端末需要と政策がマイクロLED産業の急速な発展を牽引
マイクロLED はディスプレイ技術の六角戦士です。人間の情報の80％以上は目を通して得られ、ディスプレイの画像品質と形状に対する人間のより高い要求は、ディスプレイ技術の継続的な発展と反復を促進します。カラーディスプレイ技術は、開発以来、CRTなどの技術の変遷を経て、現在はLCDとOLED技術が主流となっています。性能面では、次世代ディスプレイ技術であるマイクロLEDは、大量生産のLCD技術（液晶ディスプレイ）やOLED技術（有機ELディスプレイ）と比較して、ほぼすべての技術次元で非常に優れた性能上の利点を持っています。長寿命、高コントラスト、高解像度、高速応答、より広い視野角効果、豊かな色彩を実現でき、ディスプレイ技術の究極のソリューションと見なされています。
まず、コストと性能がマイクロLED産業の発展を牽引している。
マイクロLEDは、高密度のマイクロサイズのLEDアレイをチップ上に集積する、新たなLED小型化・マトリックス化技術です。この技術は、LEDユニットを50ミクロン未満に小型化することで、単一点駆動による自己発光を実現します。これは従来のLEDの約100分の1のサイズであり、ピクセルピッチはミリメートルからミクロンへと縮小されます。したがって、マイクロLEDは本質的にミクロンレベルのLEDであり、LED発光ダイオードは電気エネルギーを可視光に変換できる固体半導体デバイスです。
コスト面では、4インチのサファイアエピタキシャルシートを通常のLEDチップにカットすると約6万個になり、 ミニLED チップ数は約60万個、マイクロLEDチップ数は240万個を超えています。同一ウェハ上でマイクロLEDの個数が大幅に増加し、チップ単価も低下していることから、コスト面でもマイクロLEDの発展性が高いことが挙げられます。
性能面では、量産されているLCD技術やOLED技術と比較して、マイクロLEDは、長寿命、高コントラスト、高解像度、高速応答、広視野角効果、豊富な色、超高輝度、低消費電力など、ほぼすべての技術次元で非常に優れた性能上の利点があります。その中でも、（1）薄型軽量：マイクロLEDのサイズは従来のLEDの約1/100、または人間の髪の毛の幅の約1/10です。（2）低消費電力：マイクロLEDは、3原色サブピクセル自発光構造を使用します。LCDの表示プロセスでは、バックライトを使用して偏光板、次にカラーフィルターを使用する必要があります。表示プロセスでは、多くのエネルギー損失があります。比較すると、マイクロLEDの表示アプリケーションでの消費電力は、LCDの消費電力の約10％です。マイクロLEDは、発光効率が高い無機材料を使用して発光し、OLEDは有機材料を使用して発光します。どちらも発光消費電力はOLEDよりも低くなっています。そのため、同じ画像を表示する場合、マイクロLEDの消費電力はOLEDよりも低く、LCDよりもはるかに低くなります。（3）高輝度：マイクロLEDは、発光部に窒化ガリウム（GaN）無機材料を使用しており、その明るさは理論上105cd / m2に達し、LCDの3,000cd / m2やOLEDの1,500cd / m2よりもはるかに高く、無機材料の耐用年数が長くなっています。（4）高解像度：マイクロLEDディスプレイ技術では、各マイクロLEDが自己発光できるピクセルであり、単一のマイクロLEDはミクロンレベルであるため、非常に高い解像度を実現できます。マイクロLEDディスプレイのピクセル密度は1,500PPI以上になり、LCDとOLED画面のPPIは約800PPIと400PPIです。
要約すると、コストとパフォーマンスがマイクロ LED 業界の継続的な発展を促進するでしょう。
第二に、マイクロLEDの応用シナリオ
マイクロLEDは、未来の究極のディスプレイ技術です。コストやプロセスの成熟度を考慮せず、ディスプレイの性能と指標データだけを見れば、マイクロLEDは間違いなく究極のディスプレイ技術であり、あらゆる性能指標が他のディスプレイ技術よりも優れています。応用シナリオの観点から見ると、マイクロLEDはあらゆる規模の製品アプリケーションに適しています。技術的な実現可能性と経済的な実現可能性の観点から、マイクロLEDは3インチ未満の小型ディスプレイから100インチを超える大型ディスプレイまで、最初に採用される技術となるでしょう。
3インチ以下の小型ディスプレイに関しては、マイクロLEDがOLED市場を侵食するでしょう。小型ディスプレイは視聴距離が非常に近いため、表示効果に対する要求が高く、モバイル端末では小型ディスプレイが一般的で、消費電力に対する要求も高いです。そのため、OLEDは低消費電力と優れた表示効果の利点を活かして小型ディスプレイの主流技術となっていますが、この分野におけるOLEDの市場シェアは今後、マイクロLEDに侵食されるでしょう。一方で、マイクロLEDは表示効果や消費電力など、あらゆるディスプレイ性能指標においてOLEDよりも優れています。一方、画面サイズが小さく、総画素数が少ないため、マイクロLEDのコストも比較的制御可能です。現在の技術の観点から見ると、マイクロLEDはチップの小型化を実現していますが、巨大転送にはまだいくつかのボトルネックがあり、歩留まりは比較的限られています。現在、さまざまな企業が制御可能なコストに基づいて技術改善ソリューションを模索しています。
3〜99インチディスプレイに関しては、マイクロLEDが短期間でLCDやOLEDの市場シェアを侵食することは困難です。視聴距離が近いため、ディスプレイのチップサイズとピッチに対する要件が高く、画面サイズが大きくなり、ピクセルの総数も増えるため、3〜99インチディスプレイに適用されるマイクロLEDは、プロセスの技術的な難易度とコストが大幅に増加しており、この範囲でのマイクロLED技術の成熟度を向上させる必要があります。そして最も重要なのは、このサイズの領域では、小型OLEDでも大型LCDでも、そのコスト上の優位性が揺るぎないということです。将来的には、マイクロLEDのコストの継続的な低下と技術の継続的な向上により、マイクロLEDとLCDおよびOLEDのコストとプロセスの難易度の差はさらに縮まるでしょう。
100インチを超える大型ディスプレイでは、マイクロLEDが優位性を持っています。100インチ以上のディスプレイ市場では、LCDは大型パネルの生産歩留まりと切断効率によって制限され、OLEDも大型化後の蒸着工程で歩留まりが低いためコスト削減が難しく、これまではディスプレイ効果がより一般的なプロジェクターとLCDスプライシングスクリーンが100インチ以上のディスプレイ市場で支配的な地位を占めていました。しかし、マイクロLEDのコストが大幅に低下したことで、フルスクリーンスプライシング、豊かな色彩、高輝度など多くの利点を持つプロジェクターやLCDスプライシングなどの従来のディスプレイ製品の置き換えが加速されるでしょう。
3つのマイクロLED産業の市場規模
現在、マイクロLEDチップはメガネやテレビなどのディスプレイシーンで製品化されていますが、価格制限のため、ほとんどの製品はまだコンセプト段階にあり、大規模な市場展開には至っていません。 今後、マイクロLEDの主要技術のブレークスルーと段階的な成熟に伴い、商業化および産業化コストが大幅に削減され、チップの歩留まりがさらに向上し、マイクロLEDは大型および小型ディスプレイシナリオの応用をリードすると予想されます。 出荷の観点から見ると、Omdiaの予測データによると、スマートウォッチやハイエンドTV市場の需要の影響を受け、世界のマイクロLEDディスプレイの出荷量は2020年のごくわずかなレベルから2027年には1600万個以上に急増し、市場の需要の潜在力は大きいです。 市場規模の観点から見ると、Jibang Consultingの予測によると、マイクロディスプレイの応用シナリオでは、2026年にはマイクロLED ARメガネディスプレイチップの生産額が4100万米ドルに達すると予想されています。大型ディスプレイのシナリオでは、マイクロLED大型ディスプレイチップの生産額は2022年に5,400万ドルに達し、2026年には45億ドルに上昇すると予想されており、年平均成長率は204％で、市場の成長余地は大きい。
第四に、末端需要と政策が業界の急速な発展を牽引する。
（１）ターミナル需要の変化は、業界の発展を牽引する主な要因である。
2009年以来、LEDチップ業界は3つのサイクルを経験してきました。いずれもLED製品の新たな需要に牽引されています。第1段階は2013年以前、薄型テレビや携帯電話のバックライトがLEDの主な需要となり、LED業界の発展を牽引しました。第2段階は2013年から2014年で、2013年に欧州連合（EU）が白色LEDを全面的に禁止したため、LEDのプロ用照明や景観照明の需要が高まり、沿岸部のLED輸出が増加し、LED業界の発展を牽引しました。第3段階は2015年から2020年で、小ピッチLEDが急速に発展し、LCDやDLPに大量に取って代わり、政府の指揮センター、警備、防疫、ビジネス、夜間旅行などの分野で広く使用され、業界の発展を牽引しました。第4段階は、2020年以降、LEDディスプレイ業界の高精細ディスプレイと低消費電力の需要により、マイクロLEDの普及率が徐々に高まったことです。究極のディスプレイ技術であるマイクロLEDは、コスト削減と技術進歩に伴い、長寿命、高コントラスト、高解像度、豊かな色彩、超高輝度、低消費電力などの優れた性能を備え、マイクロLEDの産業化プロセスを加速し、業界を再び上昇サイクルに導くことが期待されています。
（２）国家政策による強力な支援が産業の発展を促進する
次世代の新しいディスプレイ技術として、マイクロLEDは大きな注目を集めています。近年、政府は多くの支援政策を公布しており、例えば2021年の「第14次5カ年計画」では、第3世代半導体が重要な内容であると明記され、プロジェクトは新エネルギー車、ビッグデータ応用、5G通信、マイクロLEDディスプレイなどの主要技術を網羅しています。工業情報化部など5つの部門は、「仮想現実と産業応用の融合発展行動計画（2022～2026年）」を発表し、マイクロLEDなどのマイクロディスプレイ技術のアップグレードを重点的に推進しています。工業部と財政部は、「電子情報製造産業2023～2024年安定成長行動計画」を発表し、ミニLED、マイクロLEDなどの技術を積極的に発展させることを提案しました。工業情報化部をはじめとする7つの部門は共同で「未来の産業革新発展の促進に関する実施意見」を発表し、マイクロLED、レーザー、印刷などのディスプレイ技術の飛躍的発展と大規模応用の実現を提案しました。これらの政策と規制の発表と実施は、中国政府がマイクロLED産業の発展に前向きな姿勢と確固たる決意を示しており、マイクロLED産業の発展により良い開発環境を提供しています。マイクロLEDは国家の政策支援を受け、急速な発展を遂げると期待されています。
5.マイクロLED産業の発展
（１）産業の発展状況
マイクロLEDの製造プロセスは、従来の技術ステップと似ており、主にLEDエピタキシャルウェーハの成長、マイクロLEDチップの製造、ドライバーバックプレーン（TFTドライバーまたはマイクロICドライバー）の製造、4つの部品の大量転送で構成されています。まず、LED構造を薄膜、マイクロ、アレイに設計し、その後、大量の技術を用いてマイクロLEDを回路基板に転送します。基板は硬質、軟質、透明、不透明の基板を使用できます。物理蒸着プロセスを用いて保護層と上部電極を完成させ、上部基板をパッケージングすることで、シンプルなマイクロLEDディスプレイを完成させることができます。しかし、チップの小型化に伴い、マイクロLED製造技術は、材料、プロセス、設備など、各分野のキーテクノロジーの研究開発ニーズを含む、既存の産業チェーンの各リンクに新たな技術指標と要件を提示しています。各産業リンクの技術は独立して開発することはできず、非常に複雑な技術システムとなっています。パネル、チップ、大量転送、ドライバーICなど、産業チェーンの上流と下流のプロセスとの緊密な連携が必要です。現時点では、エピタキシーおよびチップ製造、大量転送、フルカラーディスプレイ、ディスプレイ駆動の 4 つの主要技術を突破する必要があります。
（２）世界の技術革新の概観
マイクロLEDの発展の歴史から見ると、2000年にテキサス工科大学の2人の教授が率先してマイクロLEDの概念を提唱し、現在、世界的な技術革新のピーク期に入っている。 2017年以降、マイクロLED技術の革新活動は大幅に増加し、爆発的な成長期にある。 現在、マイクロLEDの世界特許保有件数は4万件を超え、そのうち有効な特許は1万3000件を超え、審査有効率の合計は80％近くに達しており、この分野における潜在的な特許障壁が高いことがわかる。 マイクロLEDの技術革新の活発な分野から見ると、技術革新が最も活発なのは中国、米国、韓国であり、特許配置の地域から見ると、中国と米国がより活発な市場であることがわかる。世界と中国の主要イノベーション主体の観点から見ると、中国、韓国、米国の世界をリードするイノベーション主体は、主にディスプレイパネルと光電企業において、より優位に立っています。世界トップ15企業のうち、中国企業が半数以上を占め、BOE、華星光電は世界トップ5にランクインしています。中国の主要企業に加え、韓国のサムスンとLGの特許配置も世界のトップクラスに位置しています。研究開発機関の種類別の特許件数の分布結果から、新興企業が最も多く、29％に達しています。特許の種類の観点から見ると、特許件数はエピタキシーとチップ構造、大量転写、フルカラーディスプレイ、ディスプレイドライバーの4つのキーテクノロジーを中心に分布しています。
（３）４つの主要技術の開発
エピタキシーとチップ製造：ウェーハからチップまでのマイクロLEDの製造プロセスは、エピタキシー - ステップエッチング - 導電層の準備 - 電極の準備などのステップを経る必要があります。エピタキシーおよびチップ構造技術の方向では、より小型のマイクロLEDに対して、現在の業界は主に波長の均一性、低いエピタキシー欠陥、および量子効率の問題に関心を持っています：（1）チップが小型化された後、エピタキシー波長の一貫性と低い欠陥率に対する高い要件があり、従来のLEDは6〜12nmを必要とし、マイクロLEDチップは2nmに縮小する必要があります。（2）チップサイズはますます小さくなり、切断片の収率は低下しています。（3）マイクロLEDの効率は、電流密度の増加に伴って増加し、ピーク値に達した後、電流密度の増加に伴って低下します。マイクロLEDのサイズが小さくなるにつれて、ピーク効率は高電流密度の方向に移動し、ピーク効率は低下し続けます。
大量転写：マイクロLED発光層と駆動基板の成長プロセスの違いにより、成長プロセスを経てディスプレイアレイと駆動デバイスを統合することが難しく、製造されたマイクロLED粒子を駆動回路基板に転写する必要があり、これは大量転写プロセスとなります。4Kテレビを例にとると、転写が必要な粒子は2400万個（4000×2000×RGB3色で計算）にも上り、たとえ1万回の転写でも2400回繰り返す必要があるため、この大量転写は3つの大きな問題に直面しています。（1）転写精度：マイクロLEDを駆動回路基板に移動する精度は±0.5μm以内に制御する必要があり、転写デバイスは高い位置合わせ精度とドロップポイント精度を備えている必要があります。（2）転写効率：従来のLEDは2個/秒、マイクロLEDは20,000個/秒が必要です。 （3）転送収率：ディスプレイ製品のピクセルエラー許容度は非常に低く、フルカラー1920×1080ディスプレイの5ピクセル未満を作成する場合、転送収率は99.9999％に達する必要があります。
大型転写技術は、主に分子力（シール転写）、静電転写、磁気転写、レーザー転写、自己組織化（流体組立技術）などを含む。レーザー大型転写は、比較的小さなサイズの制御が可能で、応答速度が速く、転写効率が高く、選択性も高いため、レーザー転写は大型転写の主流技術となるだろう。現在、国内の大型転写技術と設備は着実に進歩しており、メーカーの大型レーザー（002008）、リーディングインテリジェンス（300450）、海木星レーザーなどの大型転写設備はすでに出荷され、顧客に届けられているが、国産レーザー設備の大量生産にはまだまだ遠い道のりがある。
フルカラーディスプレイ：マイクロLEDでモノクロを実現するのは比較的簡単ですが、フルカラーを実現するのは比較的複雑で、RGB3色は赤、緑、青の3色の粒子を転送する必要があります。マイクロLED技術の重要な技術指標として、マイクロLEDフルカラー技術の研究は、マイクロLED技術開発における研究のホットスポットと難しさになっています。マイクロLEDのカラー化の実現方法は、主にRGB3色LED方式、UV青色LED +発光媒体方式、レンズ合成方式などがあり、それぞれ対応する欠点があります。比較すると、プロセスフローと材料の観点から、UV青色LED +発光媒体方式は他の方式よりも簡単で、主に青色LEDを使用してバックライトプレートを交換し、量子ドットフィルムまたは蛍光体を発光媒体として使用してRGBフィルターを交換し、フルカラーディスプレイを完成させます。
ディスプレイドライバ：CMOSやTFTに代表されるアクティブドライバ設計方式は、マイクロLED技術開発の主流となっている。マイクロLEDは電流駆動型の発光素子であり、その駆動方式は一般的にPM（パッシブマトリックス）パッシブ駆動とAM（アクティブマトリックス）アクティブ駆動に分けられる。パッシブ駆動は、（1）大面積生産に不向きで、大画面駆動の要件を満たすことができない。（2）列スキャン駆動特性のため、列ピクセルの光にムラが生じやすく、表示画像と解像度が制限される。（3）ピクセルピッチが徐々に縮小し、従来のPCBボードのパッシブ駆動方式では駆動需要を満たすことができず、マイクロLEDの応用において多くの欠点があるため、CMOSやTFTに代表されるアクティブドライバ設計方式は、マイクロLED技術開発の良いパートナーとなるだろう。例えば、CMOSドライバ技術では、転写ボンディング技術を突破するために、現在業界ではマイクロLEDとCMOSドライバ回路のボンディング技術の探求に注力している。
