A demanda e as políticas de terminais impulsan o rápido desenvolvemento da industria dos microLED

Micro LED A tecnoloxía de visualización é o guerreiro hexagonal. Máis do 80 % da información humana obtense a través dos ollos, e os maiores requisitos dos humanos en canto á calidade e forma da imaxe da pantalla impulsan o desenvolvemento e a iteración continuos da tecnoloxía de visualización. A tecnoloxía de visualización a cor experimentou tecnoloxías de transición como a CRT desde o seu desenvolvemento, e actualmente está dominada pola tecnoloxía LCD e OLED. En termos de rendemento, o Micro LED, como tecnoloxía de visualización de próxima xeración, en comparación coa produción a grande escala da tecnoloxía LCD (pantalla de cristal líquido) e a tecnoloxía OLED (pantalla de díodos orgánicos emisores de luz), o Micro LED ten unha vantaxe de rendemento moi superior en case todas as dimensións técnicas: longa vida útil, alto contraste, permite alcanzar alta resolución, resposta rápida, efecto de ángulo de visión máis amplo, cores ricas, considérase a solución definitiva da tecnoloxía de visualización.

En primeiro lugar, o custo e o rendemento impulsan o desenvolvemento continuo da industria dos microLED

Micro LED é unha nova tecnoloxía de miniaturización e matriz de LED, que se refire á integración dunha matriz de LED de micro tamaño de alta densidade nun chip. A tecnoloxía consegue a autoiluminación de accionamento único ao miniaturizar a unidade LED a un nivel de menos de 50 micras, que é ~ 100 veces máis pequeno que os LED tradicionais e reduce o paso de píxel de milímetro a micra. Polo tanto, o Micro LED é esencialmente un LED de nivel de micras, e o díodo emisor de luz LED é un dispositivo semicondutor de estado sólido que pode converter a enerxía eléctrica en luz visible.

En termos de custo, unha lámina epitaxial de zafiro de 4 polgadas, cortada en chips LED ordinarios, uns 60.000, cortada en Mini LED chips duns 600.000, reducindo os chips de microLED en máis de 2,4 millóns. Coa mesma oblea, o número de microLED aumentou significativamente e o custo dun só chip é menor, o que tamén é unha das razóns do potencial de desenvolvemento dos microLED desde o punto de vista do custo.

En termos de rendemento, en comparación coa tecnoloxía LCD e a tecnoloxía OLED que se produciron en masa, o Micro LED ten vantaxes de rendemento moi superiores en case todas as dimensións técnicas, como longa vida útil, alto contraste, alta resolución, resposta rápida, efecto de ángulo de visión máis amplo, cores ricas, brillo ultraalto e menor consumo de enerxía. Entre elas, (1) delgado e lixeiro: o tamaño do Micro LED é aproximadamente 1/100 do LED tradicional, ou aproximadamente 1/10 do ancho dun cabelo humano; (2) baixo consumo de enerxía: o Micro LED usa unha estrutura autoluminosa de tres subpíxeles de cores primarias, o proceso de visualización LCD necesita usar retroiluminación para polarizar e despois para filtrar a cor, o proceso de visualización ten moita perda de enerxía, en comparación cos dous, na aplicación de visualización do Micro LED o consumo de enerxía é de aproximadamente o 10 % do consumo de enerxía do LCD. O Micro LED usa materiais inorgánicos para emitir luz, o que ten unha maior eficiencia luminosa, e OLED usa materiais orgánicos para emitir luz, e o consumo de enerxía luminosa de ambos é menor que o do OLED. Polo tanto, na visualización da mesma imaxe, o consumo de enerxía do Micro LED é menor que o do OLED e moito menor que o do LCD; (3) Alto brillo: o Micro LED usa material inorgánico de nitruro de galio (GaN) na parte luminosa, e o seu brillo pode teoricamente alcanzar os 105 cd/m2, moito máis que os 3.000 cd/m2 do LCD e os 1.500 cd/m2 do OLED, e a vida útil dos materiais inorgánicos é máis longa; (4) Alta resolución: coa tecnoloxía de pantalla Micro LED, cada Micro LED é un píxel que pode autoiluminarse, e un só Micro LED está no nivel de micras, polo que pode alcanzar unha resolución moi alta. A densidade de píxeles da pantalla Micro LED pode ser superior a 1.500 PPI, mentres que o PPI da pantalla LCD e OLED é duns 800 PPI e 400 PPI.

En resumo, o custo e o rendemento promoverán o desenvolvemento continuo da industria dos microLED.

En segundo lugar, escenarios de aplicación de micro LED

Micro LED é a tecnoloxía de visualización definitiva do futuro. Se non temos en conta o custo e a madurez do proceso, só temos que observar o rendemento e os datos dos indicadores da pantalla. Micro LED é sen dúbida a tecnoloxía de visualización definitiva. Todos os indicadores de rendemento de Micro LED son mellores que outros tecnoloxías de visualización. En canto a escenarios de aplicación, Micro LED é axeitado para aplicacións de produtos de todos os tamaños. Desde a perspectiva da viabilidade técnica e económica, Micro LED será o primeiro en aplicarse a pantallas de pequeno tamaño de menos de 3 polgadas e a pantallas de gran tamaño de máis de 100 polgadas.
En canto a tamaños de pantalla pequenos de menos de 3 polgadas, os Micro LED erosionarán o mercado OLED. Pantallas de tamaño pequeno debido á distancia de visualización moi curta, os requisitos de efecto de visualización son elevados e as pantallas de tamaño pequeno son comúns nos terminais móbiles, e tamén teñen altos requisitos de consumo de enerxía. Polo tanto, OLED converteuse na tecnoloxía principal para pantallas de tamaño pequeno coas súas vantaxes de baixo consumo de enerxía e bo efecto de visualización, pero a cota de mercado de OLED neste campo verase erosionada polos Micro LED no futuro. Por unha banda, Micro LED é superior a OLED en todos os indicadores de rendemento da pantalla, como o efecto de visualización e o consumo de enerxía; Por outra banda, debido ao pequeno tamaño da pantalla e ao pequeno número total de píxeles, o custo dos Micro LED tamén é relativamente controlable. Desde o punto de vista da tecnoloxía actual, Micro LED foi capaz de lograr a miniaturización do chip, pero aínda hai algúns obstáculos na enorme transferencia, o rendemento é relativamente limitado, na actualidade, varias empresas están a explorar solucións de mellora técnica baseadas en custos controlables.

En canto ás pantallas de 3 a 99 polgadas, é difícil que os Micro LED superen a cota de mercado dos LCD e dos OLED nun curto período de tempo. Debido á curta distancia de visualización, a pantalla ten uns requisitos máis elevados en canto ao tamaño do chip e ao paso, mentres que o tamaño da pantalla e o número total de píxeles tamén aumentan, polo que a aplicación de Micro LED a pantallas de 3 a 99 polgadas aumentou significativamente a dificultade técnica e o custo do proceso, e é necesario mellorar a madurez da tecnoloxía Micro LED neste rango. E o máis importante é que nesta área de tamaño, xa sexan OLED de pequeno tamaño ou LCD de gran tamaño, as súas vantaxes de custo sexan firmemente inquebrantables. No futuro, coa redución continua do custo dos Micro LED e a mellora continua da tecnoloxía, a brecha entre o custo e a dificultade do proceso dos Micro LED e dos LCD e dos OLED reducirase aínda máis.

En canto a pantallas grandes de máis de 100 polgadas, as Micro LED teñen vantaxe. No mercado de pantallas de máis de 100 polgadas, as LCD estarán limitadas polo rendemento da produción e a eficiencia de corte dos paneis de gran tamaño, e as OLED tamén teñen dificultades para conseguir unha redución de custos debido ao proceso de evaporación despois de que as pantallas de gran tamaño teñan un menor rendemento. Polo tanto, no pasado, o efecto de visualización era máis xeral: os proxectores e as pantallas de empalme LCD ocupaban unha posición dominante no mercado de pantallas de máis de 100 polgadas. Non obstante, coa diminución significativa do custo das Micro LED, acelerarase a substitución dos produtos de visualización tradicionais, como os proxectores e o empalme LCD, que ofrecen moitas vantaxes, como o empalme a pantalla completa, a cor rica e o alto brillo.

Tamaño do mercado da industria de tres microLEDs

Na actualidade, os chips Micro LED producíronse en escenarios de visualización como lentes e televisores, pero a maioría dos produtos aínda están en fase de concepto debido ás restricións de prezos e aínda non acadaron unha promoción no mercado a grande escala. No futuro, co avance e a madurez gradual da tecnoloxía clave dos Micro LED, o custo de comercialización e industrialización redúcese considerablemente e o rendemento do chip mellora aínda máis, polo que espérase que os Micro LED tomen a dianteira na aplicación de escenarios de pantallas de gran e pequeno tamaño. Desde o punto de vista dos envíos, segundo os datos de previsión de Omdia, afectados pola demanda do mercado de reloxos intelixentes e televisores de gama alta, os envíos globais de pantallas Micro LED dispararanse desde o nivel insignificante en 2020 a máis de 16 millóns de unidades en 2027, e o potencial de demanda do mercado é grande. En canto ao tamaño do mercado, segundo a previsión de Jibang Consulting, no escenario de aplicación de micropantallas, espérase que en 2026 o valor de produción do chip de visualización de lentes AR Micro LED sexa de ata 41 millóns de dólares estadounidenses; No escenario de pantallas de gran tamaño, o valor de produción dos chips de pantallas Micro LED de gran tamaño alcanzará os 54 millóns de dólares en 2022 e espérase que aumente ata os 4.500 millóns de dólares en 2026, cunha taxa de crecemento anual composta do 204 %, e hai moito espazo para o crecemento do mercado.

En cuarto lugar, a demanda terminal e as políticas impulsan o rápido desenvolvemento da industria

(1) Os cambios na demanda de terminais son os principais factores que impulsan o desenvolvemento da industria

Desde 2009, a industria dos chips LED experimentou tres ciclos, todos impulsados ​​pola nova demanda de produtos LED. A primeira etapa é antes de 2013, cando os televisores de pantalla plana e a retroiluminación dos teléfonos móbiles foron a principal demanda de LED para impulsar o desenvolvemento da industria LED; a segunda etapa é de 2013 a 2014. En 2013, a Unión Europea prohibiu completamente as luces brancas tecidas, o que aumentou a demanda de iluminación profesional LED e iluminación de paisaxes, e as exportacións de LED costeiras aumentaron para impulsar o desenvolvemento da industria LED; a terceira etapa é de 2015 a 2020, co rápido desenvolvemento dos LED de pequeno paso, unha gran cantidade de LCD e DLP de substitución, amplamente utilizados en centros de mando gobernamentais, seguridade, control de enfermidades, negocios, viaxes nocturnas e outros campos, impulsando así o desenvolvemento da industria; a cuarta etapa é que despois de 2020, a demanda da industria das pantallas LED de pantallas de alta definición e baixo consumo de enerxía aumentou gradualmente a taxa de penetración dos microLED. Como tecnoloxía de visualización definitiva, coa redución de custos e o progreso tecnolóxico, o Micro LED acelerará o proceso de industrialización do Micro LED cun rendemento superior, como longa vida útil, alto contraste, alta resolución, cores ricas, brillo ultraalto e menor consumo de enerxía, e espérase que impulse á industria a entrar de novo no ciclo ascendente.

(2) Un forte apoio das políticas nacionais impulsará o desenvolvemento da industria

Como a próxima xeración de novas tecnoloxías de visualización, a Micro LED atraeu moita atención. Nos últimos anos, o estado promulgou unha serie de políticas de apoio, como o "14º Plan Quinquenal" en 2021, que afirma claramente que o semicondutor de terceira xeración é un contido importante, e o proxecto abrangue tecnoloxías clave como vehículos de novas enerxías, aplicacións de big data, comunicacións 5G e pantallas Micro LED. O Ministerio de Industria e Tecnoloxías da Información e outros cinco departamentos emitiron o "Plan de Acción de Desenvolvemento de Integración de Aplicacións Industriais e Realidade Virtual (2022-2026)", que se centrará na promoción de Micro LED e outras actualizacións da tecnoloxía de micro pantallas; o Ministerio de Industria e o Ministerio de Facenda emitiron o "Plan de Acción de Crecemento Estable da Industria de Fabricación de Información Electrónica 2023-2024" que propuxo desenvolver vigorosamente Mini LED, Micro LED e outras tecnoloxías; o Ministerio de Industria e Tecnoloxías da Información e outros sete departamentos emitiron conxuntamente os "Ditames de Implementación sobre a Promoción da Innovación e o Desenvolvemento Industrial Futuro", que propuxeron romper as tecnoloxías Micro LED, láser, impresión e outras pantallas e lograr unha aplicación a grande escala. A publicación e a aplicación das políticas e regulamentos mencionados amosan a actitude positiva e a firme determinación do goberno chinés para desenvolver a industria dos microLED, o que proporciona un mellor ambiente de desenvolvemento para o desenvolvemento da industria dos microLED. Espérase que os microLED se beneficien do apoio político do estado e dean comezo a un rápido desenvolvemento.

Cinco, o desenvolvemento da industria dos microLED

(1) Estado de desenvolvemento da industria

O proceso de fabricación de Micro LED é similar aos pasos técnicos convencionais, incluíndo principalmente o crecemento de obleas epitaxiales de LED, a produción de chips Micro LED, a produción de placas traseiras de controladores (controlador TFT ou controlador Micro IC) e unha gran transferencia de catro partes. En primeiro lugar, o deseño da estrutura do LED é de película fina, Micro, matriz e, a continuación, o Micro LED transfírese á placa de circuíto mediante unha gran cantidade de tecnoloxía, o substrato pode ser duro, brando, transparente e opaco; mediante o uso do proceso de deposición física para completar a capa protectora e o eléctrodo superior, pódese empaquetar o substrato superior e pódese completar unha pantalla Micro LED sinxela. Non obstante, debido á miniaturización do chip, a tecnoloxía de fabricación de Micro LED presentou novos indicadores e requisitos técnicos para cada elo da cadea industrial existente, incluíndo as necesidades de investigación e desenvolvemento de tecnoloxías clave en varios campos como materiais, procesos e equipos, e a tecnoloxía de cada elo industrial non se pode desenvolver de forma independente, é un sistema técnico moi complexo. É necesario cooperar estreitamente cos elos augas arriba e augas abaixo da cadea industrial, como paneis, chips, transferencias masivas e circuítos integrados de controladores. Na actualidade, aínda hai que dominar as catro tecnoloxías clave de epitaxia e fabricación de chips, transferencia masiva, pantalla a toda cor e unidade de pantalla.

(2) Visión xeral da innovación tecnolóxica global

Desde a perspectiva da historia do desenvolvemento de Micro LED, dous profesores da Universidade Tecnolóxica de Texas tomaron a iniciativa de propoñer o concepto de Micro LED no ano 2000, e agora entrou nun período de alta innovación tecnolóxica global. Desde 2017, a actividade de innovación da tecnoloxía Micro LED aumentou significativamente e actualmente atópase nun período de crecemento explosivo. Na actualidade, Micro LED ten unha reserva global de patentes de máis de 40.000, das cales máis de 13.000 son patentes válidas, e a suma da taxa de exame e validez é próxima ao 80 %, o que indica que as posibles barreiras de patentes neste campo son altas; Desde a perspectiva da área máis activa da innovación da tecnoloxía Micro LED, a área máis activa de innovación tecnolóxica atópase en China, Estados Unidos e Corea do Sur, e a rexión de disposición das patentes mostra que o mercado máis activo está en China e Estados Unidos. Desde a perspectiva das principais entidades de innovación do mundo e de China, as entidades de innovación líderes mundiais en China, Corea do Sur e Estados Unidos teñen máis vantaxes, principalmente nas empresas de paneis de visualización e fotoeléctricas. Entre as 15 principais empresas do mundo, as empresas chinesas representaron máis da metade, BOE e Huaxing Optoelectronics situáronse entre as 5 mellores do mundo. Ademais das empresas líderes chinesas, a distribución de patentes de Samsung e LG de Corea do Sur sitúase á vangarda mundial. Nos resultados da distribución do número de patentes por tipo de institucións de I+D, as empresas emerxentes son as máis altas, alcanzando o 29 %. Desde a perspectiva dos tipos de patentes, o número de patentes distribúese en torno ás catro tecnoloxías clave: epitaxia e estrutura de chip, transferencia masiva, pantalla a toda cor e controlador de pantalla.

(3) O desenvolvemento de catro tecnoloxías clave

Epitaxia e fabricación de chips: o proceso de fabricación de microLED desde a oblea ata o chip debe pasar por pasos como a epitaxia - gravado por pasos - preparación da capa condutiva - preparación do eléctrodo. Na dirección da tecnoloxía de epitaxia e estrutura de chips, para os microLED máis pequenos, a industria actual preocúpase principalmente pola uniformidade da lonxitude de onda, os baixos defectos de epitaxia e a eficiencia cuántica: (1) Despois de miniaturizar o chip, existen altos requisitos para a consistencia da lonxitude de onda de epitaxia e a baixa taxa de defectos, os LED tradicionais requiren 6-12 nm, e o chip microLED debe reducirse a 2 nm; (2) O tamaño do chip é cada vez máis pequeno e o rendemento dos fragmentos de corte está a diminuír; (3) A eficiencia do microLED aumentará co aumento da densidade de corrente e diminuirá co aumento da densidade de corrente despois de alcanzar o valor máximo. A medida que o tamaño do microLED diminúe, a eficiencia máxima móvese na dirección da alta densidade de corrente e a eficiencia máxima continúa a diminuír.

Transferencia grande: debido á diferenza no proceso de crecemento da capa luminosa do Micro LED e o substrato do controlador, é difícil integrar a matriz de visualización e o dispositivo controlador a través do proceso de crecemento, polo que é necesario transferir os grans do Micro LED feitos á placa de circuíto de accionamento, o que supón un proceso de transferencia grande. Tomando como exemplo un televisor 4K, os grans que cómpre transferir chegan aos 24 millóns (calculados en 4.000 x 2.000 x RGB tres cores), mesmo se a transferencia é de 10.000, debe repetirse 2.400 veces, polo que a enorme transferencia enfróntase a tres problemas principais: (1) precisión da transferencia: a precisión do movemento do Micro LED á placa de circuíto de accionamento debe controlarse con precisión de ±0,5 μm, e o dispositivo de transferencia debe ter unha alta precisión de aliñamento e precisión do punto de caída. (2) eficiencia da transferencia: o LED tradicional require 2 pezas/segundo, o Micro LED require 20.000 pezas/segundo; (3) Rendemento de transferencia: a tolerancia ao erro de píxeles dos produtos de visualización é moi baixa. Se queres crear menos de 5 píxeles da pantalla a toda cor de 1920*1080, o rendemento de transferencia debe alcanzar o 99,9999 %.

A tecnoloxía de transferencia de grandes dimensións inclúe principalmente forza molecular (transferencia de selado), electrostática, transferencia magnética, transferencia láser, automontaxe (tecnoloxía de montaxe de fluídos) e así por diante. A transferencia láser de grandes dimensións pode controlar o tamaño do equipo, que é relativamente pequeno, ten unha resposta rápida, unha alta eficiencia de transferencia e un alto grao de selectividade. A transferencia láser converterase ou converterase na tecnoloxía principal de transferencia de grandes dimensións. Na actualidade, a tecnoloxía e os equipos de transferencia de grandes dimensións nacionais avanzan, e os fabricantes de láseres de grandes dimensións (002008), intelixencia líder (300450), láseres estrela Haimu e outros equipos de transferencia de grandes dimensións foron enviados e entregados aos clientes con éxito, pero os equipos láser nacionais aínda están lonxe da produción en masa a grande escala.

Pantalla a toda cor: Para conseguir monocromía con micro LED é relativamente sinxelo, pero para conseguir a cor completa é relativamente complexo. As tres cores RGB necesitan transferir grans de tres cores vermello, verde e azul. Como índice técnico clave da tecnoloxía Micro LED, a investigación da tecnoloxía Micro LED a toda cor converteuse nun punto de interese para a investigación e nunha dificultade no desenvolvemento da tecnoloxía Micro LED. Os métodos de realización da colorización de Micro LED inclúen principalmente o método LED RGB de tres cores, o método de medio luminiscente UV azul LED + e o método de síntese de lentes, todos os cales teñen as súas correspondentes deficiencias. En comparación, en termos de fluxo de proceso e materiais, o método de medio emisor de luz UV azul LED + é máis sinxelo que outros esquemas, utilizando principalmente LED azul para substituír a placa de retroiluminación, utilizando película de puntos cuánticos ou fósforo como medio emisor de luz para substituír os filtros RGB, para completar a pantalla a toda cor.

Controlador de pantalla: O esquema de deseño de controlador activo representado por CMOS e TFT converteuse na corrente principal do desenvolvemento da tecnoloxía Micro LED. Micro LED é un dispositivo emisor de luz accionado por corrente, e o seu modo de accionamento xeralmente divídese en accionamento pasivo PM (matriz pasiva) e accionamento activo AM (matriz activa). Debido á unidade pasiva: (1) non é propicio para a produción de grandes áreas, non pode cumprir os requisitos da unidade de pantalla grande; (2) Características da unidade de dixitalización en columna, fácil de producir luz de píxeles de columna irregular, o que resulta nunha imaxe e resolución de visualización limitadas; (3) O paso dos píxeles está a reducirse gradualmente, o modo de accionamento pasivo da placa PCB tradicional non pode satisfacer a demanda de accionamento e ten moitas desvantaxes na aplicación de Micro LED, polo que o esquema de deseño de accionamento activo representado por CMOS e TFT converterase nun bo compañeiro para o desenvolvemento da tecnoloxía Micro LED. Por exemplo, na tecnoloxía de controladores CMOS, para romper coa tecnoloxía de transferencia de enlace, a industria actual céntrase na exploración da tecnoloxía de enlace de Micro LED e circuíto de controlador CMOS.