Permintaan terminal dan kebijakan mendorong perkembangan pesat industri Micro LED.

LED Mikro Teknologi tampilan adalah pejuang heksagonal. Lebih dari 80% informasi manusia diperoleh melalui mata, dan tuntutan manusia yang lebih tinggi terhadap kualitas dan bentuk gambar tampilan mendorong pengembangan dan iterasi teknologi tampilan yang berkelanjutan. Teknologi tampilan warna telah mengalami transisi teknologi seperti CRT sejak pengembangannya, dan saat ini didominasi oleh teknologi LCD dan OLED. Dari segi kinerja, Micro LED sebagai teknologi tampilan generasi berikutnya, dibandingkan dengan produksi massal teknologi LCD (layar kristal cair) dan teknologi OLED (layar dioda pemancar cahaya organik), Micro LED memiliki keunggulan kinerja yang sangat superior di hampir setiap dimensi teknis: Umur panjang, kontras tinggi, dapat mencapai resolusi tinggi, respons cepat, efek sudut pandang lebih luas, warna kaya, dianggap sebagai solusi utama teknologi tampilan.

Pertama, biaya dan kinerja menjadi pendorong utama pengembangan industri Micro LED.

Micro LED adalah teknologi miniaturisasi dan matriks LED baru, yang mengacu pada integrasi susunan LED berukuran mikro dengan kepadatan tinggi pada sebuah chip. Teknologi ini mencapai penerangan mandiri penggerak titik tunggal dengan meminimalkan ukuran unit LED hingga kurang dari 50 mikron, yang ~100 kali lebih kecil daripada LED tradisional dan mengurangi jarak antar piksel dari milimeter menjadi mikron. Oleh karena itu, Micro LED pada dasarnya adalah LED tingkat mikron, dan dioda pemancar cahaya LED adalah perangkat semikonduktor solid-state yang dapat mengubah energi listrik menjadi cahaya tampak.

Dari segi biaya, lembaran epitaksial safir 4 inci, dipotong menjadi chip LED biasa sekitar 60.000, dipotong menjadi LED Mini Jumlah chip Micro LED yang diproduksi mencapai sekitar 600.000, dan lebih dari 2,4 juta chip telah diproduksi dalam jumlah yang lebih besar. Dengan wafer yang sama, jumlah Micro LED telah meningkat secara signifikan, dan biaya per chip lebih rendah, yang juga merupakan salah satu alasan potensi pengembangan Micro LED dari sudut pandang biaya.

Dari segi performa, dibandingkan dengan teknologi LCD dan OLED yang telah diproduksi secara massal, Micro LED memiliki keunggulan performa yang sangat superior di hampir setiap dimensi teknis, seperti umur pakai yang panjang, kontras tinggi, resolusi tinggi, respons cepat, efek sudut pandang yang lebih luas, warna yang kaya, kecerahan ultra tinggi, dan konsumsi daya yang lebih rendah. Di antaranya, (1) tipis dan ringan: ukuran Micro LED sekitar 1/100 dari LED tradisional, atau sekitar 1/10 dari lebar rambut manusia; (2) Konsumsi daya rendah: Micro LED menggunakan struktur sub-piksel tiga warna primer yang memancarkan cahaya sendiri, proses tampilan LCD perlu menggunakan lampu latar untuk polarisator dan kemudian untuk filter warna, proses tampilan memiliki banyak kehilangan energi, dibandingkan dengan keduanya, dalam aplikasi tampilan, konsumsi daya Micro LED sekitar 10% dari konsumsi daya LCD. Micro LED menggunakan bahan anorganik untuk memancarkan cahaya, yang memiliki efisiensi luminous yang lebih tinggi, dan OLED menggunakan bahan organik untuk memancarkan cahaya, dan konsumsi daya luminous keduanya lebih rendah daripada OLED. Oleh karena itu, dalam tampilan gambar yang sama, konsumsi daya Micro LED lebih rendah daripada OLED, dan jauh lebih rendah daripada LCD; (3) Kecerahan tinggi: Micro LED menggunakan material anorganik galium nitrida (GaN) pada bagian bercahaya, dan kecerahannya secara teoritis dapat mencapai 105 cd/m2, jauh lebih tinggi daripada 3.000 cd/m2 pada LCD dan 1.500 cd/m2 pada OLED, dan masa pakai material anorganik lebih lama; (4) Resolusi tinggi: di bawah teknologi tampilan Micro LED, setiap Micro LED adalah piksel yang dapat menyala sendiri, dan satu Micro LED berada pada tingkat mikron, sehingga dapat mencapai resolusi yang sangat tinggi. Kepadatan piksel tampilan Micro LED dapat lebih dari 1.500 PPI, sedangkan PPI layar LCD dan OLED sekitar 800 PPI dan 400 PPI.

Singkatnya, biaya dan kinerja akan mendorong perkembangan berkelanjutan industri Micro LED.

Kedua, skenario aplikasi Micro LED

Micro LED adalah teknologi tampilan masa depan yang paling mutakhir. Jika Anda tidak mempertimbangkan biaya dan kematangan proses, hanya melihat kinerja dan data indikator tampilan, Micro LED tidak diragukan lagi adalah teknologi tampilan yang paling unggul. Semua indikator kinerja Micro LED lebih baik daripada teknologi tampilan lainnya. Dari segi skenario aplikasi, Micro LED cocok untuk semua ukuran aplikasi produk. Dari perspektif kelayakan teknis dan kelayakan ekonomi, Micro LED akan menjadi yang pertama diterapkan pada tampilan berukuran kecil di bawah 3 inci dan tampilan berukuran besar di atas 100 inci.
Dalam hal ukuran layar kecil di bawah 3 inci, Micro LED akan menggerogoti pasar OLED. Layar berukuran kecil, karena jarak pandang yang sangat dekat, persyaratan efek tampilan tinggi, dan layar berukuran kecil umum di terminal seluler, juga memiliki persyaratan konsumsi daya yang tinggi. Oleh karena itu, OLED telah menjadi teknologi utama untuk layar berukuran kecil dengan keunggulan konsumsi daya rendah dan efek tampilan yang baik, tetapi pangsa pasar OLED di bidang ini akan terkikis oleh Micro LED di masa mendatang. Di satu sisi, Micro LED lebih unggul daripada OLED dalam semua indikator kinerja tampilan seperti efek tampilan dan konsumsi daya; di sisi lain, karena ukuran layar yang kecil dan jumlah piksel total yang kecil, biaya Micro LED juga relatif terkendali. Dari sudut pandang teknologi saat ini, Micro LED telah mampu mencapai miniaturisasi chip, tetapi masih ada beberapa kendala dalam transfer data yang besar, hasil produksi relatif terbatas, saat ini, berbagai perusahaan sedang mengeksplorasi solusi peningkatan teknologi berdasarkan biaya yang terkendali.

Dalam hal layar 3-99 inci, Micro LED sulit untuk menggerogoti pangsa pasar LCD dan OLED dalam waktu singkat. Karena jarak pandang yang dekat, layar memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk ukuran dan jarak antar piksel, sementara ukuran layar menjadi lebih besar dan jumlah total piksel juga menjadi lebih banyak, sehingga penerapan Micro LED pada layar 3-99 inci secara signifikan meningkatkan kesulitan teknis dan biaya proses, dan kematangan teknologi Micro LED dalam rentang ini perlu ditingkatkan. Dan yang paling penting adalah bahwa di area ukuran ini, baik OLED ukuran kecil maupun LCD ukuran besar, keunggulan biayanya tetap tak tergoyahkan. Di masa depan, dengan terus menurunnya biaya Micro LED dan terus meningkatnya teknologi, kesenjangan antara biaya dan kesulitan proses Micro LED dan LCD serta OLED akan semakin menyempit.

Dalam hal tampilan besar lebih dari 100 inci, Micro LED memiliki keunggulan. Di pasar tampilan lebih dari 100 inci, LCD akan dibatasi oleh hasil produksi dan efisiensi pemotongan panel berukuran besar, dan OLED juga sulit mencapai pengurangan biaya karena proses penguapan setelah ukuran besar, hasil produksi lebih rendah, sehingga di masa lalu, efek tampilan yang lebih umum adalah proyektor dan layar LCD yang mendominasi pasar tampilan lebih dari 100 inci. Namun, dengan penurunan biaya Micro LED yang signifikan, hal itu akan mempercepat penggantian produk tampilan tradisional seperti proyektor dan layar LCD dengan banyak keunggulan seperti tampilan layar penuh, warna yang kaya, dan kecerahan tinggi.

Ukuran pasar industri Micro LED tiga kali lipat

Saat ini, chip Micro LED telah diproduksi dalam berbagai perangkat tampilan seperti kacamata dan TV, tetapi sebagian besar produk masih dalam tahap konsep karena keterbatasan harga dan belum mencapai promosi pasar skala besar. Di masa depan, dengan terobosan dan kematangan bertahap teknologi kunci Micro LED, biaya komersialisasi dan industrialisasi akan sangat berkurang, dan hasil produksi chip akan semakin meningkat, Micro LED diharapkan akan memimpin dalam aplikasi skenario tampilan ukuran besar dan kecil. Dari sudut pandang pengiriman, menurut data perkiraan Omdia, dipengaruhi oleh permintaan pasar jam tangan pintar dan TV kelas atas, pengiriman layar Micro LED global akan melonjak dari tingkat yang sangat rendah pada tahun 2020 menjadi lebih dari 16 juta unit pada tahun 2027, dan potensi permintaan pasar sangat besar. Dari segi ukuran pasar, menurut perkiraan Jibang Consulting, dalam skenario aplikasi layar mikro, diperkirakan pada tahun 2026, nilai produksi chip layar kacamata AR Micro LED mencapai 41 juta dolar AS; Dalam skenario layar berukuran besar, nilai output chip layar besar Micro LED akan mencapai $54 juta pada tahun 2022, dan diperkirakan akan meningkat menjadi $4,5 miliar pada tahun 2026, dengan tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 204%, dan masih ada banyak ruang untuk pertumbuhan pasar.

Keempat, permintaan terminal dan kebijakan mendorong perkembangan pesat industri ini.

(1) Perubahan permintaan terminal merupakan faktor utama yang mendorong perkembangan industri

Sejak 2009, industri chip LED telah mengalami tiga siklus, semuanya didorong oleh permintaan baru untuk produk LED. Tahap pertama adalah sebelum 2013, TV layar datar dan lampu latar ponsel sebagai permintaan utama LED mendorong perkembangan industri LED; tahap kedua adalah 2013 hingga 2014, pada tahun 2013, Uni Eropa sepenuhnya melarang lampu tenun putih, permintaan akan penerangan profesional LED dan penerangan lanskap meningkat, ekspor LED pesisir meningkat untuk mendorong perkembangan industri LED; tahap ketiga adalah dari 2015 hingga 2020, perkembangan pesat LED pitch kecil, sejumlah besar menggantikan LCD dan DLP, banyak digunakan di pusat komando pemerintah, keamanan, pengendalian penyakit, bisnis, perjalanan malam hari, dan bidang lainnya, sehingga mendorong perkembangan industri; tahap keempat adalah setelah 2020, permintaan industri layar LED untuk tampilan definisi tinggi dan konsumsi daya rendah secara bertahap meningkatkan tingkat penetrasi Micro LED. Sebagai teknologi tampilan mutakhir, dengan pengurangan biaya dan kemajuan teknologi, Micro LED akan mempercepat proses industrialisasi Micro LED dengan kinerja unggul seperti umur pakai yang panjang, kontras tinggi, resolusi tinggi, warna yang kaya, kecerahan ultra tinggi, dan konsumsi daya yang lebih rendah, dan diharapkan dapat mendorong industri untuk kembali memasuki siklus pertumbuhan.

(2) Dukungan kuat dari kebijakan nasional akan mendorong perkembangan industri

Sebagai generasi teknologi tampilan baru berikutnya, Micro LED telah menarik banyak perhatian. Dalam beberapa tahun terakhir, pemerintah telah mengeluarkan sejumlah kebijakan pendukung, seperti "Rencana Lima Tahun ke-14" pada tahun 2021, yang secara jelas menyatakan bahwa semikonduktor generasi ketiga merupakan konten penting, dan proyek tersebut mencakup teknologi kunci seperti kendaraan energi baru, aplikasi big data, komunikasi 5G, dan tampilan Micro LED. Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi serta lima departemen lainnya mengeluarkan "Rencana Aksi Pengembangan Integrasi Realitas Virtual dan Aplikasi Industri (2022-2026)", yang akan berfokus pada promosi peningkatan teknologi Micro LED dan teknologi tampilan mikro lainnya; Kementerian Perindustrian dan Kementerian Keuangan mengeluarkan "Rencana Aksi Pertumbuhan Stabil Industri Manufaktur Informasi Elektronik 2023-2024" yang mengusulkan untuk secara aktif mengembangkan Mini LED, Micro LED, dan teknologi lainnya; Kementerian Perindustrian dan Teknologi Informasi beserta tujuh departemen lainnya bersama-sama mengeluarkan "Opini Pelaksanaan tentang Peningkatan Inovasi dan Pengembangan Industri Masa Depan", yang mengusulkan untuk melakukan terobosan dalam teknologi Micro LED, laser, pencetakan, dan teknologi tampilan lainnya serta mencapai aplikasi skala besar. Penerbitan dan implementasi kebijakan dan peraturan tersebut menunjukkan sikap positif dan tekad kuat pemerintah Tiongkok untuk mengembangkan industri Micro LED, yang menyediakan lingkungan pengembangan yang lebih baik bagi perkembangan industri Micro LED. Micro LED diharapkan dapat memperoleh manfaat dari dukungan kebijakan negara dan mengalami perkembangan pesat.

Kelima, perkembangan industri Micro LED

(1) Status perkembangan industri

Proses manufaktur Micro LED mirip dengan langkah-langkah teknis konvensional, terutama meliputi pertumbuhan wafer epitaksial LED, produksi chip Micro LED, produksi backplane driver (driver TFT atau driver Micro IC), dan transfer massal yang terdiri dari empat bagian. Pertama, desain struktur LED berupa film tipis, mikro, dan array, kemudian Micro LED ditransfer ke papan sirkuit menggunakan teknologi transfer massal, substrat dapat berupa substrat keras, lunak, transparan, atau buram; dengan menggunakan proses deposisi fisik untuk menyelesaikan lapisan pelindung dan elektroda atas, substrat atas dapat dikemas dan tampilan Micro LED sederhana dapat diselesaikan. Namun, karena miniaturisasi chip, teknologi manufaktur Micro LED telah memunculkan indikator dan persyaratan teknis baru untuk setiap tautan rantai industri yang ada, termasuk kebutuhan penelitian dan pengembangan teknologi kunci di berbagai bidang seperti material, proses, dan peralatan, dan teknologi setiap tautan industri tidak dapat dikembangkan secara independen, ini merupakan sistem teknis yang sangat kompleks. Diperlukan kerja sama yang erat dengan hulu dan hilir rantai industri seperti panel, chip, transfer massal, dan driver IC. Saat ini, empat teknologi kunci yaitu epitaksi & manufaktur chip, transfer data massal, tampilan warna penuh, dan penggerak tampilan masih perlu dikembangkan lebih lanjut.

(2) Gambaran umum inovasi teknologi global

Dari perspektif sejarah perkembangan Micro LED, dua profesor di Texas Tech University mempelopori pengusulan konsep Micro LED pada tahun 2000, dan kini telah memasuki periode inovasi teknologi global yang tinggi. Sejak 2017, aktivitas inovasi teknologi Micro LED telah meningkat secara signifikan, dan saat ini berada dalam periode pertumbuhan eksplosif. Saat ini, Micro LED memiliki cadangan paten global lebih dari 40.000, di mana lebih dari 13.000 merupakan paten yang masih berlaku, dan rasio pemeriksaan dan validitas mendekati 80%, menunjukkan bahwa potensi hambatan paten di bidang ini tinggi; Dari perspektif area inovasi teknologi Micro LED yang lebih aktif, area inovasi teknologi yang lebih aktif berada di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Korea Selatan, dan tata letak paten menunjukkan bahwa pasar yang lebih aktif berada di Tiongkok dan Amerika Serikat. Dari perspektif entitas inovasi utama di dunia dan Tiongkok, entitas inovasi terkemuka global di Tiongkok, Korea Selatan, dan Amerika Serikat memiliki lebih banyak keunggulan, terutama di perusahaan panel display dan fotolistrik. Di antara 15 perusahaan teratas dunia, perusahaan Tiongkok menyumbang lebih dari setengahnya, BOE dan Huaxing Optoelectronics berada di peringkat 5 teratas dunia; Selain perusahaan-perusahaan terkemuka Tiongkok, tata letak paten Samsung dan LG dari Korea Selatan berada di garis depan dunia. Dari hasil distribusi jumlah paten berdasarkan jenis lembaga R&D, perusahaan rintisan (startup) memiliki persentase tertinggi, mencapai 29%. Dari perspektif jenis paten, jumlah paten terdistribusi di sekitar empat teknologi utama yaitu epitaksi dan struktur chip, transfer data massal, tampilan warna penuh, dan driver tampilan.

(3) Pengembangan empat teknologi utama

Epitaksi dan manufaktur chip: Proses manufaktur Micro LED dari wafer hingga chip perlu melalui beberapa tahapan seperti epitaksi - etsa bertahap - persiapan lapisan konduktif - persiapan elektroda. Dalam hal teknologi epitaksi & struktur chip, untuk Micro LED yang lebih kecil, industri saat ini terutama memperhatikan masalah keseragaman panjang gelombang, cacat epitaksi rendah, dan efisiensi kuantum: (1) Setelah chip diperkecil, terdapat persyaratan tinggi untuk konsistensi panjang gelombang epitaksi dan tingkat cacat rendah, LED tradisional membutuhkan 6-12nm, chip Micro LED perlu dikurangi menjadi 2nm; (2) Ukuran chip semakin kecil, dan hasil fragmen pemotongan semakin berkurang; (3) Efisiensi Micro LED akan meningkat seiring dengan peningkatan kepadatan arus, dan menurun seiring dengan peningkatan kepadatan arus setelah mencapai nilai puncak. Seiring dengan penurunan ukuran Micro LED, efisiensi puncak bergeser ke arah kepadatan arus tinggi, dan efisiensi puncak terus menurun.

Transfer besar: Karena perbedaan dalam proses pertumbuhan lapisan bercahaya Micro LED dan substrat penggerak, sulit untuk mengintegrasikan susunan tampilan dan perangkat penggerak melalui proses pertumbuhan, sehingga perlu untuk mentransfer butiran Micro LED yang telah dibuat ke papan sirkuit penggerak, yang merupakan proses transfer besar. Mengambil contoh TV 4K, butiran yang perlu ditransfer mencapai 24 juta (dihitung dalam 4.000 x 2.000 x tiga warna RGB), bahkan jika transfer 10.000, perlu diulang 2.400 kali, sehingga transfer besar menghadapi tiga masalah utama: (1) Akurasi transfer: Akurasi pemindahan Micro LED ke papan sirkuit penggerak harus dikontrol dalam ±0,5μm, dan perangkat transfer harus memiliki akurasi penyelarasan dan akurasi titik jatuh yang tinggi. (2) Efisiensi transfer: LED tradisional 2 buah/detik, Micro LED membutuhkan 20.000 buah/detik; (3) Hasil transfer: Produk tampilan memiliki toleransi kesalahan piksel yang sangat rendah, jika Anda ingin membuat tampilan warna penuh 1920*1080 dengan kurang dari 5 piksel, hasil transfer harus mencapai 99,9999%.

Teknologi transfer besar terutama meliputi gaya molekuler (transfer segel), elektrostatik, transfer magnetik, transfer laser, perakitan mandiri (teknologi perakitan fluida), dan sebagainya. Transfer besar laser dapat mengontrol ukuran yang relatif kecil, respons cepat, efisiensi transfer tinggi, dan memiliki tingkat selektivitas yang tinggi, sehingga transfer laser akan menjadi teknologi utama transfer besar. Saat ini, kemajuan teknologi dan peralatan transfer besar di dalam negeri telah tercapai, produsen laser besar (002008), kecerdasan terkemuka (300450), laser bintang Haimu, dan peralatan transfer besar lainnya telah berhasil dikirim dan diserahkan kepada pelanggan, tetapi peralatan laser domestik dari produksi massal skala besar masih membutuhkan waktu yang lama.

Tampilan warna penuh: Micro LED untuk mencapai monokrom relatif sederhana, tetapi untuk mencapai warna penuh relatif kompleks, tiga warna RGB membutuhkan transfer tiga butiran warna merah, hijau, dan biru. Sebagai indeks teknis utama teknologi Micro LED, penelitian teknologi warna penuh Micro LED telah menjadi pusat perhatian dan kesulitan dalam pengembangan teknologi Micro LED. Metode realisasi pewarnaan Micro LED terutama meliputi metode LED tiga warna RGB, metode LED biru UV + medium luminescent, dan metode sintesis lensa, yang semuanya memiliki kekurangan masing-masing. Sebagai perbandingan, dalam hal alur proses dan material, metode LED biru UV + medium pemancar cahaya lebih sederhana daripada skema lain, terutama menggunakan LED biru untuk menggantikan pelat lampu latar, menggunakan film titik kuantum atau fosfor sebagai medium pemancar cahaya untuk menggantikan filter RGB, untuk menyelesaikan tampilan warna penuh.

Penggerak tampilan: Skema desain penggerak aktif yang diwakili oleh CMOS dan TFT telah menjadi arus utama pengembangan teknologi Micro LED. Micro LED adalah perangkat pemancar cahaya yang digerakkan arus, dan mode penggeraknya umumnya dibagi menjadi penggerak pasif PM (Passive Matrix) dan penggerak aktif AM (Active Matrix). Karena penggerak pasif: (1) tidak kondusif untuk produksi area luas, tidak dapat memenuhi persyaratan penggerak layar besar; (2) Karakteristik penggerak pemindaian kolom, mudah menghasilkan cahaya piksel kolom yang tidak merata, sehingga gambar tampilan dan resolusi terbatas; (3) Jarak antar piksel secara bertahap menyusut, mode penggerak pasif papan PCB tradisional tidak dapat memenuhi permintaan penggerak, dan memiliki banyak kekurangan dalam aplikasi Micro LED, oleh karena itu, skema desain penggerak aktif yang diwakili oleh CMOS dan TFT akan menjadi pendamping yang baik untuk pengembangan teknologi Micro LED. Misalnya, dalam teknologi penggerak CMOS, untuk menembus teknologi transfer bonding, industri saat ini berfokus pada eksplorasi teknologi bonding Micro LED dan sirkuit penggerak CMOS.