A terminálok iránti kereslet és a szabályozások a Micro LED iparág gyors fejlődését ösztönzik
Mikro LED A kijelzőtechnológia hatszögletű harcos. Az emberi információk több mint 80%-át a szemünkön keresztül szerezzük be, és az emberek képminőségre és formára vonatkozó magasabb követelményei a kijelzőtechnológia folyamatos fejlesztését és iterációját hajtják. A színes kijelzőtechnológia a fejlesztése óta átmenetet tapasztalt olyan technológiákon, mint a CRT, és jelenleg az LCD és az OLED technológia uralja. Teljesítmény tekintetében a Micro LED, mint a következő generációs kijelzőtechnológia, az LCD technológia (folyadékkristályos kijelző) és az OLED technológia (szerves fénykibocsátó dióda kijelző) nagymértékű gyártásához képest szinte minden technikai dimenzióban kiemelkedő teljesítményelőnnyel rendelkezik: hosszú élettartam, nagy kontraszt, nagy felbontás elérése, gyors válaszidő, szélesebb látószöghatás, gazdag színek, a kijelzőtechnológia végső megoldásának tekinthető.
Először is, a költség és a teljesítmény hajtja a mikro-LED iparág folyamatos fejlődését
A Micro LED egy új LED miniatürizálási és mátrixtechnológia, amely nagy sűrűségű, mikroméretű LED-tömbök integrálását jelenti egy chipre. A technológia egypontos meghajtású önvilágítást ér el a LED-egység 50 mikronnál kisebb szintre történő miniatürizálásával, ami ~100-szor kisebb, mint a hagyományos LED-eké, és a pixelsűrűséget milliméterről mikronra csökkenti. Ezért a Micro LED lényegében egy mikron szintű LED, a LED fénykibocsátó dióda pedig egy szilárdtest félvezető eszköz, amely képes az elektromos energiát látható fénnyé alakítani.
Költség szempontjából egy 4 hüvelykes zafír epitaxiális lemez, amelyet körülbelül 60 000 darab hagyományos LED-chipre vágnak, Mini LED A chipek száma körülbelül 600 000, a Micro LED chipek száma pedig több mint 2,4 millió. Ugyanazon lapka esetében a Micro LED-ek száma jelentősen megnőtt, és egyetlen chip költsége alacsonyabb, ami a Micro LED költséghatékony fejlesztési potenciáljának egyik oka is.
Teljesítmény tekintetében a tömeggyártott LCD és OLED technológiával összehasonlítva a Micro LED szinte minden technikai dimenzióban kiemelkedő teljesítményelőnnyel rendelkezik, mint például a hosszú élettartam, a nagy kontraszt, a nagy felbontás, a gyors válaszidő, a szélesebb látószög, a gazdag színek, az ultramagas fényerő és az alacsonyabb energiafogyasztás. Ezek közül a legfontosabbak: (1) vékony és könnyű: a Micro LED mérete körülbelül 1/100-a a hagyományos LED-nek, vagyis az emberi hajszál szélességének körülbelül 1/10-e; (2) alacsony energiafogyasztás: a Micro LED három primer színű, szubpixeles, önvilágító szerkezetet használ. Az LCD kijelző technológiája során háttérvilágítást kell használni a polarizációhoz, majd a színszűréshez. A megjelenítési folyamat nagy energiaveszteséggel jár. A kettőhöz képest a Micro LED energiafogyasztása az LCD energiafogyasztásának körülbelül 10%-a. A Micro LED szervetlen anyagokat használ a fénykibocsátáshoz, ami nagyobb fényhasznosítással rendelkezik, míg az OLED szerves anyagokat használ a fénykibocsátáshoz, és mindkettő fényfogyasztása alacsonyabb, mint az OLED-é. Ezért ugyanazon kép megjelenítése esetén a Micro LED energiafogyasztása alacsonyabb, mint az OLED-é, és sokkal alacsonyabb, mint az LCD-é; (3) Nagy fényerő: a Micro LED világító része gallium-nitrid (GaN) szervetlen anyagot használ, és elméletileg elérheti a 105 cd/m2-t, ami jóval magasabb, mint az LCD 3000 cd/m2-es és az OLED 1500 cd/m2-es értéke, és a szervetlen anyagok élettartama hosszabb; (4) Nagy felbontás: a Micro LED kijelzőtechnológiában minden Micro LED egy önállóan világító pixel, és egyetlen Micro LED mikronos szinten van, így nagyon nagy felbontást érhet el. A Micro LED kijelző pixelsűrűsége meghaladhatja az 1500 PPI-t, míg az LCD és OLED képernyő PPI-je körülbelül 800 PPI, illetve 400 PPI.
Összefoglalva, a költség és a teljesítmény elősegíti a mikro-LED iparág folyamatos fejlődését.
Másodszor, a mikro-LED alkalmazási forgatókönyvei
A Micro LED a jövő legjobb kijelzőtechnológiája. Ha nem a költségeket és a folyamat fejlettségét vesszük figyelembe, csak a kijelző teljesítményét és indikátoradatait nézzük, a Micro LED kétségtelenül a legjobb kijelzőtechnológia, a Micro LED minden teljesítménymutatója jobb, mint más kijelzőtechnológiák. Alkalmazási forgatókönyvek tekintetében a Micro LED minden méretű termékalkalmazáshoz alkalmas. A műszaki megvalósíthatóság és a gazdasági megvalósíthatóság szempontjából a Micro LED lesz az első, amelyet 3 hüvelyk alatti kisméretű kijelzőkön és 100 hüvelyk feletti nagyméretű kijelzőkön alkalmaznak majd.
A 3 hüvelyk alatti kis kijelzőméretek tekintetében a Micro LED tönkre fogja tenni az OLED piacot. A kis méretű kijelzők a nagyon rövid nézési távolság, a megjelenítési hatás követelményei magasak, és a kis méretű kijelzők gyakoriak a mobil terminálokban, valamint magas energiafogyasztási követelményekkel is rendelkeznek. Ezért az OLED a kis méretű kijelzők mainstream technológiájává vált, alacsony energiafogyasztásával és jó megjelenítési hatásával, de az OLED piaci részesedését ezen a területen a jövőben a Micro LED fogja tönkretenni. Egyrészt a Micro LED minden megjelenítési teljesítménymutatóban, például a megjelenítési hatásban és az energiafogyasztásban felülmúlja az OLED-et; másrészt a kis képernyőméret és a kis pixelszám miatt a Micro LED költsége is viszonylag kontrollálható. A jelenlegi technológiai szempontból a Micro LED képes volt elérni a chip miniatürizálását, de még mindig vannak szűk keresztmetszetek a hatalmas átvitelben, a hozam viszonylag korlátozott, jelenleg különböző vállalatok műszaki fejlesztési megoldásokat keresnek a kontrollálható költségek alapján.
A 3-99 hüvelykes kijelzők tekintetében a Micro LED nehezen tudja rövid időn belül lerombolni az LCD és az OLED piaci részesedését. A rövid nézési távolság miatt a kijelzőnek magasabbak az igényei a chipmérettel és a pitch-szel szemben, miközben a képernyő mérete és a pixelek teljes száma is növekszik, így a 3-99 hüvelykes kijelzőn alkalmazott Micro LED jelentősen megnövelte a technikai nehézségeket és a folyamat költségeit, és a Micro LED technológia érettségét ebben a tartományban javítani kell. A legfontosabb pedig, hogy ebben a mérettartományban, legyen szó kis méretű OLED-ről vagy nagy méretű LCD-ről, a költségelőnyei szilárdan megingathatatlanok legyenek. A jövőben a Micro LED költségeinek folyamatos csökkentésével és a technológia folyamatos fejlesztésével tovább csökken a Micro LED, az LCD és az OLED költsége és a folyamat nehézsége közötti különbség.
A 100 hüvelyknél nagyobb kijelzők tekintetében a Micro LED előnyben van. A 100 hüvelyknél nagyobb kijelzők piacán az LCD-t a nagyméretű panelek gyártási hozama és vágási hatékonysága korlátozza, az OLED esetében pedig a nagyméretű panelek párolgási folyamata és az alacsonyabb hozam miatt nehéz költségcsökkentést elérni. Ezért a múltban az általánosabb kijelzőhatás a projektorok és az LCD-illesztéses képernyők esetében volt domináns pozíció a 100 hüvelyknél nagyobb kijelzők piacán. A Micro LED költségeinek jelentős csökkenésével azonban felgyorsul a hagyományos kijelzőtermékek, például a projektorok és az LCD-illesztések felváltása, számos előnnyel, mint például a teljes képernyős illesztés, a gazdag színek és a nagy fényerő.
Három mikro LED iparági piac mérete
Jelenleg a Micro LED chipeket már olyan kijelzőkben gyártják, mint a szemüvegek és a tévék, de a legtöbb termék az árkorlátozások miatt még koncepcióállapotban van, és még nem érte el a nagyszabású piaci promóciót. A jövőben, a Micro LED kulcsfontosságú technológiájának áttörésével és fokozatos érettségével, a kereskedelmi forgalomba hozatal és az iparosítás költségei jelentősen csökkennek, a chip hozama pedig tovább javul. A Micro LED várhatóan vezető szerepet tölt be a nagy és kis méretű kijelzők alkalmazásában. A szállítás szempontjából az Omdia előrejelzési adatai szerint, az okosórák és a csúcskategóriás tévék iránti kereslet hatására, a globális Micro LED kijelzők szállítása a 2020-as elhanyagolható szintről 2027-re több mint 16 millió darabra fog emelkedni, és a piaci kereslet potenciálja nagy. A piac méretét tekintve a Jibang Consulting előrejelzése szerint a mikrokijelző alkalmazási forgatókönyvében a Micro LED AR szemüveg kijelző chipek termelési értéke várhatóan eléri a 41 millió amerikai dollárt. A nagyméretű kijelzők esetében a Micro LED nagyméretű kijelzőchipek kimeneti értéke 2022-ben eléri az 54 millió dollárt, és várhatóan 2026-ra 4,5 milliárd dollárra emelkedik, 204%-os összetett éves növekedési ütemmel, és rengeteg lehetőség van a piaci növekedésre.
Negyedszer, a terminálok iránti kereslet és a politika az iparág gyors fejlődését ösztönzi.
(1) A terminálok iránti kereslet változásai a fő tényezők, amelyek az iparág fejlődését előmozdítják
2009 óta a LED-chip iparág három cikluson ment keresztül, amelyeket mindegyiket a LED-termékek iránti új kereslet vezérelt. Az első szakasz a 2013 előtti időszak, amikor a síkképernyős tévék és a mobiltelefonok háttérvilágítása jelentette a LED iránti fő keresletet, ami a LED-ipar fejlődésének motorja volt. A második szakasz 2013-2014 volt, amikor az Európai Unió 2013-ban teljesen betiltotta a fehér szőtt lámpákat, a LED-es professzionális világítástechnika és a tájvilágítás iránti kereslet növekedése, valamint a tengerparti LED-export növekedése a LED-ipar fejlődésének motorja volt. A harmadik szakasz 2015-2020 volt, amikor a kis pitch LED-ek gyors fejlődése zajlott, és nagyszámú LCD és DLP csereterméket kezdtek használni, széles körben a kormányzati parancsnoki központokban, a biztonsági szolgálatokban, a járványellenőrzésben, az üzleti életben, az éjszakai utazásban és más területeken, ezáltal ösztönözve az iparág fejlődését. A negyedik szakaszban 2020 után a LED-kijelző iparág nagyfelbontású kijelzők és alacsony energiafogyasztás iránti igénye fokozatosan megnőtt a mikro-LED-ek elterjedése miatt. A költségcsökkentéssel és a technológiai fejlődéssel elérhető végső kijelzőtechnológiaként a Micro LED felgyorsítja a Micro LED iparosodási folyamatát olyan kiváló teljesítményekkel, mint a hosszú élettartam, a nagy kontraszt, a nagy felbontás, a gazdag színek, az ultra-nagy fényerő és az alacsonyabb energiafogyasztás, és várhatóan arra ösztönzi az iparágat, hogy ismét belépjen a fellendülő ciklusba.
(2) A nemzeti politikák erős támogatása fogja előmozdítani az iparág fejlődését
A következő generációs kijelzőtechnológiaként a Micro LED nagy figyelmet kapott. Az elmúlt években az állam számos támogató politikát hirdetett ki, például a 2021-es „14. ötéves tervet”, amely egyértelműen kimondja, hogy a harmadik generációs félvezető fontos tartalom, és a projekt olyan kulcsfontosságú technológiákat ölel fel, mint az új energiahordozók, a big data alkalmazások, az 5G kommunikáció és a Micro LED kijelző. Az Ipari és Informatikai Minisztérium, valamint öt másik minisztérium kiadta a „Virtuális valóság és ipari alkalmazások integrációjának fejlesztési cselekvési tervét (2022-2026)”, amely a Micro LED és más mikrokijelző-technológiák fejlesztésének előmozdítására összpontosít; az Ipari Minisztérium és a Pénzügyminisztérium kiadta az „Elektronikus információgyártó ipar 2023-2024 közötti stabil növekedési cselekvési tervét”, amely a Mini LED, a Micro LED és más technológiák erőteljes fejlesztését javasolta; az Ipari és Informatikai Minisztérium, valamint hét másik minisztérium közösen kiadta a „Végrehajtási vélemények a jövőbeli ipari innováció és fejlesztés előmozdításáról” című dokumentumot, amely a Micro LED, a lézer, a nyomtatás és más kijelzőtechnológiák áttörését és nagyszabású alkalmazásának elérését javasolta. A fenti politikák és szabályozások kiadása és végrehajtása a kínai kormány pozitív hozzáállását és határozott elhatározását mutatja a mikro-LED iparág fejlesztése iránt, ami jobb fejlesztési környezetet biztosít a mikro-LED iparág fejlődéséhez. A mikro-LED várhatóan profitál majd az állam politikai támogatásából, és gyors fejlődést fog eredményezni.
Ötödik, a mikro-LED iparág fejlődése
(1) Az iparág fejlődésének állapota
A Micro LED gyártási folyamata hasonló a hagyományos technikai lépésekhez, főként LED epitaxiális ostya növesztést, Micro LED chip gyártást, meghajtó hátlap (TFT meghajtó vagy Micro IC meghajtó) gyártást és négy alkatrész nagyméretű átvitelét foglalja magában. Először is, a LED szerkezet kialakítása vékonyréteg, Micro, tömb, majd a Micro LED-et nagyszámú technológia segítségével átviszik az áramköri lapra, az aljzat lehet kemény, puha, átlátszó, átlátszatlan aljzat; A fizikai leválasztási eljárással a védőréteg és a felső elektróda elkészítéséhez a felső aljzat csomagolható, és egy egyszerű Micro LED kijelző készíthető el. A chip miniatürizálása miatt azonban a Micro LED gyártástechnológia új műszaki mutatókat és követelményeket támasztott a meglévő ipari lánc minden egyes láncszemével, beleértve a kulcsfontosságú technológiák kutatási és fejlesztési igényeit különböző területeken, mint például az anyagok, folyamatok és berendezések, és az egyes ipari láncszemek technológiája nem fejleszthető önállóan, ez egy nagyon összetett műszaki rendszer. Szorosan együtt kell működni az ipari lánc felfelé és lefelé irányuló szakaszaival, mint például a panelek, chipek, tömeges átvitelek és meghajtó IC-k. Jelenleg a négy kulcsfontosságú technológia – az epitaxia és chipgyártás, a tömeges átvitel, a teljes színű kijelző és a kijelzőmeghajtás – még mindig fejlesztésre vár.
(2) A globális technológiai innováció áttekintése
A Micro LED fejlődéstörténetének szempontjából a Texas Tech University két professzora 2000-ben vezető szerepet vállalt a Micro LED koncepciójának felvetésében, és mára a globális technológiai innováció magas szakaszába lépett. 2017 óta a Micro LED technológia innovációs tevékenysége jelentősen megnőtt, és jelenleg robbanásszerű növekedési szakaszban van. Jelenleg a Micro LED globális szabadalmi tartalékkal rendelkezik, amelyből több mint 13 000 érvényes szabadalom, és a vizsgálati és érvényességi arány összege közel 80%, ami azt jelzi, hogy a potenciális szabadalmi akadályok ezen a területen magasak. A Micro LED technológiai innováció aktívabb területe szempontjából a technológiai innováció aktívabb területe Kína, az Egyesült Államok és Dél-Korea, a szabadalmi elrendezés régiója pedig azt mutatja, hogy az aktívabb piac Kínában és az Egyesült Államokban van. A világ és Kína főbb innovációs egységei szempontjából a világ vezető innovációs egységei Kínában, Dél-Koreában és az Egyesült Államokban több előnnyel rendelkeznek, főként a kijelzőpanelek és a fotoelektromos vállalatok területén. A világ 15 legnagyobb vállalata közül a kínai vállalatok több mint felét tették ki, a BOE és a Huaxing Optoelectronics a világ top 5-ében végzett; Kína vezető vállalatai mellett a dél-koreai Samsung és LG szabadalmi elrendezése is a világ élvonalába tartozik. A szabadalmak számának K+F intézmények típusa szerinti eloszlási eredményei alapján a startupok aránya a legmagasabb, elérve a 29%-ot. A szabadalmi típusok szempontjából a szabadalmak száma a négy kulcsfontosságú technológia köré oszlik meg: epitaxia és chipstruktúra, masszív átvitel, teljes színű kijelző és kijelzőillesztő.
(3) Négy kulcsfontosságú technológia fejlesztése
Epitaxia és chipgyártás: A mikro LED gyártási folyamata a lapkától a chipig olyan lépéseken megy keresztül, mint az epitaxia - lépcsőzetes maratás - vezetőréteg előkészítése - elektróda előkészítése. Az epitaxia és chipszerkezeti technológia irányában a kisebb mikro LED-ek esetében a jelenlegi iparág elsősorban a hullámhossz-egyenletességgel, az alacsony epitaxiális hibaaránnyal és a kvantumhatékonysággal foglalkozik: (1) A chip miniatürizálása után magas követelményeket támasztanak az epitaxiális hullámhossz-konzisztenciával és az alacsony hibaaránnyal szemben, a hagyományos LED-ekhez 6-12 nm-re van szükség, a mikro LED chipeket 2 nm-re kell csökkenteni; (2) A chip mérete egyre kisebb lesz, és a vágási töredék hozama csökken; (3) A mikro LED hatásfoka az áramsűrűség növekedésével növekszik, a csúcsérték elérése után pedig csökken. Ahogy a mikro LED mérete csökken, a csúcshatékonyság a nagy áramsűrűség irányába mozdul el, és a csúcshatékonyság tovább csökken.
Nagy átvitel: A Micro LED világító réteg és a meghajtó hordozó növekedési folyamatának eltérő jellege miatt nehéz a kijelző tömböt és a meghajtó eszközt integrálni a növekedési folyamaton keresztül, ezért a létrehozott Micro LED szemcséket át kell vinni a meghajtó áramköri lapra, ami egy nagy átviteli folyamat. Egy 4K TV-t példaként véve, az átviendő szemcsék száma akár 24 millió is lehet (4000 x 2000 x RGB három színben számolva), még ha egy 10 000 átvitel is történik, azt 2400-szor kell megismételni, így a hatalmas átvitel három fő problémával néz szembe: (1) átviteli pontosság: A Micro LED meghajtó áramköri lapra való mozgatásának pontosságát ±0,5 μm-en belül kell szabályozni, és az átviteli eszköznek nagy igazítási pontossággal és cseppenési pont pontossággal kell rendelkeznie. (2) Átviteli hatékonyság: a hagyományos LED 2 darab/másodperc, a Micro LED-nek 20 000 darab/másodperc szükséges; (3) Átviteli hozam: A kijelzők pixelhiba-tűrése nagyon alacsony, ha kevesebb, mint 5 pixelt szeretne létrehozni a teljes színű 1920*1080 kijelzőn, az átviteli hozamnak el kell érnie a 99,9999%-ot.
A nagyméretű átviteli technológia főként molekuláris erő (tömítésátvitel), elektrosztatikus, mágneses átvitel, lézeres átvitel, önszerelődés (folyadékösszeszerelési technológia) és így tovább magában foglalja. A lézeres nagyméretű átvitel viszonylag kis méretű, gyors válaszidejű, nagy átviteli hatékonyságú és nagyfokú szelektivitással rendelkezik, így a lézeres átvitel a nagyméretű átvitel mainstream technológiájává válik. Jelenleg a hazai nagyméretű átviteli technológia és berendezések fejlődése tapasztalható, a nagyméretű lézerek (002008), vezető intelligens lézerek (300450), Haimu csillaglézerek és más nagyméretű átviteli berendezések gyártói sikeresen szállították és kézbesítették az ügyfeleknek, de a hazai lézerberendezések nagyméretű tömeggyártása még messze van.
Teljes színű kijelző: A Micro LED-ek monokróm megjelenítése viszonylag egyszerű, de a teljes szín elérése bonyolultabb, mivel az RGB három színének piros, zöld és kék három színszemcsét kell átvinnie. A Micro LED technológia kulcsfontosságú műszaki mutatójaként a Micro LED teljes színű technológiájának kutatása a Micro LED technológia fejlesztésének egyik kutatási pontjává és nehézségévé vált. A Micro LED színezésének megvalósítási módszerei főként az RGB háromszínű LED módszert, az UV kék LED + lumineszcens közeg módszert és a lencseszintézis módszert foglalják magukban, amelyek mindegyikének megvannak a saját hiányosságai. Összehasonlításképpen, a folyamatfolyamat és az anyagok tekintetében az UV kék LED + fénykibocsátó közeg módszer egyszerűbb, mint más rendszerek, főként kék LED-et használnak a háttérvilágítás lemezének helyettesítésére, kvantumpont filmet vagy foszfort használnak fénykibocsátó közegként az RGB szűrők helyettesítésére, hogy teljes színes kijelzőt hozzanak létre.
Kijelzővezérlő: A CMOS és TFT által képviselt aktív meghajtótervezési séma a Micro LED technológia fejlesztésének főáramává vált. A Micro LED egy áramvezérelt fénykibocsátó eszköz, és a meghajtó módja általában PM (passzív mátrix) passzív meghajtóra és AM (aktív mátrix) aktív meghajtóra oszlik. A passzív meghajtó miatt: (1) nem kedvez a nagy felületű gyártásnak, nem tudja kielégíteni a nagyméretű meghajtók követelményeit; (2) Az oszlopos pásztázási meghajtó jellemzői miatt az oszlopos pixelfény könnyen egyenetlen, ami a kijelző képének és felbontásának korlátozottságát eredményezi; (3) A pixelsűrűség fokozatosan csökken, a hagyományos NYÁK-lap passzív meghajtó módja nem tudja kielégíteni a meghajtóigényt, és számos hátránnyal jár a Micro LED alkalmazása során, ezért a CMOS és TFT által képviselt aktív meghajtótervezési séma jó társ lesz a Micro LED technológia fejlesztésében. Például a CMOS meghajtó technológiában a transzferkötési technológia áttörése érdekében a jelenlegi iparág a Micro LED és a CMOS meghajtó áramkörök kötési technológiájának feltárására összpontosít.
