micro LED l'any 2000, i ara ha entrat en un període alt d'innovació tecnològica global. Des del 2017, l'activitat d'innovació de la tecnologia Micro LED ha augmentat significativament i actualment es troba en un període de creixement explosiu. Actualment, Micro LED té una reserva global de patents de més de 40.000, de les quals més de 13.000 són patents vàlides, i la suma de la relació d'examen i validesa és propera al 80%, cosa que indica que les possibles barreres de patents en aquest camp són elevades; Des de la perspectiva de l'àrea més activa d'innovació en tecnologia Micro LED, l'àrea més activa d'innovació tecnològica es troba a la Xina, els Estats Units i Corea del Sud, i la regió de distribució de patents mostra que el mercat més actiu es troba a la Xina i els Estats Units. Des de la perspectiva de les principals entitats d'innovació del món i la Xina, les entitats d'innovació líders mundials a la Xina, Corea del Sud i els Estats Units tenen més avantatges, principalment en les empreses de panells de visualització i fotoelèctriques. Entre les 15 principals empreses del món, les xineses van representar més de la meitat, BOE i Huaxing Optoelectronics es van classificar entre les 5 primeres del món; a més de les principals empreses xineses, les patents de Samsung i LG de Corea del Sud es troben al capdavant del món. Pel que fa als resultats de la distribució del nombre de patents per tipus d'institucions d'R+D, les startups són les més elevades, arribant al 29%. Des de la perspectiva dels tipus de patents, el nombre de patents es distribueix al voltant de les quatre tecnologies clau: epitàxia i estructura de xips, transferència massiva, pantalla a tot color i controlador de pantalla.
(3) El desenvolupament de quatre tecnologies clau
Epitaxia i fabricació de xips: El procés de fabricació de microLED, des de la làmina fins al xip, ha de passar per passos com ara epitaxia - gravat per etapes - preparació de la capa conductora - preparació de l'elèctrode. En la direcció de la tecnologia d'epitaxia i estructura de xips, per als microLED més petits, la indústria actual es preocupa principalment per la uniformitat de la longitud d'ona, el baix defecte d'epitaxial i els problemes d'eficiència quàntica: (1) Després de miniaturitzar el xip, hi ha uns requisits elevats per a la consistència de la longitud d'ona d'epitaxial i la baixa taxa de defectes, el LED tradicional requereix 6-12 nm, i cal reduir el xip microLED a 2 nm; (2) La mida del xip és cada cop més petita i el rendiment del fragment de tall disminueix; (3) L'eficiència del microLED augmentarà amb l'augment de la densitat de corrent i disminuirà amb l'augment de la densitat de corrent després d'assolir el valor màxim. A mesura que la mida del microLED disminueix, l'eficiència màxima es mou cap a la direcció d'una alta densitat de corrent i l'eficiència màxima continua disminuint.
Transferència gran: a causa de la diferència en el procés de creixement de la capa lluminosa de Micro LED i el substrat del controlador, és difícil integrar la matriu de visualització i el dispositiu controlador a través del procés de creixement, per la qual cosa cal transferir els grans de Micro LED creats a la placa de circuit de la unitat, que és un procés de transferència gran. Prenent un televisor 4K com a exemple, els grans que s'han de transferir arriben als 24 milions (calculats en 4.000 x 2.000 x RGB tres colors), fins i tot si la transferència és de 10.000, s'ha de repetir 2.400 vegades, de manera que la transferència enorme s'enfronta a tres problemes principals: (1) precisió de la transferència: la precisió del moviment del Micro LED a la placa de circuit de la unitat s'ha de controlar amb un marge de ±0,5 μm, i el dispositiu de transferència ha de tenir una alta precisió d'alineació i precisió del punt de caiguda. (2) Eficiència de transferència: el LED tradicional requereix 2 peces/segon, el Micro LED requereix 20.000 peces/segon; (3) Rendiment de transferència: la tolerància a l'error de píxel dels productes de visualització és molt baixa. Si voleu crear menys de 5 píxels de la pantalla a tot color de 1920 * 1080, el rendiment de transferència ha d'arribar al 99,9999%.
La tecnologia de transferència de grans dimensions inclou principalment força molecular (transferència de segellat), electrostàtica, transferència magnètica, transferència làser, autoacoblament (tecnologia d'acoblament fluid), etc. La transferència de grans dimensions per làser pot controlar la mida de la transferència relativament petita, amb una resposta ràpida, una alta eficiència de transferència i un alt grau de selectivitat, i la transferència làser es convertirà en la tecnologia principal de transferència de grans dimensions. Actualment, la tecnologia i els equips de transferència de grans dimensions nacionals progressen, i els fabricants de làsers de grans dimensions (002008), intel·ligència líder (300450), làsers estrella Haimu i altres equips de transferència de grans dimensions s'han enviat amb èxit i s'han lliurat als clients, però els equips làser nacionals encara estan molt lluny de la producció en massa a gran escala.
Pantalla a tot color: Per aconseguir la monocromia amb micro LED és relativament senzill, però per aconseguir el color a tot color és relativament complex. Els tres colors RGB han de transferir els grans de tres colors vermell, verd i blau. Com a índex tècnic clau de la tecnologia Micro LED, la investigació de la tecnologia Micro LED a tot color s'ha convertit en un punt calent de la investigació i en una dificultat en el desenvolupament de la tecnologia Micro LED. Els mètodes de realització de la coloració de Micro LED inclouen principalment el mètode LED RGB de tres colors, el mètode LED blau UV + medi luminescent i el mètode de síntesi de lents, tots els quals tenen les seves deficiències corresponents. En comparació, pel que fa al flux de procés i als materials, el mètode LED blau UV + medi emissor de llum és més senzill que altres esquemes, utilitzant principalment LED blau per substituir la placa de retroiluminació, utilitzant pel·lícula de punts quàntics o fòsfor com a medi emissor de llum per substituir els filtres RGB, per completar la pantalla a tot color.
Controlador de pantalla: L'esquema de disseny de controlador actiu representat per CMOS i TFT s'ha convertit en el corrent principal del desenvolupament de la tecnologia Micro LED. El Micro LED és un dispositiu emissor de llum accionat per corrent, i el seu mode d'accionament generalment es divideix en un accionament passiu PM (Matriu Passiva) i un accionament actiu AM (Matriu Activa). A causa de l'accionament passiu: (1) no és propici per a la producció de grans superfícies, no pot complir els requisits de l'accionament de pantalla gran; (2) Característiques de l'accionament d'escaneig de columna, fàcil de produir llum de píxel de columna desigual, resultant en una imatge de visualització i resolució limitades; (3) El pas de píxel es redueix gradualment, el mode d'accionament passiu de la placa PCB tradicional no pot satisfer la demanda d'accionament i té molts desavantatges en l'aplicació de Micro LED, per tant, l'esquema de disseny d'accionament actiu representat per CMOS i TFT es convertirà en un bon company per al desenvolupament de la tecnologia Micro LED. Per exemple, en la tecnologia de controladors CMOS, per tal de trencar la tecnologia d'enllaç per transferència, la indústria actual se centra en explorar la tecnologia d'enllaç de Micro LED i circuits de controladors CMOS.
