Terminalska potražnja i politike potiču brzi razvoj industrije mikro LED dioda

Mikro LED je heksagonalni ratnik tehnologije zaslona. Više od 80% ljudskih informacija prima se putem očiju, a viši ljudski zahtjevi za kvalitetom i oblikom slike na zaslonu potiču kontinuirani razvoj i iteraciju tehnologije zaslona. Tehnologija zaslona u boji od svog je razvoja doživjela tranzicijske tehnologije poput CRT-a, a trenutno njome dominiraju LCD i OLED tehnologija. Što se tiče performansi, Micro LED kao tehnologija zaslona sljedeće generacije, u usporedbi s velikom proizvodnjom LCD tehnologije (zaslon s tekućim kristalima) i OLED tehnologije (zaslon s organskim svjetlećim diodama), Micro LED ima vrlo superiornu prednost u gotovo svakoj tehničkoj dimenziji: dugi vijek trajanja, visoki kontrast, visoka rezolucija, brz odziv, širi kut gledanja, bogate boje, smatra se ultimativnim rješenjem tehnologije zaslona.

Prvo, cijena i performanse pokreću industriju mikro LED dioda koje se i dalje razvijaju

Micro LED je nova tehnologija miniaturizacije i matrice LED dioda, koja se odnosi na integraciju LED niza visoke gustoće mikro veličine na čipu. Tehnologija postiže samoosvjetljenje u jednoj točki miniaturizacijom LED jedinice na razinu manju od 50 mikrona, što je ~100 puta manje od tradicionalnih LED dioda i smanjuje razmak piksela s milimetra na mikron. Stoga je Micro LED u biti LED mikronske razine, a LED dioda koja emitira svjetlost je poluvodički uređaj u čvrstom stanju koji može pretvoriti električnu energiju u vidljivu svjetlost.

Što se tiče troškova, safirni epitaksijalni list od 4 inča, izrezan na obične LED čipove, košta oko 60 000 komada, Mini LED čipova oko 600.000, smanjili su broj mikro LED čipova na više od 2,4 milijuna. Kod iste pločice, broj mikro LED dioda značajno se povećao, a cijena jednog čipa je niža, što je također jedan od razloga za potencijal razvoja mikro LED dioda s gledišta troškova.

Što se tiče performansi, u usporedbi s LCD i OLED tehnologijom koje se masovno proizvode, Micro LED ima vrlo superiorne prednosti u gotovo svakoj tehničkoj dimenziji, kao što su dugi vijek trajanja, visoki kontrast, visoka rezolucija, brzi odziv, širi kut gledanja, bogate boje, ultra visoka svjetlina i niža potrošnja energije. Među njima su: (1) tanki i lagani: veličina Micro LED-a je oko 1/100 tradicionalne LED diode ili oko 1/10 širine ljudske dlake; (2) Niska potrošnja energije: Micro LED koristi samosvjetleću strukturu s tri primarne boje, LCD zaslon treba koristiti pozadinsko osvjetljenje za polarizator, a zatim za filter boja, što rezultira velikim gubitkom energije u procesu prikaza. U usporedbi s njima, potrošnja energije Micro LED-a u zaslonskoj primjeni iznosi oko 10% potrošnje energije LCD-a. Micro LED koristi anorganske materijale za emitiranje svjetlosti, što ima veću svjetlosnu učinkovitost, dok OLED koristi organske materijale za emitiranje svjetlosti, a potrošnja svjetlosne snage oba je niža od OLED-a. Stoga je pri prikazu iste slike potrošnja energije Micro LED-a niža od OLED-a i znatno niža od LCD-a; (3) Visoka svjetlina: Micro LED koristi anorganski materijal galij nitrida (GaN) u svjetlosnom dijelu, a njegova svjetlina teoretski može doseći 105 cd/m2, što je znatno više od 3000 cd/m2 LCD-a i 1500 cd/m2 OLED-a, a vijek trajanja anorganskih materijala je dulji; (4) Visoka rezolucija: prema tehnologiji Micro LED zaslona, ​​svaka Micro LED dioda je piksel koji se može samostalno osvjetljavati, a pojedinačna Micro LED dioda je na mikronskoj razini, tako da može postići vrlo visoku rezoluciju. Gustoća piksela Micro LED zaslona može biti veća od 1500 PPI, dok je PPI LCD i OLED zaslona oko 800 PPI i 400 PPI.

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

Drugo, scenariji primjene mikro LED dioda

Micro LED je vrhunska tehnologija prikaza budućnosti. Ako ne uzmete u obzir troškove i zrelost procesa, već samo performanse i podatke o indikatorima zaslona, ​​Micro LED je nesumnjivo vrhunska tehnologija prikaza. Svi indikatori performansi Micro LED-a su bolji od ostalih tehnologija prikaza. Što se tiče scenarija primjene, Micro LED je prikladan za sve veličine proizvoda. S gledišta tehničke i ekonomske izvedivosti, Micro LED će se prvi primijeniti na male zaslone ispod 3 inča i velike zaslone iznad 100 inča.
Što se tiče malih veličina zaslona ispod 3 inča, Micro LED će narušiti tržište OLED-a. Zasloni male veličine imaju visoke zahtjeve za efektom prikaza jer je udaljenost gledanja vrlo mala, a zasloni male veličine uobičajeni su u mobilnim terminalima, a imaju i visoke zahtjeve za potrošnjom energije. Stoga je OLED postao glavna tehnologija za zaslone male veličine sa svojim prednostima niske potrošnje energije i dobrog efekta prikaza, ali tržišni udio OLED-a u ovom području bit će smanjen od strane Micro LED-a u budućnosti. S jedne strane, Micro LED je superiorniji od OLED-a u svim pokazateljima performansi zaslona kao što su efekt prikaza i potrošnja energije; s druge strane, zbog male veličine zaslona i malog ukupnog broja piksela, trošak Micro LED-a je također relativno kontroliran. S gledišta trenutne tehnologije, Micro LED je uspio postići minijaturizaciju čipova, ali još uvijek postoje neka uska grla u ogromnom prijenosu, prinos je relativno ograničen, trenutno razne tvrtke istražuju rješenja za tehnička poboljšanja na temelju kontroliranih troškova.

Što se tiče zaslona od 3 do 99 inča, Micro LED teško će u kratkom vremenu preuzeti tržišni udio LCD-a i OLED-a. Zbog male udaljenosti gledanja, zaslon ima veće zahtjeve za veličinom čipa i razmakom između ivica, dok veličina zaslona postaje veća, a ukupan broj piksela također se povećava, tako da je primjena Micro LED-a na zaslonima od 3 do 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 troškovima. U budućnosti, s kontinuiranim smanjenjem troškova Micro LED-a i kontinuiranim poboljšanjem tehnologije, jaz između troškova i složenosti procesa Micro LED-a i LCD-a te OLED-a dodatno će se smanjiti.

Što se tiče velikih zaslona većih od 100 inča, Micro LED ima prednost. Na tržištu zaslona većih od 100 inča, LCD će biti ograničen prinosom proizvodnje i učinkovitošću rezanja velikih panela, a kod OLED-a je također teško postići smanjenje troškova zbog procesa isparavanja nakon velikih dimenzija, što rezultira nižim prinosom, pa su u prošlosti projektori i LCD zasloni za spajanje zauzimali dominantnu poziciju na tržištu zaslona većih od 100 inča. Međutim, sa značajnim padom troškova Micro LED-a, ubrzat će se zamjena tradicionalnih proizvoda za prikaz poput projektora i LCD zaslona s mnogim prednostima poput spajanja preko cijelog zaslona, ​​bogatih boja i visoke svjetline.

Tri veličine tržišta mikro LED industrije

Trenutno se mikro LED čipovi proizvode u zaslonima poput naočala i televizora, ali većina proizvoda je još uvijek u fazi koncepta zbog cjenovnih ograničenja i još nisu postigli veliku tržišnu promociju. U budućnosti, s probojem i postupnom zrelošću ključne tehnologije mikro LED-a, troškovi komercijalizacije i industrijalizacije će se uvelike smanjiti, a prinos čipa će se dodatno poboljšati, te se očekuje da će mikro LED preuzeti vodeću ulogu u primjeni scenarija velikih i malih zaslona. S gledišta isporuke, prema podacima prognoze Omdia-e, pod utjecajem potražnje na tržištu pametnih satova i vrhunskih televizora, globalne isporuke mikro LED zaslona će porasti s zanemarive razine u 2020. na više od 16 milijuna komada u 2027., a potencijal tržišne potražnje je velik. S obzirom na veličinu tržišta, prema prognozi Jibang Consultinga, u scenariju primjene mikro zaslona, ​​očekuje se da će 2026. godine izlazna vrijednost mikro LED AR čipa za naočale dosegnuti čak 41 milijun američkih dolara; U scenariju velikih zaslona, ​​izlazna vrijednost mikro LED čipova za velike zaslone dosegnut će 54 milijuna 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 glavni su čimbenici koji potiču razvoj industrije

Od 2009. godine, industrija LED čipova prošla je kroz tri ciklusa, a svi su potaknuti novom potražnjom za LED proizvodima. Prva faza je prije 2013. godine, kada je pozadinsko osvjetljenje televizora s ravnim zaslonom 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 Europska unija je potpuno zabranila bijele pletene svjetiljke, potražnja za profesionalnom LED rasvjetom i krajobraznom rasvjetom porasla je, a izvoz obalnih LED dioda porastao je što je potaknulo razvoj LED industrije. Treća faza je od 2015. do 2020. godine, kada se brzo razvijaju LED diode s malim razmakom, veliki broj zamjenskih LCD i DLP dioda, široko se koriste u vladinim zapovjednim centrima, sigurnosti, kontroli bolesti, poslovanju, noćnom putovanju i drugim područjima, što je potaknulo razvoj industrije. Četvrta faza je da je nakon 2020. godine potražnja industrije LED zaslona za zaslonima visoke razlučivosti i niskom potrošnjom energije postupno 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 s vrhunskim performansama kao što su dugi vijek trajanja, visoki kontrast, visoka rezolucija, bogate boje, ultra visoka svjetlina i niža potrošnja energije, te se očekuje da će ponovno potaknuti industriju da uđe u uzlazni ciklus.

(2) Snažna podrška nacionalnih politika potaknut će razvoj industrije

Kao sljedeća generacija nove tehnologije prikaza, Micro LED privukao je mnogo pozornosti. Posljednjih godina država je donijela niz potpornih politika, poput "14. petogodišnjeg plana" iz 2021., koji jasno navodi da je poluvodič treće generacije važan sadržaj, a projekt obuhvaća ključne tehnologije poput novih energetskih vozila, aplikacija velikih podataka, 5G komunikacija i Micro LED zaslona. Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije i pet drugih odjela izdali su "Akcijski plan za razvoj integracije virtualne stvarnosti i industrijske primjene (2022.-2026.)", koji će se usredotočiti na promicanje nadogradnje Micro LED-a i drugih tehnologija mikro zaslona; Ministarstvo industrije i Ministarstvo financija izdali su "Akcijski plan stabilnog rasta industrije proizvodnje elektroničkih informacija 2023.-2024." kojim se predlaže snažan razvoj Mini LED-a, Micro LED-a i drugih tehnologija; Ministarstvo industrije i informacijske tehnologije i sedam drugih odjela zajednički su izdali "Mišljenja o provedbi promicanja budućih industrijskih inovacija i razvoja", kojima se predlaže proboj Micro LED-a, lasera, tiskarskih i drugih tehnologija prikaza te postizanje primjene velikih razmjera. Objavljivanje i provedba gore navedenih politika i propisa pokazuje pozitivan stav i čvrstu odlučnost kineske vlade da razvije industriju mikro LED dioda, što pruža bolje razvojno okruženje za razvoj mikro LED industrije. Očekuje se da će mikro LED imati koristi od političke podrške države i potaknuti brzi razvoj.

Peto, razvoj industrije mikro LED dioda

(1) Status razvoja industrije

Proizvodni proces mikro LED dioda sličan je konvencionalnim tehničkim koracima, uglavnom uključujući rast epitaksijalne LED pločice, proizvodnju mikro LED čipa, proizvodnju stražnje ploče upravljačkog programa (TFT upravljački program ili mikro IC upravljački program) i prijenos velikih količina četiri dijela. Prije svega, dizajn LED strukture je tanki film, mikro niz, a zatim se mikro LED dioda prenosi na tiskanu ploču korištenjem velike količine tehnologije. Podloga može biti tvrda, mekana, prozirna ili neprozirna. Korištenjem postupka fizičkog taloženja za dovršetak zaštitnog sloja i gornje elektrode, gornja podloga može se pakirati i dovršiti jednostavan mikro LED zaslon. Međutim, zbog minijaturizacije čipa, tehnologija proizvodnje mikro LED dioda postavila je nove tehničke pokazatelje i zahtjeve za svaku kariku postojećeg industrijskog lanca, uključujući potrebe za istraživanjem i razvojem ključnih tehnologija u različitim područjima kao što su materijali, procesi i oprema, a tehnologija svake industrijske karike ne može se samostalno razvijati, to je vrlo složen tehnički sustav. Potrebno je blisko surađivati ​​s uzvodnim i nizvodnim dijelom industrijskog lanca kao što su paneli, čipovi, masovni prijenosi i upravljački integrirani sklopovi. Trenutno, četiri ključne tehnologije: epitaksija i proizvodnja čipova, masivni transfer, zaslon u boji i pogon zaslona još uvijek nisu usavršene.

(2) Pregled globalnih tehnoloških inovacija

Iz perspektive povijesti razvoja Micro LED-a, dva profesora na Sveučilištu Texas Tech preuzela su vodstvo u predlaganju koncepta Micro LED-a 2000. godine, a sada je ušao u visoko razdoblje globalnih tehnoloških inovacija. Od 2017. godine, inovacijska aktivnost Micro LED tehnologije značajno se povećala i trenutno se nalazi u razdoblju eksplozivnog rasta. Trenutno, Micro LED ima globalnu patentnu rezervu od preko 40.000, od čega je više od 13.000 važećih patenata, a zbroj omjera ispitivanja i valjanosti je blizu 80%, što ukazuje na to da su potencijalne patentne barijere u ovom području visoke; Iz perspektive aktivnijeg područja inovacija Micro LED tehnologije, aktivnije područje tehnoloških inovacija je u Kini, Sjedinjenim Državama i Južnoj Koreji, a regija raspodjele patenata pokazuje da je aktivnije tržište u Kini i Sjedinjenim Državama. Iz perspektive glavnih inovacijskih subjekata u svijetu i Kini, vodeći globalni inovacijski subjekti u Kini, Južnoj Koreji i Sjedinjenim Državama imaju više prednosti, uglavnom u poduzećima za zaslone i fotoelektrične panele. Među 15 vodećih svjetskih poduzeća, kineska poduzeća čine više od polovice, BOE i Huaxing Optoelectronics nalaze se među 5 vodećih svjetskih poduzeća; uz vodeća kineska poduzeća, južnokorejski Samsung i LG zauzimaju vodeće mjesto u svijetu po broju patenata. Prema rezultatima raspodjele broja patenata prema vrsti istraživačko-razvojnih institucija, startupovi imaju najveći udio, dosežući 29%. Iz perspektive vrsta patenata, broj patenata raspoređen je oko četiri ključne tehnologije: epitaksija i čipovska struktura, masivni prijenos, zaslon u boji i upravljački program zaslona.

(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 - postupno jetkanje - priprema vodljivog sloja - priprema elektrode. Što se tiče tehnologije epitaksije i strukture čipova, za manje mikro LED diode, trenutna industrija je uglavnom zabrinuta zbog ujednačenosti valne duljine, niske epitaksijalne defektnosti i problema kvantne učinkovitosti: (1) Nakon minijaturizacije čipa, postoje visoki zahtjevi za konzistentnost valne duljine epitaksije i nisku stopu defekata, tradicionalne LED diode zahtijevaju 6-12 nm, dok se mikro LED čip mora smanjiti na 2 nm; (2) Veličina čipa postaje sve manja i manja, a prinos reznih fragmenata se smanjuje; (3) Učinkovitost mikro LED dioda će se povećavati s povećanjem gustoće struje, a smanjivati ​​s povećanjem gustoće struje nakon što dostigne vršnu vrijednost. Kako se veličina mikro LED diode smanjuje, vršna učinkovitost pomiče se u smjeru visoke gustoće struje, a vršna učinkovitost nastavlja se smanjivati.

Veliki prijenos: Zbog razlike u procesu rasta svjetlećeg sloja Micro LED diode i podloge pogonskog sklopa, teško je integrirati niz zaslona i pogonski uređaj kroz proces rasta, pa je potrebno prenijeti izrađena zrna Micro LED diode na ploču pogonskog sklopa, što je veliki proces prijenosa. Uzimajući 4K televizor kao primjer, zrna koja je potrebno prenijeti su čak 24 milijuna (izračunato u 4000 x 2000 x RGB tri boje), čak i ako se prijenos vrši od 10 000, potrebno ga je ponoviti 2400 puta, tako da se veliki prijenos suočava s tri glavna problema: (1) točnost prijenosa: Točnost pomicanja Micro LED diode na ploču pogonskog sklopa mora se kontrolirati unutar ±0,5 μm, a uređaj za prijenos mora imati visoku točnost poravnanja i točnost točke pada. (2) Učinkovitost prijenosa: tradicionalna LED dioda 2 komada/sekundi, Micro LED zahtijeva 20 000 komada/sekundi; (3) Prinos prijenosa: Tolerancija pogreške piksela za proizvode za prikaz je vrlo niska, ako želite stvoriti manje od 5 piksela zaslona u punoj boji 1920*1080, prinos prijenosa mora doseći 99,9999%.

Tehnologija velikog prijenosa uglavnom uključuje molekularne sile (prijenos brtvljenja), elektrostatički, magnetski prijenos, laserski prijenos, samosastavljanje (tehnologija fluidnog sastavljanja) i tako dalje. Laserski prijenos velikih razmjera može kontrolirati veličinu relativno malog razmjera, imati brz odziv, visoku učinkovitost prijenosa i visok stupanj selektivnosti, laserski prijenos ili će postati glavna tehnologija velikog prijenosa. Trenutno, domaća tehnologija i oprema za veliki prijenos napreduju, proizvođači velikih lasera (002008), vodećih inteligencija (300450), Haimu zvjezdanih lasera i druge opreme za veliki prijenos uspješno su isporučeni kupcima, ali domaća laserska oprema od masovne proizvodnje velikih razmjera još je daleko.

Zaslon u punoj boji: Postizanje monokromatskog prikaza s mikro LED diodama relativno je jednostavno, ali postizanje pune boje relativno je složeno. RGB tri boje moraju prenijeti crvenu, zelenu i plavu tri boje. Kao ključni tehnički pokazatelj mikro LED tehnologije, istraživanje mikro LED tehnologije u punoj boji 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 medija i metodu sinteze leća, a sve one imaju odgovarajuće nedostatke. U usporedbi s tim, u smislu tijeka procesa i materijala, metoda UV plave LED + medija za emitiranje svjetlosti jednostavnija je od drugih shema, uglavnom se koristi plava LED dioda za zamjenu ploče pozadinskog osvjetljenja, a kvantni točkasti film ili fosfor kao medij za emitiranje svjetlosti za zamjenu RGB filtera, kako bi se dovršio zaslon u punoj boji.

Upravljački program zaslona: Shema dizajna aktivnog upravljačkog programa koju predstavljaju CMOS i TFT postala je glavni tok razvoja Micro LED tehnologije. Micro LED je strujno pokretani uređaj za emitiranje svjetlosti, a njegov način rada općenito se dijeli na pasivni pogon PM (Pasivna matrica) i aktivni pogon AM (Aktivna matrica). Zbog pasivnog pogona: (1) nije pogodan za proizvodnju velikih površina, ne može zadovoljiti zahtjeve pogona velikog zaslona; (2) Karakteristike pogona sa skeniranjem stupaca, lako je proizvesti neravnomjerno osvjetljenje piksela stupaca, što rezultira ograničenom slikom i rezolucijom zaslona; (3) Razmak piksela se postupno smanjuje, pasivni način rada tradicionalne PCB ploče ne može zadovoljiti zahtjeve pogona i ima mnogo nedostataka u primjeni Micro LED, stoga će shema dizajna aktivnog pogona koju predstavljaju CMOS i TFT postati dobar pratilac za razvoj Micro LED tehnologije. Na primjer, u CMOS tehnologiji upravljačkih programa, kako bi se probila tehnologija transfernog spajanja, trenutna industrija se usredotočuje na istraživanje tehnologije spajanja Micro LED i CMOS upravljačkog kruga.