Termināļu pieprasījums un politika veicina mikro LED nozares straujo attīstību
Mikro LED ir displeja tehnoloģija sešstūra karotājs. Vairāk nekā 80% no cilvēka informācijas tiek iegūta caur acīm, un cilvēka augstākās prasības attiecībā uz displeja attēla kvalitāti un formu veicina displeju tehnoloģiju nepārtrauktu attīstību un iterāciju. Krāsu displeju tehnoloģija kopš tās izstrādes ir piedzīvojusi pārejas tehnoloģijas, piemēram, CRT, un pašlaik dominē LCD un OLED tehnoloģijas. Runājot par veiktspēju, Micro LED kā nākamās paaudzes displeju tehnoloģija, salīdzinot ar LCD tehnoloģijas (šķidro kristālu displeju) un OLED tehnoloģijas (organisko gaismas diožu displeju) liela mēroga ražošanu, Micro LED ir ļoti pārāka veiktspējas priekšrocība gandrīz visos tehniskajos aspektos: ilgs kalpošanas laiks, augsts kontrasts, var sasniegt augstu izšķirtspēju, ātra reaģētspēja, plašāks skata leņķa efekts, bagātīgas krāsas, tiek uzskatīta par galveno displeju tehnoloģijas risinājumu.
Pirmkārt, izmaksas un veiktspēja veicina mikro LED nozares attīstību.
Micro LED ir jauna LED miniaturizācijas un matricas tehnoloģija, kas attiecas uz augsta blīvuma mikroizmēra LED masīva integrēšanu mikroshēmā. Šī tehnoloģija panāk viena punkta piedziņas pašgaismošanos, miniaturizējot LED bloku līdz līmenim, kas mazāks par 50 mikroniem, kas ir ~100 reizes mazāks nekā tradicionālajām LED diodēm, un samazina pikseļu soli no milimetra līdz mikronam. Tāpēc Micro LED būtībā ir mikrona līmeņa LED, un LED gaismas diode ir cietvielu pusvadītāju ierīce, kas var pārveidot elektrisko enerģiju redzamā gaismā.
Izmaksu ziņā 4 collu safīra epitaksiālā loksne, sagriezta parastajās LED mikroshēmās, aptuveni 60 000, sagriezta Mini LED mikroshēmu ir aptuveni 600 000, mikro LED mikroshēmu ir vairāk nekā 2,4 miljoni. Tajā pašā plāksnē mikro LED skaits ir ievērojami palielinājies, un vienas mikroshēmas izmaksas ir zemākas, kas ir arī viens no iemesliem mikro LED attīstības potenciālam no izmaksu viedokļa.
Runājot par veiktspēju, salīdzinot ar masveidā ražotajām LCD un OLED tehnoloģijām, Micro LED ir ļoti pārākas veiktspējas priekšrocības gandrīz visos tehniskajos aspektos, piemēram, ilgs kalpošanas laiks, augsts kontrasts, augsta izšķirtspēja, ātra reaģētspēja, plašāks skata leņķis, piesātinātas krāsas, īpaši augsts spilgtums un zemāks enerģijas patēriņš. Starp tiem ir (1) plāns un viegls: Micro LED izmērs ir aptuveni 1/100 no tradicionālās LED izmēra jeb aptuveni 1/10 no cilvēka mata platuma; (2) zems enerģijas patēriņš: Micro LED izmanto trīs primāro krāsu apakšpikseļu pašgaismojošu struktūru, LCD displeja procesā ir jāizmanto fona apgaismojums polarizatoram un pēc tam krāsu filtram, displeja procesā ir lieli enerģijas zudumi, salīdzinot ar abiem, Micro LED displeja lietojumprogrammā enerģijas patēriņš ir aptuveni 10% no LCD enerģijas patēriņa. Micro LED izmanto neorganiskus materiālus gaismas izstarošanai, kam ir augstāka gaismas efektivitāte, un OLED izmanto organiskus materiālus gaismas izstarošanai, un abu gaismas enerģijas patēriņš ir zemāks nekā OLED. Tāpēc viena un tā paša attēla displejā Micro LED enerģijas patēriņš ir zemāks nekā OLED un daudz zemāks nekā LCD; (3) Augsts spilgtums: Micro LED gaismas daļā izmanto gallija nitrīda (GaN) neorganisku materiālu, un tā spilgtums teorētiski var sasniegt 105 cd/m2, kas ir daudz augstāks nekā LCD 3000 cd/m2 un OLED 1500 cd/m2, un neorganisko materiālu kalpošanas laiks ir ilgāks; (4) Augsta izšķirtspēja: Micro LED displeja tehnoloģijā katra Micro LED ir pikselis, kas var pats iedegties, un viena Micro LED ir mikronu līmenī, tāpēc tā var sasniegt ļoti augstu izšķirtspēju. Micro LED displeja pikseļu blīvums var pārsniegt 1500 PPI, savukārt LCD un OLED ekrāna PPI ir aptuveni 800 PPI un 400 PPI.
Rezumējot, izmaksas un veiktspēja veicinās mikro LED nozares nepārtrauktu attīstību.
Otrkārt, mikro LED pielietojuma scenāriji
Micro LED ir nākotnes labākā displeju tehnoloģija. Ja neņem vērā izmaksas un procesa briedumu, bet gan tikai displeja veiktspēju un indikatoru datus, Micro LED neapšaubāmi ir labākā displeju tehnoloģija, jo visi Micro LED veiktspējas rādītāji ir labāki par citām displeju tehnoloģijām. Runājot par pielietojuma scenārijiem, Micro LED ir piemērota visu izmēru produktu lietojumprogrammām. No tehniskās un ekonomiskās iespējamības viedokļa Micro LED būs pirmā, kas tiks izmantota maziem displejiem, kas ir mazāki par 3 collām, un lieliem displejiem, kas pārsniedz 100 collas.
Runājot par maziem displeju izmēriem, kas mazāki par 3 collām, Micro LED iekaros OLED tirgu. Maza izmēra displejiem ir ļoti mazs skatīšanās attālums, augstas displeja efekta prasības, un maza izmēra displeji ir izplatīti mobilajos termināļos, kā arī tiem ir augstas enerģijas patēriņa prasības. Tāpēc OLED ir kļuvis par galveno tehnoloģiju maza izmēra displejiem ar tā priekšrocībām, piemēram, zemu enerģijas patēriņu un labu displeja efektu, taču OLED tirgus daļu šajā jomā nākotnē iekaros Micro LED. No vienas puses, Micro LED pārspēj OLED visos displeja veiktspējas rādītājos, piemēram, displeja efektā un enerģijas patēriņā; no otras puses, pateicoties mazajam ekrāna izmēram un nelielajam kopējam pikseļu skaitam, Micro LED izmaksas ir relatīvi kontrolējamas. No pašreizējās tehnoloģijas viedokļa Micro LED ir spējusi panākt mikroshēmu miniaturizāciju, taču joprojām pastāv dažas vājās vietas milzīgajā pārnesē, raža ir relatīvi ierobežota, un pašlaik dažādi uzņēmumi meklē tehniskus uzlabošanas risinājumus, pamatojoties uz kontrolējamām izmaksām.
Runājot par 3–99 collu displejiem, Micro LED ir grūti īsā laikā ieņemt LCD un OLED tirgus daļu. Mazā skatīšanās attāluma dēļ displejam ir augstākas prasības attiecībā uz mikroshēmas izmēru un soli, savukārt ekrāna izmērs un kopējais pikseļu skaits kļūst lielāks, tāpēc Micro LED izmantošana 3–99 collu displejos ir ievērojami palielinājusi tehniskās grūtības un procesa izmaksas, un ir jāuzlabo Micro LED tehnoloģijas briedums šajā diapazonā. Vissvarīgākais ir tas, lai šajā izmēru diapazonā, neatkarīgi no tā, vai tas ir maza izmēra OLED vai liela izmēra LCD, tā izmaksu priekšrocības būtu nemainīgas. Nākotnē, nepārtraukti samazinot Micro LED izmaksas un nepārtraukti uzlabojot tehnoloģijas, atšķirība starp Micro LED un LCD, kā arī OLED izmaksām un procesa sarežģītību vēl vairāk samazināsies.
Runājot par lieliem displejiem, kuru izmērs pārsniedz 100 collas, Micro LED ir priekšrocība. Displeju tirgū, kuru izmērs pārsniedz 100 collas, LCD displejus ierobežos liela izmēra paneļu ražošanas ražība un griešanas efektivitāte, un OLED displejiem ir grūti samazināt izmaksas iztvaikošanas procesa dēļ pēc liela izmēra paneļiem, un ražība ir zemāka. Tāpēc agrāk displeja efekts bija vispārīgāks, un projektori un LCD ekrāni dominēja displeju tirgū, kuru izmērs pārsniedz 100 collas. Tomēr, ievērojami samazinoties Micro LED izmaksām, tas paātrinās tradicionālo displeju produktu, piemēram, projektoru un LCD ekrānu, aizstāšanu ar daudzām priekšrocībām, piemēram, pilnekrāna savienošanu, piesātinātām krāsām un augstu spilgtumu.
Trīs mikro LED nozares tirgus lielums
Pašlaik Micro LED mikroshēmas ir ražotas displeju ainās, piemēram, brillēs un televizoros, taču lielākā daļa produktu cenu ierobežojumu dēļ joprojām ir koncepcijas stadijā un vēl nav sasnieguši plaša mēroga tirgus virzību. Nākotnē, pateicoties Micro LED galvenās tehnoloģijas izrāvienam un pakāpeniskai briedumam, komercializācijas un industrializācijas izmaksas ievērojami samazināsies, un mikroshēmu ražība vēl vairāk uzlabosies, un paredzams, ka Micro LED ieņems vadošo pozīciju liela un maza izmēra displeju scenāriju piemērošanā. No piegādes viedokļa, saskaņā ar Omdia prognožu datiem, viedpulksteņu un augstas klases televizoru tirgus pieprasījuma ietekmē, globālās Micro LED displeju piegādes pieaugs no nenozīmīgā līmeņa 2020. gadā līdz vairāk nekā 16 miljoniem vienību 2027. gadā, un tirgus pieprasījuma potenciāls ir liels. No tirgus apjoma, saskaņā ar Jibang Consulting prognozi, mikrodispleju lietojumprogrammu scenārijā tiek prognozēts, ka 2026. gadā Micro LED AR briļļu displeju mikroshēmu ražošanas vērtība sasniegs pat 41 miljonu ASV dolāru; Liela izmēra displeja scenārijā Micro LED lielo displeju mikroshēmu izlaides vērtība 2022. gadā sasniegs 54 miljonus ASV dolāru un, domājams, 2026. gadā pieaugs līdz 4,5 miljardiem ASV dolāru ar salikto gada pieauguma tempu 204% apmērā, un tirgus izaugsmei ir daudz iespēju.
Ceturtkārt, termināļu pieprasījums un politika veicina nozares straujo attīstību.
(1) Termināļu pieprasījuma izmaiņas ir galvenie faktori, kas virza nozares attīstību
Kopš 2009. gada LED mikroshēmu nozare ir piedzīvojusi trīs ciklus, kurus visus virza jauns pieprasījums pēc LED produktiem. Pirmais posms ir pirms 2013. gada, kad plakano paneļu televizoru un mobilo tālruņu fona apgaismojums bija galvenais pieprasījums pēc LED, kas veicināja LED nozares attīstību; otrais posms ir no 2013. gada līdz 2014. gadam, kad Eiropas Savienība pilnībā aizliedza baltās austās gaismas, pieaugot pieprasījumam pēc LED profesionālā apgaismojuma un ainavu apgaismojuma, pieaugot piekrastes LED eksportam, kas veicināja LED nozares attīstību; trešais posms ir no 2015. gada līdz 2020. gadam, kad strauji attīstās maza soļa LED, liels skaits aizstāj LCD un DLP displejus, ko plaši izmanto valdības komandcentros, drošības, slimību kontroles, biznesa, nakts ceļojumu un citās jomās, tādējādi veicinot nozares attīstību; ceturtais posms ir pēc 2020. gada, kad LED displeju nozares pieprasījums pēc augstas izšķirtspējas displejiem un zema enerģijas patēriņa pakāpeniski palielina mikro LED izplatības līmeni. Kā galvenā displeja tehnoloģija, ar izmaksu samazināšanu un tehnoloģisko progresu, Micro LED paātrinās Micro LED industrializācijas procesu ar izcilu veiktspēju, piemēram, ilgu kalpošanas laiku, augstu kontrastu, augstu izšķirtspēju, bagātīgām krāsām, īpaši augstu spilgtumu un zemāku enerģijas patēriņu, un tiek sagaidīts, ka tas mudinās nozari atkal ienākt augošā ciklā.
(2) Spēcīgs valsts politikas atbalsts veicinās nozares attīstību.
Kā nākamās paaudzes jaunā displeju tehnoloģija, Micro LED ir piesaistījusi lielu uzmanību. Pēdējos gados valsts ir izsludinājusi vairākas atbalstošas politikas, piemēram, 2021. gadā pieņemto "14. piecu gadu plānu", kurā skaidri norādīts, ka trešās paaudzes pusvadītāji ir svarīgs saturs, un projekts aptver tādas galvenās tehnoloģijas kā jauni enerģijas transportlīdzekļi, lielo datu lietojumprogrammas, 5G komunikācijas un Micro LED displeji. Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija un vēl pieci departamenti ir izdevuši "Virtuālās realitātes un nozares lietojumprogrammu integrācijas attīstības rīcības plānu (2022.–2026. gads)", kas būs vērsts uz Micro LED un citu mikrodispleju tehnoloģiju modernizācijas veicināšanu; Rūpniecības ministrija un Finanšu ministrija ir izdevusi "Elektroniskās informācijas ražošanas nozares stabilas izaugsmes rīcības plānu 2023.–2024. gadam", kurā ierosināts enerģiski attīstīt Mini LED, Micro LED un citas tehnoloģijas; Rūpniecības un informācijas tehnoloģiju ministrija un vēl septiņi departamenti kopīgi ir izdevuši "Īstenošanas atzinumus par turpmāko rūpniecisko inovāciju un attīstības veicināšanu", kuros ierosināts izlauzties cauri Micro LED, lāzera, drukas un citām displeju tehnoloģijām un panākt plaša mēroga pielietojumu. Iepriekš minēto politiku un noteikumu publicēšana un ieviešana liecina par Ķīnas valdības pozitīvo attieksmi un stingro apņēmību attīstīt mikro LED nozari, kas nodrošina labāku attīstības vidi mikro LED nozares attīstībai. Paredzams, ka mikro LED gūs labumu no valsts politikas atbalsta un veicinās strauju attīstību.
Piektkārt, mikro LED nozares attīstība
(1) Nozares attīstības statuss
Mikro LED ražošanas process ir līdzīgs tradicionālajiem tehniskajiem posmiem, galvenokārt ietverot LED epitaksiālo plākšņu audzēšanu, mikro LED mikroshēmu ražošanu, draivera aizmugures plates (TFT draivera vai mikro IC draivera) ražošanu un lielu četru daļu pārnesi. Pirmkārt, LED struktūras dizains ir plāna plēve, mikro, masīvs, un pēc tam mikro LED tiek pārnesta uz shēmas plati, izmantojot plašu tehnoloģiju klāstu, substrāts var būt ciets, mīksts, caurspīdīgs, necaurspīdīgs substrāts; izmantojot fizikālās nogulsnēšanas procesu, lai pabeigtu aizsargslāni un augšējo elektrodu, augšējo substrātu var iepakot un pabeigt vienkāršu mikro LED displeju. Tomēr, pateicoties mikroshēmas miniaturizācijai, mikro LED ražošanas tehnoloģija ir izvirzījusi jaunus tehniskos rādītājus un prasības katram esošās rūpniecības ķēdes posmam, tostarp galveno tehnoloģiju pētniecības un attīstības vajadzības dažādās jomās, piemēram, materiālos, procesos un iekārtās, un katra rūpniecības posma tehnoloģiju nevar izstrādāt neatkarīgi, tā ir ļoti sarežģīta tehniskā sistēma. Ir nepieciešams cieši sadarboties ar rūpniecības ķēdes augšupējo un lejupējo posmu, piemēram, paneļiem, mikroshēmām, masveida pārnesēm un draiveru ICS. Pašlaik vēl ir jāizstrādā četras galvenās tehnoloģijas: epitaksija un mikroshēmu ražošana, masveida pārsūtīšana, pilnkrāsu displejs un displeja piedziņa.
(2) Globālo tehnoloģisko inovāciju pārskats
No Micro LED attīstības vēstures viedokļa divi Teksasas Tehnoloģiju universitātes profesori 2000. gadā uzņēmās vadību, ierosinot Micro LED koncepciju, un tagad tā ir iegājusi globālo tehnoloģisko inovāciju kulminācijā. Kopš 2017. gada Micro LED tehnoloģijas inovāciju aktivitāte ir ievērojami palielinājusies, un tā pašlaik atrodas sprādzienbīstamas izaugsmes periodā. Pašlaik Micro LED globālā patentu rezerve pārsniedz 40 000, no kuriem vairāk nekā 13 000 ir derīgi patenti, un pārbaudes un derīguma attiecības summa ir tuvu 80%, kas norāda, ka potenciālie patentu šķēršļi šajā jomā ir augsti. No aktīvākās Micro LED tehnoloģiju inovāciju jomas viedokļa aktīvākā tehnoloģiju inovāciju joma ir Ķīna, Amerikas Savienotās Valstis un Dienvidkoreja, un patentu izkārtojuma reģions liecina, ka aktīvākais tirgus ir Ķīna un Amerikas Savienotās Valstis. No pasaules un Ķīnas galveno inovāciju subjektu viedokļa pasaules vadošajiem inovāciju subjektiem Ķīnā, Dienvidkorejā un Amerikas Savienotajās Valstīs ir lielākas priekšrocības, galvenokārt displeju paneļu un fotoelektrisko uzņēmumu jomā. Starp pasaules 15 vadošajiem uzņēmumiem Ķīnas uzņēmumi veidoja vairāk nekā pusi, BOE un Huaxing Optoelectronics ierindojās pasaules 5 labāko uzņēmumu vidū; Papildus Ķīnas vadošajiem uzņēmumiem Dienvidkorejas Samsung un LG patentu izkārtojums ierindojas pasaules priekšgalā. No patentu skaita sadalījuma rezultātiem pēc pētniecības un attīstības iestāžu veida jaunuzņēmumi ir visaugstākie, sasniedzot 29%. No patentu veidu viedokļa patentu skaits ir sadalīts pa četrām galvenajām tehnoloģijām: epitaksija un mikroshēmu struktūra, masveida pārsūtīšana, pilnkrāsu displejs un displeja draiveris.
(3) Četru galveno tehnoloģiju izstrāde
Epitaksija un mikroshēmu ražošana: Mikro LED ražošanas process no plāksnes līdz mikroshēmai ietver tādus soļus kā epitaksija, pakāpeniska kodināšana, vadoša slāņa sagatavošana un elektrodu sagatavošana. Epitaksijas un mikroshēmu struktūras tehnoloģiju virzienā mazākām mikro LED diodēm pašreizējā nozare galvenokārt rūpējas par viļņa garuma vienmērīgumu, zemu epitaksijas defektu un kvantu efektivitātes jautājumiem: (1) Pēc mikroshēmas miniaturizācijas ir augstas prasības epitaksijas viļņa garuma konsekvencei un zemam defektu līmenim, tradicionālajām LED diodēm ir nepieciešami 6–12 nm, mikro LED mikroshēmām ir jāsamazina līdz 2 nm; (2) Mikro LED izmērs kļūst arvien mazāks, un griešanas fragmentu raža samazinās; (3) Mikro LED efektivitāte palielinās, palielinoties strāvas blīvumam, un samazinās, palielinoties strāvas blīvumam pēc maksimālās vērtības sasniegšanas. Samazinoties mikro LED izmēram, maksimālā efektivitāte virzās augsta strāvas blīvuma virzienā, un maksimālā efektivitāte turpina samazināties.
Liela pārnešana: Micro LED gaismas slāņa un draivera substrāta augšanas procesa atšķirību dēļ ir grūti integrēt displeja masīvu un draivera ierīci augšanas procesā, tāpēc ir nepieciešams pārnest izveidotos Micro LED graudus uz piedziņas shēmas plati, kas ir liela pārnešanas procesa apjoms. Piemēram, 4K televizoram jāpārnes graudu skaits ir pat 24 miljoni (aprēķināts 4000 x 2000 x RGB trīs krāsās), pat ja pārnešana ir 10 000, tā jāatkārto 2400 reizes, tāpēc lielajai pārnešanai ir trīs galvenās problēmas: (1) pārneses precizitāte: Micro LED pārvietošanas precizitāte uz piedziņas shēmas plati ir jākontrolē ±0,5 μm robežās, un pārneses ierīcei jābūt ar augstu izlīdzināšanas precizitāti un kritiena punkta precizitāti. (2) Pārneses efektivitāte: tradicionālajai LED 2 gabali sekundē, Micro LED nepieciešami 20 000 gabali sekundē; (3) Pārneses ražība: displeja produktu pikseļu kļūdu tolerance ir ļoti zema, ja vēlaties izveidot mazāk nekā 5 pikseļus no pilnkrāsu 1920 * 1080 displeja, pārneses ražībai jāsasniedz 99,9999%.
Lielapjoma pārneses tehnoloģija galvenokārt ietver molekulāro spēku (blīvējuma pārnešanu), elektrostatisko pārnesi, magnētisko pārnesi, lāzera pārnesi, pašmontāžu (šķidruma montāžas tehnoloģija) un tā tālāk. Lāzera lielapjoma pārnese var kontrolēt relatīvi mazu izmēru, ātru reaģēšanu, augstu pārneses efektivitāti un augstu selektivitātes pakāpi, lāzera pārnešana vai kļūs par lielo pārneses galveno tehnoloģiju. Pašlaik vietējās lielo pārneses tehnoloģijas un iekārtas attīstās, lielo lāzeru (002008), vadošo intelekta (300450), Haimu zvaigžņu lāzeru un citu lielo pārneses iekārtu ražotāji ir veiksmīgi piegādāti klientiem, taču vietējās lāzeriekārtas no liela mēroga masveida ražošanas vēl ir tālu.
Pilnkrāsu displejs: Micro LED monohromatiska attēla iegūšana ir samērā vienkārša, bet pilnkrāsu attēla iegūšana ir samērā sarežģīta, jo RGB trīskrāsām jāpārnes sarkani, zaļi un zili trīs krāsu graudi. Kā galvenais Micro LED tehnoloģijas tehniskais rādītājs, Micro LED pilnkrāsu tehnoloģijas izpēte ir kļuvusi par pētniecības centru un grūtību Micro LED tehnoloģijas attīstībā. Micro LED krāsošanas realizācijas metodes galvenokārt ietver RGB trīskrāsu LED metodi, UV zilās LED + luminiscējošās vides metodi un lēcu sintēzes metodi, kurām visām ir atbilstoši trūkumi. Salīdzinājumam, procesa plūsmas un materiālu ziņā UV zilās LED + gaismu emitējošās vides metode ir vienkāršāka nekā citas shēmas, galvenokārt izmantojot zilo LED, lai aizstātu fona apgaismojuma plāksni, izmantojot kvantu punktu plēvi vai fosforu kā gaismu emitējošo vidi, lai aizstātu RGB filtrus, lai pabeigtu pilnkrāsu displeju.
Displeja draiveris: CMOS un TFT attēlotā aktīvā draivera dizaina shēma ir kļuvusi par galveno mikro LED tehnoloģiju attīstības virzienu. Mikro LED ir ar strāvu darbināma gaismu izstarojoša ierīce, un tās piedziņas režīms parasti tiek iedalīts PM (pasīvās matricas) pasīvajā piedziņas režīmā un AM (aktīvās matricas) aktīvajā piedziņas režīmā. Pasīvās piedziņas dēļ: (1) tā neveicina lielu platību ražošanu, neatbilst liela ekrāna piedziņas prasībām; (2) kolonnu skenēšanas piedziņas raksturlielumi, viegli rada nevienmērīgu kolonnu pikseļu gaismu, kā rezultātā displeja attēls un izšķirtspēja ir ierobežota; (3) pikseļu piķis pakāpeniski sarūk, tradicionālās PCB plates pasīvais piedziņas režīms nevar apmierināt piedziņas prasības, un mikro LED pielietošanā ir daudz trūkumu, tāpēc CMOS un TFT attēlotā aktīvā draivera dizaina shēma kļūs par labu sabiedroto mikro LED tehnoloģiju attīstībā. Piemēram, CMOS draiveru tehnoloģijā, lai izlauztos cauri pārneses savienošanas tehnoloģijai, pašreizējā nozare koncentrējas uz mikro LED un CMOS draiveru shēmu savienošanas tehnoloģijas izpēti.
