Terminalefterspørgsel og -politikker driver den hurtige udvikling af Micro LED-industrien

Mikro-LED er en hexagonal kriger inden for displayteknologi. Mere end 80 % af den menneskelige information opnås gennem øjnene, og menneskets højere krav til billedkvalitet og form driver den kontinuerlige udvikling og iteration af displayteknologi. Farvedisplayteknologi har gennemgået overgangsteknologier som CRT siden sin udvikling og er i øjeblikket domineret af LCD- og OLED-teknologi. Med hensyn til ydeevne har Micro LED som den næste generations displayteknologi en meget overlegen ydeevnefordel i næsten alle tekniske dimensioner sammenlignet med storskalaproduktion af LCD-teknologi (liquid crystal display) og OLED-teknologi (organic light-emitting diode display): Lang levetid, høj kontrast, høj opløsning, hurtig respons, bredere betragtningsvinkeleffekt og fyldige farver betragtes som den ultimative løsning inden for displayteknologi.

For det første er det omkostninger og ydeevne, der driver Micro LED-industrien fortsat med at udvikle sig.

Micro LED er en ny LED-miniaturiserings- og matrixteknologi, der refererer til integrationen af ​​et mikro-LED-array med høj tæthed på en chip. Teknologien opnår single-point-drev selvbelysning ved at miniaturisere LED-enheden til et niveau på mindre end 50 mikron, hvilket er ~100 gange mindre end traditionelle LED'er og reducerer pixelafstanden fra millimeter til mikron. Derfor er Micro LED i bund og grund en mikron-niveau LED, og ​​LED-lysdioden er en solid-state halvlederenhed, der kan omdanne elektrisk energi til synligt lys.

Med hensyn til omkostninger, en 4-tommer safir epitaksial plade, skåret i almindelige LED-chips omkring 60.000, skåret i Mini LED chips omkring 600.000, skåret Micro LED-chips i mere end 2,4 millioner. Den samme wafer, antallet af Micro LED er blevet betydeligt øget, og prisen på en enkelt chip er lavere, hvilket også er en af ​​grundene til Micro LED's udviklingspotentiale set fra et omkostningssynspunkt.

Med hensyn til ydeevne har Micro LED, sammenlignet med masseproducerede LCD-teknologier og OLED-teknologier, meget overlegne ydeevnefordele på næsten alle tekniske områder, såsom lang levetid, høj kontrast, høj opløsning, hurtig respons, bredere betragtningsvinkel, fyldige farver, ultrahøj lysstyrke og lavere strømforbrug. Blandt disse er (1) tynd og let: Størrelsen på Micro LED er omkring 1/100 af den traditionelle LED eller omkring 1/10 af bredden af ​​et menneskehår; (2) Lavt strømforbrug: Micro LED bruger tre primære farver som subpixels, der er selvlysende. LCD-skærmprocessen skal bruge baggrundsbelysning til polarisering og derefter til farvefiltrering. Displayprocessen har et stort energitab. Sammenlignet med de to er Micro LED's strømforbrug omkring 10 % af LCD's strømforbrug. Micro LED bruger uorganiske materialer til at udsende lys, hvilket har en højere lyseffektivitet, og OLED bruger organiske materialer til at udsende lys, og lysforbruget for begge er lavere end for OLED. Derfor er strømforbruget for Micro LED lavere end for OLED, og ​​meget lavere end for LCD, når det vises det samme billede; (3) Høj lysstyrke: Micro LED bruger galliumnitrid (GaN) uorganisk materiale i den lysende del, og dets lysstyrke kan teoretisk set nå 105 cd/m2, hvilket er meget højere end LCD's 3.000 cd/m2 og OLED's 1.500 cd/m2, og levetiden for uorganiske materialer er længere; (4) Høj opløsning: Med Micro LED-displayteknologi er hver Micro LED en pixel, der kan selvlysende, og en enkelt Micro LED er på mikronniveau, så den kan opnå en meget høj opløsning. Pixeltætheden for Micro LED-displayet kan være mere end 1.500 PPI, mens LCD- og OLED-skærmens PPI er omkring 800 PPI og 400 PPI.

Kort sagt vil omkostninger og ydeevne fremme den fortsatte udvikling af Micro LED-industrien.

For det andet, Micro LED applikationsscenarier

Micro LED er fremtidens ultimative displayteknologi. Hvis man ikke tager højde for omkostninger og procesmodenhed, kan man kun se på displayets ydeevne og indikatordata. Micro LED er uden tvivl den ultimative displayteknologi. Alle Micro LED-ydeevneindikatorer er bedre end andre displayteknologier. Med hensyn til anvendelsesscenarier er Micro LED velegnet til produktapplikationer i alle størrelser. Fra et teknisk og økonomisk perspektiv vil Micro LED være den første til at blive anvendt på små displays under 3 tommer og store displays over 100 tommer.
Med hensyn til små skærmstørrelser under 3 tommer vil Micro LED udhule OLED-markedet. Små skærme er meget tæt på hinanden, og kravene til skærmeffekt er høje, og små skærme er almindelige i mobile terminaler, samt høje krav til strømforbrug. Derfor er OLED blevet mainstream-teknologien til små skærme med fordelene ved lavt strømforbrug og god skærmeffekt, men OLED's markedsandel på dette område vil blive udhulet af Micro LED i fremtiden. På den ene side er Micro LED bedre end OLED på alle skærmpræstationsindikatorer såsom skærmeffekt og strømforbrug. På den anden side er omkostningerne ved Micro LED på grund af den lille skærmstørrelse og det lille samlede antal pixels også relativt kontrollerbare. Fra det nuværende teknologiske synspunkt har Micro LED været i stand til at opnå chipminiaturisering, men der er stadig nogle flaskehalse i den store overførsel, og udbyttet er relativt begrænset. I øjeblikket undersøger forskellige virksomheder tekniske forbedringsløsninger baseret på kontrollerbare omkostninger.

Med hensyn til 3-99 tommer skærme er det svært for Micro LED at erodere markedsandelen for LCD og OLED på kort tid. På grund af den korte synsafstand stiller skærmen højere krav til chipstørrelse og pitch, mens skærmstørrelsen bliver større, og det samlede antal pixels også bliver højere, så anvendelsen af ​​Micro LED på 3-99 tommer skærme har øget den tekniske vanskelighed og omkostningerne ved processen betydeligt, og Micro LED-teknologiens modenhed i dette område skal forbedres. Og det mest kritiske er, at dette størrelsesområde, uanset om det er lille OLED eller stor LCD, har dets omkostningsfordele, der er urokkelige. I fremtiden, med den løbende reduktion af omkostningerne ved Micro LED og den løbende forbedring af teknologien, vil forskellen mellem omkostninger og procesvanskeligheder ved Micro LED, LCD og OLED blive yderligere indsnævret.

Med hensyn til store skærme på over 100 tommer har Micro LED en fordel. På skærmmarkedet på over 100 tommer vil LCD være begrænset af produktionsudbyttet og skæreeffektiviteten af ​​store paneler, og OLED er også vanskeligt at opnå en omkostningsreduktion på grund af fordampningsprocessen efter stor størrelse, hvilket giver lavere udbytte. Tidligere var skærmeffekten mere generel, og projektorer og LCD-skærme indtog en dominerende position på skærmmarkedet på over 100 tommer. Men med det betydelige fald i prisen på Micro LED vil det accelerere udskiftningen af ​​traditionelle skærmprodukter som projektorer og LCD-splejsning med mange fordele, såsom fuldskærmssplejsning, fyldige farver og høj lysstyrke.

Markedsstørrelsen på de tre Micro LED-industrier

I øjeblikket er Micro LED-chips blevet produceret i displayscener som briller og TV'er, men de fleste produkter er stadig på konceptstadiet på grund af prisrestriktioner og har endnu ikke opnået storstilet markedsfremme. I fremtiden, med gennembruddet og den gradvise modning af nøgleteknologien Micro LED, reduceres kommercialiserings- og industrialiseringsomkostningerne kraftigt, og chipudbyttet forbedres yderligere. Micro LED forventes at tage føringen i anvendelsen af ​​store og små displayscenarier. Fra et forsendelsessynspunkt vil de globale Micro LED-displayforsendelser, påvirket af markedets efterspørgsel efter smarture og high-end TV, ifølge Omdia-prognosedata stige fra et ubetydeligt niveau i 2020 til mere end 16 millioner enheder i 2027, og markedsefterspørgselspotentialet er stort. Ud fra markedsstørrelsen forventes det ifølge Jibang Consultings prognose, at outputværdien af ​​Micro LED AR-briller i 2026 vil være så høj som 41 millioner amerikanske dollars i micro-display-applikationsscenariet. I scenariet med store displays vil outputværdien af ​​Micro LED-store displaychips nå 54 millioner dollars i 2022 og forventes at stige til 4,5 milliarder dollars i 2026 med en sammensat årlig vækstrate på 204 %, og der er stor plads til markedsvækst.

For det fjerde driver terminalefterspørgslen og -politikken den hurtige udvikling af industrien

(1) Ændringer i terminalefterspørgslen er de vigtigste faktorer, der driver branchens udvikling

Siden 2009 har LED-chipindustrien oplevet tre cyklusser, alle drevet af en ny efterspørgsel efter LED-produkter. Den første fase er før 2013, hvor fladskærms-tv og mobiltelefonbaggrundsbelysning er den primære efterspørgsel efter LED, hvilket har drevet udviklingen af ​​LED-industrien. Den anden fase er fra 2013 til 2014, hvor EU fuldstændigt forbød hvide vævede lys i 2013, efterspørgslen efter professionel LED-belysning og landskabsbelysning er steget, og eksporten af ​​kyst-LED'er er steget, hvilket har drevet udviklingen af ​​LED-industrien. Den tredje fase er fra 2015 til 2020, hvor den hurtige udvikling af small-pitch LED'er har ført til et stort antal erstatnings-LCD'er og DLP'er, der er meget udbredt i offentlige kommandocentre, sikkerhed, sygdomsbekæmpelse, erhvervslivet, natrejser og andre områder, hvilket har drevet industriens udvikling. Den fjerde fase er, at efter 2020 har LED-displayindustriens efterspørgsel efter HD-skærme og lavt strømforbrug gradvist øget penetrationsraten for Micro LED'er. Som den ultimative displayteknologi vil Micro LED, med omkostningsreduktion og teknologiske fremskridt, fremskynde industrialiseringsprocessen for Micro LED med overlegen ydeevne såsom lang levetid, høj kontrast, høj opløsning, fyldig farve, ultrahøj lysstyrke og lavere strømforbrug, og det forventes at drive branchen til at gå ind i den stigende cyklus igen.

(2) Stærk støtte fra nationale politikker vil drive udviklingen af ​​industrien

Som den næste generation af ny displayteknologi har Micro LED tiltrukket sig stor opmærksomhed. I de senere år har staten udstedt en række støttende politikker, såsom den "14. femårsplan" i 2021, der klart fastslår, at tredjegenerations halvledere er et vigtigt indhold, og projektet dækker nøgleteknologier såsom nye energikøretøjer, big data-applikationer, 5G-kommunikation og Micro LED-display. Ministeriet for Industri og Informationsteknologi og fem andre afdelinger udstedte "Virtual reality and industry application Integration Development Action Plan (2022-2026)", som vil fokusere på at fremme Micro LED og andre opgraderinger af mikrodisplayteknologi. Ministeriet for Industri og Finansministeriet udstedte "Electronic Information Manufacturing Industry 2023-2024 stable growth Action Plan", der foreslår en kraftig udvikling af Mini LED, Micro LED og andre teknologier. Ministeriet for Industri og Informationsteknologi og syv andre afdelinger udstedte i fællesskab "Implementation Opinions on Promoting Future Industrial Innovation and Development", der foreslår at bryde igennem Micro LED, laser, print og andre displayteknologier og opnå storstilet anvendelse. Offentliggørelsen og implementeringen af ​​ovenstående politikker og regler viser den kinesiske regerings positive holdning og faste vilje til at udvikle Micro LED-industrien, hvilket skaber et bedre udviklingsmiljø for udviklingen af ​​Micro LED-industrien. Micro LED forventes at drage fordel af statens politiske støtte og indlede en hurtig udvikling.

Fem, udviklingen af ​​Micro LED-industrien

(1) Status for industriens udvikling

Micro LED-fremstillingsprocessen ligner de konventionelle tekniske trin, primært omfattende LED-epitaksial wafervækst, Micro LED-chipproduktion, driver-backplaneproduktion (TFT-driver eller Micro IC-driver) og overførsel af fire store dele. Først og fremmest er LED-strukturdesignet tyndfilms-, Micro- og array-strukturer, og derefter overføres Micro LED'en til printkortet ved hjælp af en stor mængde teknologi. Substratet kan være hårdt, blødt, transparent og uigennemsigtigt. Ved at bruge den fysiske aflejringsproces til at fuldende det beskyttende lag og den øvre elektrode kan det øvre substrat pakkes, og et simpelt Micro LED-display kan færdiggøres. På grund af chippens miniaturisering har Micro LED-fremstillingsteknologien imidlertid fremsat nye tekniske indikatorer og krav til hvert led i den eksisterende industrikæde, herunder forsknings- og udviklingsbehov for nøgleteknologier inden for forskellige områder såsom materialer, processer og udstyr. Teknologien i hvert industrielt led kan ikke udvikles uafhængigt, da det er et meget komplekst teknisk system. Det er nødvendigt at samarbejde tæt med opstrøms og nedstrøms industrikæden, såsom paneler, chips, massive overførsler og driver-IC'er. På nuværende tidspunkt mangler de fire nøgleteknologier epitaksi og chipfremstilling, massiv overførsel, fuldfarvedisplay og displaydrev stadig at blive gennembrudt.

(2) Oversigt over global teknologisk innovation

Set i lyset af Micro LED's udviklingshistorie tog to professorer ved Texas Tech University føringen i at foreslå Micro LED-konceptet i år 2000, og det er nu gået ind i en periode med global teknologisk innovation. Siden 2017 er innovationsaktiviteten inden for Micro LED-teknologi steget betydeligt, og det er i øjeblikket inde i en periode med eksplosiv vækst. I øjeblikket har Micro LED en global patentreserve på mere end 40.000, hvoraf mere end 13.000 er gyldige patenter, og summen af ​​undersøgelses- og validitetsforholdet er tæt på 80%, hvilket indikerer, at de potentielle patentbarrierer på dette område er høje. Set i lyset af det mere aktive område inden for Micro LED-teknologiinnovation er det mest aktive område inden for teknologiinnovation i Kina, USA og Sydkorea, og regionen for patentlayout viser, at det mest aktive marked er i Kina og USA. Set i lyset af de største innovationsenheder i verden og Kina har de globalt førende innovationsenheder i Kina, Sydkorea og USA flere fordele, primært inden for displaypanel- og fotoelektriske virksomheder. Blandt verdens 15 største virksomheder tegnede kinesiske virksomheder sig for mere end halvdelen, mens BOE og Huaxing Optoelectronics rangerede i verdens top 5. Ud over Kinas førende virksomheder rangerer Sydkoreas patentansøgninger for Samsung og LG i frontlinjen i verden. Ud fra fordelingen af ​​antallet af patenter efter type af FoU-institutioner er startups den højeste og når 29%. Fra patenttypernes perspektiv er antallet af patenter fordelt på de fire nøgleteknologier: epitaksi og chipstruktur, massiv transfer, fuldfarvedisplay og displaydriver.

(3) Udviklingen af ​​fire nøgleteknologier

Epitaksi og chipfremstilling: Micro LED-fremstillingsprocessen fra wafer til chip skal gennemgå trin som epitaksi - trinvis ætsning - forberedelse af det ledende lag - forberedelse af elektroder. I retning af epitaksi- og chipstrukturteknologi er den nuværende industri for mindre Micro LED primært bekymret for bølgelængdeensartethed, lav epitaksisk defekt og kvanteeffektivitetsproblemer: (1) Efter at chippen er miniaturiseret, er der høje krav til epitaksisk bølgelængdekonsistens og lav defektrate, traditionel LED kræver 6-12 nm, Micro LED-chippen skal reduceres til 2 nm; (2) Chipstørrelsen bliver mindre og mindre, og udbyttet af skærefragmenter falder; (3) Effektiviteten af ​​Micro LED vil stige med stigende strømtæthed og falde med stigende strømtæthed efter at have nået peakværdien. Efterhånden som størrelsen af ​​Micro LED falder, bevæger peakeffektiviteten sig i retning af høj strømtæthed, og peakeffektiviteten fortsætter med at falde.

Stor overførsel: På grund af forskellen i vækstprocessen for Micro LED-lyslaget og driversubstratet er det vanskeligt at integrere displayarrayet og driverenheden gennem vækstprocessen, så det er nødvendigt at overføre de dannede Micro LED-korn til driverprintkortet, hvilket er en stor overførselsproces. Hvis vi tager et 4K-tv som eksempel, er de korn, der skal overføres, så høje som 24 millioner (beregnet i 4.000 x 2.000 x RGB tre farver), selv ved en overførsel på 10.000 skal den gentages 2.400 gange, så den store overførsel står over for tre store problemer: (1) Overførselsnøjagtighed: Nøjagtigheden af ​​at flytte Micro LED'en til driverprintkortet skal kontrolleres inden for ±0,5 μm, og overførselsenheden skal have høj justeringsnøjagtighed og droppunktnøjagtighed. (2) Overførselseffektivitet: traditionel LED 2 stk./sekund, Micro LED kræver 20.000 stk./sekund; (3) Overførselsudbytte: Displayprodukters pixelfejltolerance er meget lav. Hvis du vil oprette mindre end 5 pixels af et fuldfarvet 1920*1080-display, skal overførselsudbyttet nå 99,9999 %.

Stor overførselsteknologi omfatter primært molekylær kraft (tætningsoverførsel), elektrostatisk, magnetisk overførsel, laseroverførsel, selvmontering (væskemonteringsteknologi) og så videre. Stor laseroverførsel kan styre størrelsen af ​​den relativt lille, hurtige respons, høj overførselseffektivitet og har en høj grad af selektivitet, laseroverførsel eller vil blive mainstream-teknologien til stor overførsel. På nuværende tidspunkt gør indenlandsk stor overførselsteknologi og -udstyr fremskridt, producenter af stor laser (002008), førende intelligens (300450), Haimu-stjernelaser og andet stort overførselsudstyr er blevet succesfuldt sendt og leveret til kunder, men indenlandsk laserudstyr er stadig langt væk fra storskala masseproduktion.

Fuld farvevisning: Det er relativt simpelt at opnå monokrom med Micro LED, men det er relativt komplekst at opnå fuld farve. RGB tre farver skal overføres til røde, grønne og blå tre farvekorn. Som det vigtigste tekniske indeks for Micro LED-teknologi er forskningen i Micro LED fuld farveteknologi blevet et hotspot og vanskeligt forskningsområde i udviklingen af ​​Micro LED-teknologi. Realiseringsmetoderne til Micro LED-farvning omfatter primært RGB trefarvet LED-metode, UV blå LED + lysende mediummetode og linsesyntesemetode, som alle har tilsvarende mangler. Til sammenligning er UV blå LED + lysende mediummetoden enklere end andre ordninger med hensyn til procesflow og materialer, idet den primært bruger blå LED til at erstatte baggrundsbelysningspladen, og kvantepunktfilm eller fosfor som lysende medium til at erstatte RGB-filtre for at fuldende fuldfarvevisningen.

Skærmdriver: Designskemaet for aktive drivere repræsenteret af CMOS og TFT er blevet mainstream inden for udvikling af Micro LED-teknologi. Micro LED er en strømdrevet lysudstrålende enhed, og dens drivtilstand er generelt opdelt i PM (Passive Matrix) passivt drev og AM (Active Matrix) aktivt drev. På grund af det passive drev: (1) det er ikke egnet til storproduktion og kan ikke opfylde kravene til storskærmsdrev; (2) kolonnescanningsdrevegenskaber, let at producere ujævnt kolonnepixellys, hvilket resulterer i begrænset displaybillede og opløsning; (3) Pixelafstanden krymper gradvist, den passive drivtilstand på det traditionelle printkort kan ikke opfylde drevets behov og har mange ulemper ved anvendelsen af ​​Micro LED. Derfor vil designskemaet for aktive drivere repræsenteret af CMOS og TFT blive en god ledsager til udviklingen af ​​Micro LED-teknologi. For eksempel fokuserer den nuværende industri inden for CMOS-driverteknologi for at bryde igennem transfer bonding-teknologi på at udforske bonding-teknologien for Micro LED og CMOS-driverkredsløb.