Terminaletterspørsel og -politikk driver den raske utviklingen av Micro LED-industrien

Mikro-LED er en heksagonal kriger innen skjermteknologi. Mer enn 80 % av menneskelig informasjon innhentes gjennom øynene, og menneskets høyere krav til bildekvalitet og form driver den kontinuerlige utviklingen og iterasjonen av skjermteknologi. Fargeskjermteknologi har gjennomgått overgangsteknologier som CRT siden utviklingen, og domineres for tiden av LCD- og OLED-teknologi. Når det gjelder ytelse, er Micro LED neste generasjons skjermteknologi, sammenlignet med storskalaproduksjonen av LCD-teknologi (liquid crystal display) og OLED-teknologi (organic light-emitting diode display), og har en svært overlegen ytelsesfordel i nesten alle tekniske dimensjoner: Lang levetid, høy kontrast, kan oppnå høy oppløsning, rask respons, bredere synsvinkeleffekt, rike farger, og regnes som den ultimate løsningen innen skjermteknologi.

For det første er det kostnad og ytelse som driver Micro LED-industrien som fortsetter å utvikle seg.

Micro LED er en ny LED-miniatyriserings- og matriseteknologi, som refererer til integreringen av en mikro-LED-matrise med høy tetthet på en brikke. Teknologien oppnår selvbelysning med ett punkt ved å miniaturisere LED-enheten til et nivå på mindre enn 50 mikron, som er ~100 ganger mindre enn tradisjonelle LED-er og reduserer pikselavstanden fra millimeter til mikron. Derfor er Micro LED i hovedsak en mikronivå-LED, og ​​LED-lysdioden er en solid-state halvlederenhet som kan konvertere elektrisk energi til synlig lys.

Når det gjelder kostnader, er et 4-tommers safir-epitaksialt ark, kuttet i vanlige LED-brikker på omtrent 60 000, kuttet i Mini-LED brikker rundt 600 000, kuttet Micro LED-brikker på mer enn 2,4 millioner. Med den samme waferen har antallet Micro LED blitt betydelig økt, og kostnaden for en enkelt brikke er lavere, noe som også er en av grunnene til utviklingspotensialet til Micro LED fra et kostnadssynspunkt.

Når det gjelder ytelse, sammenlignet med LCD-teknologi og OLED-teknologi som har blitt masseprodusert, har Micro LED svært overlegne ytelsesfordeler i nesten alle tekniske dimensjoner, som lang levetid, høy kontrast, høy oppløsning, rask respons, bredere synsvinkeleffekt, rike farger, ultrahøy lysstyrke og lavere strømforbruk. Blant disse er (1) tynn og lett: størrelsen på Micro LED er omtrent 1/100 av den tradisjonelle LED-en, eller omtrent 1/10 av bredden på et menneskehårstrå; (2) Lavt strømforbruk: Micro LED bruker tre primærfargede subpiksler som selvlysende struktur. LCD-skjermprosessen må bruke bakgrunnsbelysning til polarisering og deretter fargefiltrering. Skjermprosessen har mye energitap. Sammenlignet med de to er strømforbruket til Micro LED i skjermapplikasjoner omtrent 10 % av LCD-strømforbruket. Micro LED bruker uorganiske materialer til å sende ut lys, noe som har høyere lyseffektivitet, og OLED bruker organiske materialer til å sende ut lys, og lysforbruket til begge er lavere enn OLED. Derfor er strømforbruket til Micro LED lavere enn OLED, og ​​mye lavere enn LCD, når det vises samme bilde; (3) Høy lysstyrke: Micro LED bruker galliumnitrid (GaN) uorganisk materiale i den lysende delen, og lysstyrken kan teoretisk sett nå 105 cd/m2, mye høyere enn 3000 cd/m2 for LCD og 1500 cd/m2 for OLED, og ​​levetiden til uorganiske materialer er lengre; (4) Høy oppløsning: Med Micro LED-skjermteknologi er hver Micro LED en piksel som kan selvlysende, og en enkelt Micro LED er på mikronnivå, slik at den kan oppnå svært høy oppløsning. Pikseltettheten til Micro LED-skjermen kan være mer enn 1500 PPI, mens LCD- og OLED-skjermens PPI er omtrent 800 PPI og 400 PPI.

Oppsummert vil kostnad og ytelse fremme den kontinuerlige utviklingen av Micro LED-industrien.

For det andre, Micro LED-applikasjonsscenarier

Micro LED er fremtidens ultimate skjermteknologi. Hvis man ikke vurderer kostnadene og prosessmodenheten, bare ser på skjermens ytelse og indikatordata. Micro LED er utvilsomt den ultimate skjermteknologien. Alle ytelsesindikatorer for Micro LED er bedre enn andre skjermteknologier. Når det gjelder bruksscenarier, er Micro LED egnet for produktapplikasjoner i alle størrelser. Fra et teknisk og økonomisk gjennomførbart perspektiv vil Micro LED være den første som brukes på små skjermer under 3 tommer og store skjermer over 100 tommer.
Når det gjelder små skjermstørrelser under 3 tommer, vil Micro LED erodere OLED-markedet. Liten skjermstørrelse er svært kort, kravene til skjermeffekt er høye, og liten skjermstørrelse er vanlig i mobile terminaler, og det har også høye krav til strømforbruk. Derfor har OLED blitt mainstream-teknologien for små skjermer med fordelene med lavt strømforbruk og god skjermeffekt, men markedsandelen til OLED på dette feltet vil bli erodert av Micro LED i fremtiden. På den ene siden er Micro LED bedre enn OLED i alle skjermytelsesindikatorer som skjermeffekt og strømforbruk. På den annen side, på grunn av den lille skjermstørrelsen og det lille totale antallet piksler, er kostnadene for Micro LED også relativt kontrollerbare. Fra dagens teknologiske synspunkt har Micro LED vært i stand til å oppnå miniatyrisering av chip, men det er fortsatt noen flaskehalser i den store overføringen, utbyttet er relativt begrenset, for tiden utforsker ulike selskaper tekniske forbedringsløsninger basert på kontrollerbare kostnader.

Når det gjelder 3-99-tommers skjermer, er det vanskelig å erodere markedsandelen til LCD og OLED på kort tid. På grunn av den korte synsavstanden har skjermen høyere krav til chipstørrelse og pitch, samtidig som skjermstørrelsen blir større og det totale antallet piksler også blir flere. Derfor har bruken av Micro LED på 3-99-tommers skjermer økt den tekniske vanskeligheten og kostnadene ved prosessen betydelig. Micro LED-teknologiens modenhet i dette området må forbedres. Og det viktigste er at denne størrelsen, enten det er liten OLED-størrelse eller stor LCD, har urokkelige kostnadsfordeler. I fremtiden, med kontinuerlig reduksjon av kostnadene for Micro LED og kontinuerlig forbedring av teknologien, vil gapet mellom kostnadene og prosessvanskeligheten for Micro LED, LCD og OLED bli ytterligere redusert.

Når det gjelder store skjermer på over 100 tommer, har Micro LED en fordel. I skjermmarkedet på over 100 tommer vil LCD være begrenset av produksjonsutbyttet og skjæreeffektiviteten til store paneler. Det er også vanskelig å oppnå kostnadsreduksjoner for OLED på grunn av fordampningsprosessen etter stor størrelse, noe som gir lavere utbytte. Tidligere var skjermeffekten mer generell, og projektorer og LCD-skjermer hadde en dominerende posisjon i skjermmarkedet på over 100 tommer. Med den betydelige nedgangen i kostnadene for Micro LED vil imidlertid akselerere erstatningen av tradisjonelle skjermprodukter som projektorer og LCD-skjermer med mange fordeler, som fullskjermskjøting, rike farger og høy lysstyrke.

Markedsstørrelsen på tre Micro LED-er

For tiden har Micro LED-brikker blitt produsert i displayscener som briller og TV-er, men de fleste produktene er fortsatt på konseptstadiet på grunn av prisbegrensninger og har ennå ikke oppnådd storskala markedspromotering. I fremtiden, med gjennombruddet og gradvis modning av nøkkelteknologien Micro LED, reduseres kommersialiserings- og industrialiseringskostnadene kraftig, og brikkeutbyttet forbedres ytterligere. Micro LED forventes å ta ledelsen i bruken av store og små displayscenarioer. Fra leveringssynspunktet, ifølge Omdia-prognosedata, påvirket av smartklokker og high-end TV-markedet, vil de globale Micro LED-displayforsendelsene stige fra et ubetydelig nivå i 2020 til mer enn 16 millioner enheter i 2027, og markedets etterspørselspotensial er stort. Fra markedsstørrelsen forventes det ifølge Jibang Consultings prognose at produksjonsverdien av Micro LED AR-brilledisplaybrikker i 2026 vil være så høy som 41 millioner amerikanske dollar i 2026 i applikasjonsscenarioet for mikrodisplayer. I scenariet med store skjermer vil produksjonsverdien av store Micro LED-skjermbrikker nå 54 millioner dollar i 2022, og forventes å stige til 4,5 milliarder dollar i 2026, med en sammensatt årlig vekstrate på 204 %, og det er mye rom for markedsvekst.

For det fjerde driver terminaletterspørsel og -politikk den raske utviklingen av industrien

(1) Endringer i terminaletterspørselen er hovedfaktorene som driver utviklingen av bransjen

Siden 2009 har LED-brikkeindustrien gjennomgått tre sykluser, alle drevet av ny etterspørsel etter LED-produkter. Den første fasen er før 2013, med bakgrunnsbelysning fra flatskjerm-TV og mobiltelefoner som den viktigste etterspørselen etter LED for å drive utviklingen av LED-industrien. Den andre fasen er 2013 til 2014, 2013, med fullstendig forbud mot hvite vevde lys i EU, etterspørselen etter profesjonell LED-belysning og landskapsbelysning økte, og eksporten av kyst-LED økte for å drive utviklingen av LED-industrien. Den tredje fasen er fra 2015 til 2020, med rask utvikling av småskala-LED, et stort antall erstatnings-LCD og DLP, mye brukt i offentlige kommandosentre, sikkerhet, sykdomsbekjempelse, næringsliv, nattreiser og andre felt, og dermed drevet utviklingen av industrien. Den fjerde fasen er at etter 2020 har LED-skjermindustriens etterspørsel etter HD-skjermer og lavt strømforbruk gradvis økt penetrasjonsraten for Micro LED. Som den ultimate skjermteknologien, med kostnadsreduksjon og teknologiske fremskritt, vil Micro LED fremskynde industrialiseringsprosessen til Micro LED med overlegen ytelse som lang levetid, høy kontrast, høy oppløsning, rik farge, ultrahøy lysstyrke og lavere strømforbruk, og forventes å drive industrien til å gå inn i den stigende syklusen igjen.

(2) Sterk støtte fra nasjonal politikk vil drive utviklingen av industrien

Som neste generasjon av ny skjermteknologi har Micro LED fått mye oppmerksomhet. I de senere årene har staten kunngjort en rekke støttende tiltak, som den "14. femårsplanen" i 2021, som tydelig slår fast at tredjegenerasjons halvledere er et viktig innhold, og prosjektet dekker nøkkelteknologier som nye energikjøretøyer, stordataapplikasjoner, 5G-kommunikasjon og Micro LED-skjerm. Industri- og informasjonsteknologidepartementet og fem andre departementer utstedte "Handlingsplan for integrering av virtuell virkelighet og industriapplikasjoner (2022-2026)", som vil fokusere på å fremme Micro LED og andre oppgraderinger av mikroskjermteknologi. Industridepartementet og Finansdepartementet utstedte "Handlingsplan for stabil vekst i elektronisk informasjonsproduksjon 2023-2024" som foreslo å utvikle Mini LED, Micro LED og andre teknologier kraftig. Industri- og informasjonsteknologidepartementet og syv andre departementer utstedte i fellesskap "Implementeringsuttalelser om å fremme fremtidig industriell innovasjon og utvikling", som foreslo å bryte gjennom Micro LED, laser, utskrift og andre skjermteknologier og oppnå storskala anvendelse. Lanseringen og implementeringen av ovennevnte retningslinjer og forskrifter viser den kinesiske regjeringens positive holdning og faste besluttsomhet til å utvikle Micro LED-industrien, noe som gir et bedre utviklingsmiljø for utviklingen av Micro LED-industrien. Micro LED forventes å dra nytte av statens politiske støtte og innlede en rask utvikling.

Fem, utviklingen av Micro LED-industrien

(1) Status for industriutvikling

Produksjonsprosessen for mikro-LED ligner på konvensjonelle tekniske trinn, og inkluderer hovedsakelig vekst av epitaksial wafer for LED, produksjon av mikro-LED-brikke, produksjon av driverbakplan (TFT-driver eller mikro-IC-driver) og overføring av fire store deler. Først er LED-strukturdesignet tynnfilm, mikro, array, og deretter overføres mikro-LED-en til kretskortet ved hjelp av en stor mengde teknologi. Substratet kan være hardt, mykt, gjennomsiktig og ugjennomsiktig. Ved å bruke den fysiske avsetningsprosessen for å fullføre det beskyttende laget og den øvre elektroden, kan det øvre substratet pakkes og en enkel mikro-LED-skjerm fullføres. På grunn av miniatyriseringen av brikken har imidlertid mikro-LED-produksjonsteknologien gitt nye tekniske indikatorer og krav for hvert ledd i den eksisterende industrikjeden, inkludert forsknings- og utviklingsbehov for nøkkelteknologier innen ulike felt som materialer, prosesser og utstyr. Teknologien til hvert industriledd kan ikke utvikles uavhengig, det er et svært komplekst teknisk system. Det er nødvendig å samarbeide tett med oppstrøms og nedstrøms industrikjeden, for eksempel paneler, brikker, massive overføringer og driver-ICs. For tiden må de fire nøkkelteknologiene epitaksi og chipproduksjon, massiv overføring, fullfargeskjerm og displaystasjon fortsatt brytes gjennom.

(2) Oversikt over global teknologisk innovasjon

Fra perspektivet til Micro LEDs utviklingshistorie tok to professorer ved Texas Tech University ledelsen i å foreslå konseptet Micro LED i 2000, og det har nå gått inn i en periode med global teknologisk innovasjon. Siden 2017 har innovasjonsaktiviteten til Micro LED-teknologi økt betydelig, og den er for tiden inne i en periode med eksplosiv vekst. For tiden har Micro LED en global patentreserve på mer enn 40 000, hvorav mer enn 13 000 er gyldige patenter, og summen av undersøkelses- og gyldighetsforholdet er nær 80 %, noe som indikerer at de potensielle patentbarriererne på dette feltet er høye. Fra perspektivet til det mer aktive området innen Micro LED-teknologiinnovasjon er det mer aktive området innen teknologiinnovasjon i Kina, USA og Sør-Korea, og regionen for patentutforming viser at det mer aktive markedet er i Kina og USA. Fra perspektivet til de store innovasjonsenhetene i verden og Kina har de globalt ledende innovasjonsenhetene i Kina, Sør-Korea og USA flere fordeler, hovedsakelig innen displaypanel- og fotoelektriske bedrifter. Blant verdens 15 største bedrifter sto kinesiske bedrifter for mer enn halvparten, mens BOE og Huaxing Optoelectronics var blant verdens 5 største bedrifter. I tillegg til Kinas ledende bedrifter, rangerer Sør-Koreas patentselskaper Samsung og LG i verdens fremste rekke. Når det gjelder fordelingen av antall patenter etter type FoU-institusjon, er oppstartsbedrifter høyest, med 29 %. Fra patenttyper er antallet patenter fordelt rundt de fire nøkkelteknologiene: epitaksi og chipstruktur, massiv overføring, fullfargeskjerm og skjermdriver.

(3) Utviklingen av fire nøkkelteknologier

Epitaksi og chipproduksjon: Produksjonsprosessen for Micro LED fra wafer til chip må gå gjennom trinn som epitaksi - trinnets etsing - forberedelse av ledende lag - forberedelse av elektroder. Når det gjelder epitaksi- og chipstrukturteknologi, er den nåværende industrien for mindre Micro LED hovedsakelig opptatt av bølgelengdeuniformitet, lav epitaksdefekt og kvanteeffektivitetsproblemer: (1) Etter at brikken er miniatyrisert, er det høye krav til epitaksisk bølgelengdekonsistens og lav defektrate, tradisjonell LED krever 6-12 nm, Micro LED-brikken må reduseres til 2 nm; (2) Brikkestørrelsen blir mindre og mindre, og utbyttet av skjærefragmenter synker; (3) Effektiviteten til Micro LED vil øke med økende strømtetthet, og avta med økende strømtetthet etter å ha nådd toppverdien. Etter hvert som størrelsen på Micro LED avtar, beveger toppeffektiviteten seg i retning av høy strømtetthet, og toppeffektiviteten fortsetter å avta.

Stor overføring: På grunn av forskjellen i vekstprosessen til Micro LED-lyslaget og driversubstratet, er det vanskelig å integrere skjermmatrisen og driverenheten gjennom vekstprosessen, så det er nødvendig å overføre de laget Micro LED-kornene til driverkretskortet, som er en stor overføringsprosess. Hvis vi tar en 4K-TV som et eksempel, er kornene som må overføres så høye som 24 millioner (beregnet i 4000 x 2000 x RGB tre farger), selv om en overføring på 10 000 må den gjentas 2400 ganger, så den store overføringen står overfor tre hovedproblemer: (1) overføringsnøyaktighet: Nøyaktigheten ved å flytte Micro LED-en til driverkretskortet må kontrolleres innenfor ±0,5 μm, og overføringsenheten må ha høy justeringsnøyaktighet og droppunktnøyaktighet. (2) Overføringseffektivitet: tradisjonell LED 2 stk/sekund, Micro LED krever 20 000 stk/sekund; (3) Overføringsutbytte: Skjermprodukter har svært lav toleranse for pikselfeil. Hvis du vil lage mindre enn 5 piksler med en fullfargeskjerm på 1920 * 1080, må overføringsutbyttet nå 99,9999 %.

Stor overføringsteknologi omfatter hovedsakelig molekylær kraft (forseglingsoverføring), elektrostatisk overføring, magnetisk overføring, laseroverføring, selvmontering (væskemonteringsteknologi) og så videre. Stor laseroverføring kan kontrollere størrelsen på den relativt lille, raske responsen, høy overføringseffektivitet og har en høy grad av selektivitet, noe som gjør at laseroverføring eller vil bli mainstream-teknologien for stor overføring. For tiden gjør innenlandsk stor overføringsteknologi og utstyr fremskritt, og produsenter av stor laser (002008), ledende intelligens (300450), Haimu-stjernelaser og annet stort overføringsutstyr har blitt sendt og levert til kunder, men innenlandsk laserutstyr er fortsatt langt unna storskala masseproduksjon.

Fullfargedisplay: Det er relativt enkelt å oppnå monokrom med Micro LED, men det er relativt komplekst å oppnå fullfarge. RGB-trefarger må overføres til røde, grønne og blå trefargede korn. Som den viktigste tekniske indeksen for Micro LED-teknologi har forskning på Micro LED-fullfargeteknologi blitt et forskningsfokus og vanskelighetsgrad i utviklingen av Micro LED-teknologi. Realiseringsmetodene for Micro LED-farging inkluderer hovedsakelig RGB-trefarges LED-metoden, UV blå LED + lysende mediummetoden og linsesyntesemetoden, som alle har tilsvarende mangler. Til sammenligning er UV blå LED + lysende mediummetoden enklere enn andre ordninger når det gjelder prosessflyt og materialer, og bruker hovedsakelig blå LED for å erstatte bakgrunnsbelysningsplaten, og kvantepunktfilm eller fosfor som lysende medium for å erstatte RGB-filtre, for å fullføre fullfargedisplayet.

Skjermdriver: Designskjemaet for aktive drivere representert av CMOS og TFT har blitt hovedstrømmen i utviklingen av Micro LED-teknologi. Micro LED er en strømdrevet lysutstrålende enhet, og drivmodusen er vanligvis delt inn i PM (passiv matrise) passiv driv og AM (aktiv matrise) aktiv driv. På grunn av den passive driven: (1) den er ikke egnet for storskalaproduksjon og kan ikke oppfylle kravene til storskjermdrivere; (2) kolonneskanningsdriveregenskaper, lett å produsere ujevn kolonnepiksellys, noe som resulterer i begrenset skjermbilde og oppløsning; (3) pikselavstanden krymper gradvis, den passive drivmodusen til det tradisjonelle PCB-kortet kan ikke oppfylle drivbehovet, og har mange ulemper ved bruk av Micro LED. Derfor vil designskjemaet for aktive drivere representert av CMOS og TFT bli en god følgesvenn for utviklingen av Micro LED-teknologi. For eksempel, innen CMOS-driverteknologi, for å bryte gjennom transfer bonding-teknologi, fokuserer den nåværende industrien på å utforske bonding-teknologien til Micro LED og CMOS-driverkretser.