Terminalų paklausa ir politika skatina spartų mikro LED pramonės vystymąsi

Mikro LED yra ekranų technologijos šešiakampis karys. Daugiau nei 80 % informacijos žmogus gauna per akis, o aukštesni žmonių reikalavimai ekrano vaizdo kokybei ir formai skatina nuolatinį ekranų technologijų tobulėjimą ir iteraciją. Spalvotųjų ekranų technologija nuo pat savo sukūrimo patyrė perėjimą prie tokių technologijų kaip CRT, o šiuo metu dominuoja LCD ir OLED technologijos. Kalbant apie našumą, „Micro LED“, kaip naujos kartos ekranų technologija, palyginti su didelio masto LCD technologijos (skystųjų kristalų ekranų) ir OLED technologijos (organinių šviesos diodų ekranų) gamyba, „Micro LED“ turi labai pranašų našumą beveik visais techniniais aspektais: ilgas tarnavimo laikas, didelis kontrastas, gali pasiekti didelę skiriamąją gebą, greitas reagavimas, platesnis žiūrėjimo kampas, sodrios spalvos, tai laikoma geriausiu ekranų technologijos sprendimu.

Pirma, kaina ir našumas skatina mikro LED pramonės plėtrą

„Micro LED“ – tai nauja LED miniatiūrizacijos ir matricos technologija, susijusi su didelio tankio mikro dydžio LED masyvo integravimu į lustą. Ši technologija pasiekia vieno taško savaiminį apšvietimą miniatiūrizuodama LED bloką iki mažesnio nei 50 mikronų lygio, tai yra maždaug 100 kartų mažiau nei tradicinių LED, ir sumažina pikselių žingsnį nuo milimetro iki mikrono. Todėl „Micro LED“ iš esmės yra mikrono lygio LED, o LED šviesos diodas yra kietojo kūno puslaidininkinis įtaisas, galintis paversti elektros energiją matoma šviesa.

Kalbant apie kainą, 4 colių safyro epitaksinis lakštas, supjaustytas į įprastus LED lustus, apie 60 000, supjaustytas Mini LED lustų apie 600 000, supjaustytų „Micro LED“ lustų daugiau nei 2,4 mln. To paties vaflio, „Micro LED“ skaičius buvo žymiai padidintas, o vieno lusto kaina sumažėjo, o tai taip pat yra viena iš priežasčių, lemiančių „Micro LED“ plėtros potencialą kainos požiūriu.

Kalbant apie našumą, palyginti su masinės gamybos LCD ir OLED technologijomis, „Micro LED“ pasižymi labai dideliais našumo pranašumais beveik visais techniniais aspektais, tokiais kaip ilgas tarnavimo laikas, didelis kontrastas, didelė raiška, greitas reagavimas, platesnis matymo kampas, sodrios spalvos, itin didelis ryškumas ir mažesnės energijos sąnaudos. Tarp jų: ​​(1) plonas ir lengvas: „Micro LED“ dydis yra apie 1/100 tradicinio LED dydžio arba apie 1/10 žmogaus plauko pločio; (2) mažas energijos suvartojimas: „Micro LED“ naudoja trijų pagrindinių spalvų subpikselių savaime šviečiančią struktūrą, LCD ekrano gamybos procese reikia naudoti foninį apšvietimą poliarizacijai, o tada spalvų filtrui, todėl ekrano gamybos procese prarandama daug energijos, palyginti su abiem šiais dviem, „Micro LED“ energijos suvartojimas ekrane sudaro apie 10 % LCD energijos suvartojimo. „Micro LED“ naudoja neorganines medžiagas šviesai skleisti, todėl jos pasižymi didesniu šviesos efektyvumu, o OLED naudoja organines medžiagas šviesai skleisti, todėl abiejų šviesos suvartojimas yra mažesnis nei OLED. Todėl, rodant tą patį vaizdą, „Micro LED“ energijos suvartojimas yra mažesnis nei OLED ir daug mažesnis nei LCD; (3) Didelis ryškumas: „Micro LED“ šviečiančioje dalyje naudojama galio nitrido (GaN) neorganinė medžiaga, todėl teoriškai jo ryškumas gali siekti 105 cd/m2, tai yra daug daugiau nei LCD 3000 cd/m2 ir OLED 1500 cd/m2, o neorganinių medžiagų tarnavimo laikas yra ilgesnis; (4) Didelė skiriamoji geba: naudojant „Micro LED“ ekrano technologiją, kiekvienas „Micro LED“ yra pikselis, galintis savaime įsižiebti, o vienas „Micro LED“ yra mikrono lygmens, todėl gali pasiekti labai didelę skiriamąją gebą. „Micro LED“ ekrano pikselių tankis gali būti didesnis nei 1500 PPI, o LCD ir OLED ekranų PPI yra apie 800 PPI ir 400 PPI.

Apibendrinant, kaina ir našumas skatins nuolatinę „Micro LED“ pramonės plėtrą.

Antra, mikro LED taikymo scenarijai

„Micro LED“ yra ateities ekranų technologija. Jei neatsižvelgsite į kainą ir proceso brandą, o tik į ekrano našumą ir indikatorių duomenis, „Micro LED“ neabejotinai yra pažangiausia ekranų technologija. Visi „Micro LED“ našumo rodikliai yra geresni nei kitos ekranų technologijos. Kalbant apie pritaikymo scenarijus, „Micro LED“ tinka visų dydžių gaminiams. Techninio ir ekonominio įgyvendinamumo požiūriu „Micro LED“ bus pirmoji technologija, pritaikyta mažiems ekranams iki 3 colių ir dideliems ekranams virš 100 colių.
Kalbant apie mažus ekranus, mažesnius nei 3 coliai, „Micro LED“ sugriaus OLED rinką. Mažo dydžio ekranai yra dėl labai mažo žiūrėjimo atstumo, aukšti ekrano efekto reikalavimai, o mažo dydžio ekranai yra įprasti mobiliuosiuose įrenginiuose, be to, jiems keliami aukšti energijos suvartojimo reikalavimai. Todėl OLED tapo pagrindine mažų ekranų technologija, turinčia mažo energijos suvartojimo ir gero ekrano efekto privalumus, tačiau ateityje OLED rinkos dalį šioje srityje mažins „Micro LED“. Viena vertus, „Micro LED“ pranašesnis už OLED visais ekrano našumo rodikliais, tokiais kaip ekrano efektas ir energijos suvartojimas; kita vertus, dėl mažo ekrano dydžio ir mažo bendro pikselių skaičiaus „Micro LED“ kaina taip pat yra gana kontroliuojama. Dabartiniu technologiniu požiūriu „Micro LED“ pavyko pasiekti lustų miniatiūrizaciją, tačiau vis dar yra tam tikrų kliūčių dideliame perdavime, našumas yra gana ribotas, šiuo metu įvairios įmonės ieško techninių tobulinimo sprendimų, remdamosi kontroliuojamomis sąnaudomis.

Kalbant apie 3–99 colių ekranus, „Micro LED“ sunku per trumpą laiką užimti LCD ir OLED rinkos dalį. Dėl mažo žiūrėjimo atstumo ekranui keliami didesni lustų dydžio ir žingsnio reikalavimai, o ekrano dydis ir bendras pikselių skaičius didėja. Todėl „Micro LED“ pritaikymas 3–99 colių ekranuose gerokai padidino techninius sudėtingumus ir proceso kainą, todėl reikia gerinti „Micro LED“ technologijos brandą šiame diapazone. Svarbiausia, kad šio dydžio srityje, nesvarbu, ar tai mažas OLED, ar didelis LCD, jo kainos pranašumas būtų nepajudinamas. Ateityje, nuolat mažinant „Micro LED“ kainą ir nuolat tobulinant technologijas, skirtumas tarp „Micro LED“ ir LCD bei OLED kainos ir proceso sudėtingumo dar labiau sumažės.

Kalbant apie didelius, didesnius nei 100 colių, ekranus, „Micro LED“ turi pranašumą. Didesnių nei 100 colių ekranų rinkoje LCD ekranus riboja gamybos našumas ir didelių plokščių pjovimo efektyvumas, o OLED ekranams taip pat sunku sumažinti sąnaudas dėl garavimo proceso po didelių matmenų ir mažesnio našumo. Todėl anksčiau ekrano efektas buvo labiau paplitęs, o projektorių ir LCD ekranų sujungimas užėmė dominuojančią padėtį didesnių nei 100 colių ekranų rinkoje. Tačiau dėl ženkliai sumažėjusios „Micro LED“ kainos, tradiciniai ekranai, tokie kaip projektorių ir LCD ekranų sujungimas, bus pakeisti greičiau, nes turės daug privalumų, tokių kaip viso ekrano sujungimas, sodrios spalvos ir didelis ryškumas.

Trijų mikro LED pramonės rinkos dydis

Šiuo metu „Micro LED“ lustai jau naudojami ekranuose, tokiuose kaip akiniai ir televizoriai, tačiau dėl kainų apribojimų dauguma produktų vis dar yra koncepcijos stadijoje ir dar nepasiekė didelio masto rinkos skatinimo. Ateityje, pasiekus proveržį ir palaipsniui bręstant pagrindinei „Micro LED“ technologijai, komercializavimo ir industrializacijos sąnaudos gerokai sumažės, o lustų našumas dar labiau padidės. Tikimasi, kad „Micro LED“ imsis lyderio pozicijos didelių ir mažų ekranų scenarijų srityje. Kalbant apie tiekimą, remiantis „Omdia“ prognozių duomenimis, išmaniųjų laikrodžių ir aukščiausios klasės televizorių rinkos paklausai įtakos turi tai, kad pasauliniai „Micro LED“ ekranų tiekimai išaugs nuo nereikšmingo lygio 2020 m. iki daugiau nei 16 milijonų vienetų 2027 m., o rinkos paklausos potencialas yra didelis. Remiantis „Jibang Consulting“ prognoze, kalbant apie rinkos dydį, tikimasi, kad 2026 m. „Micro LED AR“ akinių ekranų lustų produkcijos vertė sieks net 41 milijoną JAV dolerių; Didelio formato ekranų scenarijuje „Micro LED“ didelių ekranų lustų produkcijos vertė 2022 m. pasieks 54 mln. USD, o tikimasi, kad 2026 m. ji išaugs iki 4,5 mlrd. USD, o metinis augimo tempas sieks 204 %, ir rinkos augimui yra daug erdvės.

Ketvirta, terminalų paklausa ir politika skatina spartų pramonės vystymąsi

(1) Terminalų paklausos pokyčiai yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys pramonės plėtrą

Nuo 2009 m. LED lustų pramonė išgyveno tris ciklus, kuriuos visus lėmė nauja LED gaminių paklausa. Pirmasis etapas – iki 2013 m., kai plokščiaekraniai televizoriai ir mobiliųjų telefonų foninis apšvietimas tapo pagrindine LED paklausa, kuri skatino LED pramonės plėtrą; antrasis etapas – nuo ​​2013 iki 2014 m., kai 2013 m. Europos Sąjunga visiškai uždraudė baltas austas lempas, išaugo LED profesionalių ir kraštovaizdžio apšvietimo paklausa, o pakrančių LED eksportas išaugo, o tai paskatino LED pramonės plėtrą; trečiasis etapas – nuo ​​2015 iki 2020 m., kai sparčiai vystėsi mažo žingsnio LED, o didelis skaičius pakeitė LCD ir DLP ekranus, plačiai naudojami vyriausybės vadovavimo centruose, saugumo, ligų kontrolės, verslo, naktinio keliavimo ir kitose srityse, taip skatinant pramonės plėtrą; ketvirtasis etapas – po 2020 m., kai LED ekranų pramonės paklausa didelės raiškos ekranams ir mažam energijos suvartojimui palaipsniui didėjo, o mikro LED skverbties lygis palaipsniui didėjo. Kaip pagrindinė ekranų technologija, mažinant sąnaudas ir diegiant technologinę pažangą, „Micro LED“ paspartins „Micro LED“ industrializacijos procesą, pasižymėdama puikiomis savybėmis, tokiomis kaip ilgas tarnavimo laikas, didelis kontrastas, didelė raiška, sodrios spalvos, itin didelis ryškumas ir mažesnės energijos sąnaudos, ir tikimasi, kad tai paskatins pramonę vėl įžengti į kylantį ciklą.

(2) Tvirta nacionalinės politikos parama skatins pramonės plėtrą

Kaip naujos kartos ekranų technologija, „Micro LED“ sulaukė didelio dėmesio. Pastaraisiais metais valstybė paskelbė keletą palankių politikos krypčių, pavyzdžiui, 2021 m. priimtą „14-ąjį penkerių metų planą“, kuriame aiškiai teigiama, kad trečiosios kartos puslaidininkiai yra svarbus turinys, o projektas apima pagrindines technologijas, tokias kaip naujos energijos transporto priemonės, didelių duomenų taikymas, 5G ryšys ir „Micro LED“ ekranai. Pramonės ir informacinių technologijų ministerija bei kiti penki departamentai paskelbė „Virtualios realybės ir pramonės programų integracijos plėtros veiksmų planą (2022–2026 m.)“, kuriame daugiausia dėmesio bus skiriama „Micro LED“ ir kitų mikroekranų technologijų atnaujinimui; Pramonės ministerija ir Finansų ministerija paskelbė „Elektroninės informacijos gamybos pramonės 2023–2024 m. stabilaus augimo veiksmų planą“, kuriame siūloma aktyviai plėtoti „Mini LED“, „Micro LED“ ir kitas technologijas; Pramonės ir informacinių technologijų ministerija bei kiti septyni departamentai kartu paskelbė „Įgyvendinimo nuomones dėl būsimų pramonės inovacijų ir plėtros skatinimo“, kuriose siūloma proveržti „Micro LED“, lazerių, spausdinimo ir kitų ekranų technologijų srityje ir pasiekti didelio masto taikymą. Pirmiau minėtų politikos krypčių ir reglamentų paskelbimas ir įgyvendinimas rodo teigiamą Kinijos vyriausybės požiūrį ir tvirtą ryžtą plėtoti mikro LED pramonę, kuri sudaro geresnes sąlygas mikro LED pramonės plėtrai. Tikimasi, kad mikro LED pasinaudos valstybės teikiama politine parama ir paskatins spartų vystymąsi.

Penkta, mikro LED pramonės plėtra

(1) Pramonės plėtros statusas

Mikro LED gamybos procesas yra panašus į įprastus techninius etapus, daugiausia apimančius LED epitaksinį plokštelių auginimą, mikro LED lustų gamybą, tvarkyklės plokštės (TFT tvarkyklės arba mikro IC tvarkyklės) gamybą, didelių keturių dalių perkėlimą. Visų pirma, LED struktūros projektavimas yra plonasluoksnis, mikro, matricos, o tada mikro LED perkeliamas į spausdintinę plokštę, naudojant daugybę technologijų, substratas gali būti kietas, minkštas, skaidrus, nepermatomas; naudojant fizinio nusodinimo procesą apsauginiam sluoksniui ir viršutiniam elektrodui užbaigti, viršutinis substratas gali būti supakuotas ir galima pagaminti paprastą mikro LED ekraną. Tačiau dėl mikroschemos miniatiūrizavimo mikro LED gamybos technologija iškėlė naujus techninius rodiklius ir reikalavimus kiekvienai esamos pramonės grandinės grandiai, įskaitant pagrindinių technologijų, tokių kaip medžiagos, procesai ir įranga, tyrimų ir plėtros poreikius, o kiekvienos pramonės grandies technologijos negalima kurti atskirai, tai yra labai sudėtinga techninė sistema. Būtina glaudžiai bendradarbiauti su pramonės grandinės aukštesne ir žemesne grandimi, pavyzdžiui, plokštėmis, lustomis, dideliais perkėlimais ir tvarkyklės ICS. Šiuo metu dar reikia ištobulinti keturias pagrindines epitaksijos ir lustų gamybos, masinio perdavimo, spalvoto ekrano ir ekrano valdymo technologijas.

(2) Pasaulinių technologinių inovacijų apžvalga

Žvelgiant iš „Micro LED“ raidos istorijos perspektyvos, du Teksaso technikos universiteto profesoriai 2000 m. ėmėsi iniciatyvos pasiūlyti „Micro LED“ koncepciją, ir dabar ji įžengė į pasaulinių technologinių inovacijų pakilimo laikotarpį. Nuo 2017 m. „Micro LED“ technologijos inovacijų veikla gerokai išaugo ir šiuo metu išgyvena sprogstamojo augimo laikotarpį. Šiuo metu „Micro LED“ turi daugiau nei 40 000 pasaulinių patentų rezervų, iš kurių daugiau nei 13 000 yra galiojantys patentai, o patikrinimo ir galiojimo santykio suma yra artima 80 %, o tai rodo, kad potencialios patentų kliūtys šioje srityje yra didelės. Žvelgiant iš aktyvesnės „Micro LED“ technologijų inovacijų srities perspektyvos, aktyvesnė technologijų inovacijų sritis yra Kinija, Jungtinės Valstijos ir Pietų Korėja, o patentų išdėstymo regionas rodo, kad aktyvesnė rinka yra Kinija ir Jungtinės Valstijos. Žvelgiant iš pagrindinių pasaulio ir Kinijos inovacijų subjektų perspektyvos, pasaulyje pirmaujantys inovacijų subjektai Kinijoje, Pietų Korėjoje ir Jungtinėse Valstijose turi daugiau pranašumų, daugiausia ekranų ir fotoelektros įmonėse. Tarp 15 geriausių pasaulio įmonių Kinijos įmonės sudarė daugiau nei pusę, BOE ir „Huaxing Optoelectronics“ pateko į 5 geriausiųjų pasaulio įmonių sąrašą; Be pirmaujančių Kinijos įmonių, Pietų Korėjos „Samsung“ ir LG patentų išdėstymas užima pirmaujančias pozicijas pasaulyje. Remiantis patentų skaičiaus pasiskirstymo pagal mokslinių tyrimų ir plėtros institucijų tipą rezultatais, startuolių skaičius yra didžiausias ir siekia 29 %. Kalbant apie patentų tipus, patentų skaičius pasiskirsto pagal keturias pagrindines technologijas: epitaksiją ir lustų struktūrą, masinį perdavimą, spalvotą ekraną ir ekrano tvarkyklę.

(3) Keturių pagrindinių technologijų kūrimas

Epitaksija ir lustų gamyba: Mikro LED gamybos procesas nuo plokštelės iki lusto turi pereiti tokius etapus kaip epitaksija, pakopinis ėsdinimas, laidžiojo sluoksnio paruošimas ir elektrodo paruošimas. Kalbant apie epitaksijos ir lustų struktūros technologiją, mažesniems mikro LED, dabartinė pramonė daugiausia rūpinasi bangos ilgio vienodumu, mažu epitaksijos defektų skaičiumi ir kvantinio efektyvumo problemomis: (1) Sumažinus lustą, keliami aukšti epitaksijos bangos ilgio nuoseklumo ir mažo defektų dažnio reikalavimai, tradiciniam LED reikia 6–12 nm, mikro LED lustui reikia sumažinti iki 2 nm; (2) Lusto dydis tampa vis mažesnis, o pjovimo fragmentų išeiga mažėja; (3) Mikro LED efektyvumas didėja didėjant srovės tankiui ir mažėja didėjant srovės tankiui, kai pasiekiama didžiausia vertė. Mažėjant mikro LED dydžiui, didžiausias efektyvumas juda didelio srovės tankio kryptimi, o didžiausias efektyvumas toliau mažėja.

Didelis perkėlimas: dėl skirtingo „Micro LED“ šviesos sluoksnio ir tvarkyklės pagrindo augimo proceso sunku integruoti ekrano matricą ir tvarkyklės įrenginį augimo procese, todėl pagamintus „Micro LED“ grūdelius reikia perkelti į pavaros plokštę, o tai yra didelis perkėlimo procesas. Pavyzdžiui, 4K televizoriuje reikia perkelti net 24 milijonus grūdelių (skaičiuojant 4000 x 2000 x RGB trijų spalvų), net jei perkėlimas yra 10 000, jį reikia pakartoti 2400 kartų, todėl didelis perkėlimas susiduria su trimis pagrindinėmis problemomis: (1) perkėlimo tikslumas: „Micro LED“ perkėlimo į pavaros plokštę tikslumas turi būti kontroliuojamas ±0,5 μm tikslumu, o perkėlimo įrenginys turi turėti didelį lygiavimo tikslumą ir kritimo taško tikslumą. (2) perkėlimo efektyvumas: tradiciniam LED reikia 2 vienetų per sekundę, „Micro LED“ reikia 20 000 vienetų per sekundę; (3) Perdavimo našumas: Vaizdo įrašų pikselių paklaidų tolerancija yra labai maža, jei norite sukurti mažiau nei 5 pikselius viso spalvoto 1920 * 1080 ekrano, perdavimo našumas turi siekti 99,9999%.

Didelių duomenų perdavimo technologija daugiausia apima molekulinės jėgos (sandariklio perdavimo), elektrostatinį, magnetinį perdavimą, lazerinį perdavimą, savaiminį surinkimą (skysčio surinkimo technologiją) ir kt. Didelių duomenų perdavimas lazeriu gali kontroliuoti santykinai mažą dydį, greitą reakciją, didelį perdavimo efektyvumą ir aukštą selektyvumo laipsnį, lazerinis perdavimas taps pagrindine didelių duomenų perdavimo technologija. Šiuo metu vietinės didelių duomenų perdavimo technologijos ir įranga sparčiai tobulėja, didelių lazerių (002008), pirmaujančių intelektinių (300450), „Haimu“ žvaigždžių lazerių ir kitų didelių duomenų perdavimo įrangos gamintojai sėkmingai išsiunčiami ir pristatomi klientams, tačiau vietinė lazerinė įranga dar toli gražu negauna didelio masto masinės gamybos.

Spalvotas ekranas: „Micro LED“ gana paprasta pasiekti monochromatinį vaizdą, tačiau gana sudėtinga pasiekti pilną spalvą, nes trijų spalvų RGB turi perkelti raudoną, žalią ir mėlyną spalvų grūdelius. Kaip pagrindinis techninis „Micro LED“ technologijos rodiklis, pilnos spalvų „Micro LED“ technologijos tyrimai tapo tyrimų centru ir sunkumais kuriant šią technologiją. „Micro LED“ spalvų atkūrimo metodai daugiausia apima trijų spalvų RGB LED metodą, UV mėlynojo LED + liuminescencinės terpės metodą ir lęšių sintezės metodą, kurie visi turi atitinkamų trūkumų. Palyginimui, kalbant apie proceso eigą ir medžiagas, UV mėlynojo LED + šviesą skleidžiančios terpės metodas yra paprastesnis nei kitos schemos, daugiausia naudojant mėlynąjį LED kaip foninio apšvietimo plokštę, o kvantinių taškų plėvelę arba fosforą kaip šviesą skleidžiančią terpę naudojant RGB filtrus, kad būtų sukurtas pilnos spalvos ekranas.

Ekrano tvarkyklė: CMOS ir TFT atstovaujama aktyvių tvarkyklių projektavimo schema tapo pagrindine mikro LED technologijų plėtros kryptimi. Mikro LED yra srovės varomas šviesą skleidžiantis įrenginys, o jo valdymo režimai paprastai skirstomi į PM (pasyviosios matricos) pasyviąją pavarą ir AM (aktyviosios matricos) aktyviąją pavarą. Dėl pasyviosios pavaros: (1) ji nepadeda didelio ploto gamybai, negali atitikti didelio ekrano tvarkyklių reikalavimų; (2) dėl stulpelių skenavimo pavaros savybių lengvai sukuriamas netolygus stulpelių pikselių apšvietimas, todėl ekrano vaizdas ir skiriamoji geba yra riboti; (3) pikselių žingsnis palaipsniui mažėja, tradicinės PCB plokštės pasyvusis pavaros režimas negali patenkinti tvarkyklių poreikių ir turi daug trūkumų taikant mikro LED, todėl CMOS ir TFT atstovaujama aktyvių tvarkyklių projektavimo schema taps geru palydovu mikro LED technologijų plėtrai. Pavyzdžiui, CMOS tvarkyklių technologijoje, siekiant proveržio perdavimo sujungimo technologijos srityje, dabartinė pramonė daugiausia dėmesio skiria mikro LED ir CMOS tvarkyklių grandinių sujungimo technologijų tyrimams.