Cererea și politicile privind terminalele determină dezvoltarea rapidă a industriei Micro LED
Micro LED-uri Tehnologia de afișare este un războinic hexagonal. Peste 80% din informațiile umane sunt obținute prin ochi, iar cerințele umane mai ridicate privind calitatea și forma imaginii afișate determină dezvoltarea și iterația continuă a tehnologiei de afișare. Tehnologia de afișare color a trecut prin tehnologii de tranziție precum CRT de la apariție și este dominată în prezent de tehnologiile LCD și OLED. În ceea ce privește performanța, Micro LED, ca tehnologie de afișare de generație următoare, comparativ cu producția la scară largă a tehnologiei LCD (afișaj cu cristale lichide) și a tehnologiei OLED (afișaj cu diode emițătoare de lumină organică), Micro LED are un avantaj de performanță foarte superior în aproape fiecare aspect tehnic: durată lungă de viață, contrast ridicat, permite atingerea unei rezoluții ridicate, răspuns rapid, efect de unghi de vizualizare mai larg, culori bogate, fiind considerată soluția supremă a tehnologiei de afișare.
În primul rând, costul și performanța determină dezvoltarea continuă a industriei Micro LED.
Micro LED este o nouă tehnologie de miniaturizare și matrice a LED-urilor, care se referă la integrarea unei matrice LED de înaltă densitate, de dimensiuni micro, pe un cip. Tehnologia realizează autoiluminarea într-un singur punct prin miniaturizarea unității LED la un nivel mai mic de 50 de microni, ceea ce este de aproximativ 100 de ori mai mic decât LED-urile tradiționale și reduce pasul pixelilor de la milimetru la micron. Prin urmare, Micro LED-ul este în esență un LED de nivel micronic, iar dioda emițătoare de lumină LED este un dispozitiv semiconductor în stare solidă care poate converti energia electrică în lumină vizibilă.
În ceea ce privește costul, o foaie epitaxială de safir de 4 inci, tăiată în cipuri LED obișnuite, aproximativ 60.000, tăiată în Mini LED-uri cipuri de aproximativ 600.000, cipuri Micro LED reduse la peste 2,4 milioane. Pe aceeași placă de bază, numărul de Micro LED-uri a crescut semnificativ, iar costul unui singur cip este mai mic, acesta fiind și unul dintre motivele pentru potențialul de dezvoltare al Micro LED-urilor din punct de vedere al costurilor.
În ceea ce privește performanța, comparativ cu tehnologiile LCD și OLED produse în masă, Micro LED-urile au avantaje de performanță superioare în aproape fiecare aspect tehnic, cum ar fi durata lungă de viață, contrastul ridicat, rezoluția înaltă, răspunsul rapid, efectul de unghi de vizualizare mai larg, culorile bogate, luminozitatea ultra-înaltă și consumul redus de energie. Printre acestea se numără: (1) subțire și ușoară: dimensiunea Micro LED-ului este de aproximativ 1/10 din cea a LED-ului tradițional, sau aproximativ 1/10 din lățimea unui fir de păr uman; (2) consum redus de energie: Micro LED-ul utilizează o structură autoluminiscentă cu trei subpixeli de culoare primară, procesul de afișare LCD necesită utilizarea luminii de fundal pentru polarizator și apoi pentru filtrarea culorilor, procesul de afișare având o pierdere semnificativă de energie. Comparativ cu cele două, consumul de energie al Micro LED-urilor în aplicațiile de afișare este de aproximativ 10% din consumul de energie al LCD-ului. Micro LED-ul utilizează materiale anorganice pentru a emite lumină, având o eficiență luminoasă mai mare, iar OLED-ul utilizează materiale organice pentru a emite lumină, iar consumul de energie luminoasă al ambelor este mai mic decât cel al OLED-ului. Prin urmare, în afișarea aceleiași imagini, consumul de energie al Micro LED-ului este mai mic decât cel al OLED-ului și mult mai mic decât cel al LCD-ului; (3) Luminozitate ridicată: Micro LED-ul utilizează material anorganic nitrură de galiu (GaN) în partea luminoasă, iar luminozitatea sa poate ajunge teoretic la 105 cd/m2, mult mai mare decât cei 3.000 cd/m2 ai LCD-ului și 1.500 cd/m2 ai OLED-ului, iar durata de viață a materialelor anorganice este mai lungă; (4) Rezoluție înaltă: în cadrul tehnologiei de afișare Micro LED, fiecare Micro LED este un pixel care se poate auto-aprinde, iar un singur Micro LED are o rezoluție de ordinul micronilor, astfel încât poate atinge o rezoluție foarte mare. Densitatea pixelilor afișajului Micro LED poate fi mai mare de 1.500 PPI, în timp ce PPI-ul ecranelor LCD și OLED este de aproximativ 800 PPI și, respectiv, 400 PPI.
În concluzie, costul și performanța vor promova dezvoltarea continuă a industriei Micro LED.
În al doilea rând, scenarii de aplicare Micro LED
Micro LED este tehnologia supremă de afișare a viitorului. Dacă nu luați în considerare costul și maturitatea procesului, uitați-vă doar la performanța și datele indicatorilor de afișare. Micro LED este, fără îndoială, tehnologia supremă de afișare. Toți indicatorii de performanță ai Micro LED sunt mai buni decât alte tehnologii de afișare. În ceea ce privește scenariile de aplicare, Micro LED este potrivit pentru aplicații de produse de toate dimensiunile. Din perspectiva fezabilității tehnice și a fezabilității economice, Micro LED va fi primul care va fi aplicat la afișaje de dimensiuni mici, sub 3 inci, și la afișaje de dimensiuni mari, peste 100 de inci.
În ceea ce privește dimensiunile mici ale ecranelor, sub 3 inci, Micro LED-urile vor eroda piața OLED. Dimensiunile mici ale ecranelor sunt determinate de distanța de vizualizare foarte mică, cerințele privind efectul de afișare sunt ridicate, fiind comune în terminalele mobile și având cerințe ridicate privind consumul de energie. Prin urmare, OLED a devenit tehnologia principală pentru ecranele de dimensiuni mici, având avantajele consumului redus de energie și efectului de afișare bun, însă cota de piață a OLED-urilor în acest domeniu va fi erodată de Micro LED-uri în viitor. Pe de o parte, Micro LED-urile sunt superioare OLED-urilor în toți indicatorii de performanță ai ecranului, cum ar fi efectul de afișare și consumul de energie; pe de altă parte, datorită dimensiunii mici a ecranului și numărului total mic de pixeli, costul Micro LED-urilor este, de asemenea, relativ controlabil. Din punctul de vedere al tehnologiei actuale, Micro LED-urile au reușit să realizeze miniaturizarea cipurilor, dar există încă unele blocaje în transferul uriaș, randamentul fiind relativ limitat, iar în prezent, diverse companii explorează soluții de îmbunătățire tehnică pe baza unor costuri controlabile.
În ceea ce privește afișajele de 3-99 inch, Micro LED-urile au dificultăți în a eroda cota de piață a LCD-urilor și OLED-urilor într-un timp scurt. Datorită distanței mici de vizualizare, afișajele au cerințe mai mari privind dimensiunea cipului și pitch-ul, în timp ce dimensiunea ecranului devine mai mare, iar numărul total de pixeli crește și el. Prin urmare, aplicarea Micro LED-urilor la afișajele de 3-99 inch a crescut semnificativ dificultatea tehnică și costul procesului, iar maturitatea tehnologiei Micro LED în acest domeniu trebuie îmbunătățită. Cel mai important aspect este că, în această gamă de dimensiuni, fie că este vorba de OLED-uri de dimensiuni mici sau de LCD-uri de dimensiuni mari, avantajele sale de cost sunt ferm incontestabile. În viitor, odată cu reducerea continuă a costurilor Micro LED-urilor și cu îmbunătățirea continuă a tehnologiei, decalajul dintre costul și dificultatea procesului Micro LED, LCD-uri și OLED-uri va fi redus și mai mult.
În ceea ce privește ecranele mari de peste 100 de inci, Micro LED-ul are un avantaj. Pe piața ecranelor de peste 100 de inci, LCD-ul va fi limitat de randamentul producției și de eficiența de tăiere a panourilor de dimensiuni mari, iar OLED-ul va fi, de asemenea, dificil de redus costurile din cauza procesului de evaporare după dimensiuni mari, cu un randament mai mic. Astfel, în trecut, efectul de afișare era mai general, proiectoarele și ecranele LCD ocupând o poziție dominantă pe piața ecranelor de peste 100 de inci. Cu toate acestea, odată cu scăderea semnificativă a costurilor Micro LED-urilor, acestea vor accelera înlocuirea produselor de afișare tradiționale, cum ar fi proiectoarele și ecranele LCD, care oferă numeroase avantaje, cum ar fi ecranul complet, culorile bogate și luminozitatea ridicată.
Dimensiunea pieței industriei a trei micro LED-uri
În prezent, cipurile Micro LED au fost introduse în scenarii de afișare, cum ar fi ochelari și televizoare, însă majoritatea produselor sunt încă în stadiul de concept din cauza restricțiilor de preț și nu au atins încă o promovare pe piață la scară largă. În viitor, odată cu descoperirea și maturizarea treptată a tehnologiei cheie Micro LED, costurile de comercializare și industrializare vor fi reduse considerabil, iar randamentul cipurilor va fi îmbunătățit în continuare, Micro LED-ul fiind așteptat să preia conducerea în aplicarea scenariilor de afișare de dimensiuni mari și mici. Din punct de vedere al livrărilor, conform datelor prognozate de Omdia, influențate de cererea de pe piața ceasurilor inteligente și a televizoarelor high-end, livrările globale de afișaje Micro LED vor crește de la un nivel neglijabil în 2020 la peste 16 milioane de unități în 2027, iar potențialul cererii de piață este mare. Având în vedere dimensiunea pieței, conform previziunilor Jibang Consulting, în scenariul de aplicare a micro-afișajelor, se așteaptă ca în 2026 valoarea producției cipurilor de afișare Micro LED AR să ajungă la 41 de milioane de dolari americani; În scenariul afișajelor de dimensiuni mari, valoarea producției de cipuri Micro LED pentru afișaje mari va ajunge la 54 de milioane de dolari în 2022 și se așteaptă să crească la 4,5 miliarde de dolari în 2026, cu o rată anuală compusă de creștere de 204%, existând mult loc pentru creșterea pieței.
În al patrulea rând, cererea terminală și politicile determină dezvoltarea rapidă a industriei
(1) Schimbările în cererea de terminale sunt principalii factori care determină dezvoltarea industriei
Din 2009, industria cipurilor LED a cunoscut trei cicluri, toate determinate de o nouă cerere de produse LED. Prima etapă este, înainte de 2013, televizoarele cu ecran plat și iluminarea de fundal a telefoanelor mobile ca principală cerere de LED-uri, stimulând dezvoltarea industriei LED; a doua etapă este 2013-2014. În 2013, Uniunea Europeană a interzis complet luminile albe țesute, cererea de iluminat profesional cu LED-uri și iluminat peisagistic a crescut, iar exporturile de LED-uri de coastă au crescut, stimulând dezvoltarea industriei LED. A treia etapă este 2015-2020, dezvoltarea rapidă a LED-urilor cu pas mic, un număr mare de LCD-uri și DLP-uri de înlocuire, utilizate pe scară largă în centrele de comandă guvernamentale, securitate, controlul bolilor, afaceri, călătorii de noapte și alte domenii, stimulând astfel dezvoltarea industriei. A patra etapă este că, după 2020, cererea industriei de afișaje LED pentru afișaje de înaltă definiție și consum redus de energie a crescut treptat rata de penetrare a Micro LED-urilor. Fiind tehnologia supremă de afișare, odată cu reducerea costurilor și progresul tehnologic, Micro LED-ul va accelera procesul de industrializare a Micro LED-urilor, oferind performanțe superioare, cum ar fi durată lungă de viață, contrast ridicat, rezoluție înaltă, culori bogate, luminozitate ultra-înaltă și consum redus de energie și se așteaptă să impulsioneze industria să intre din nou în ciclul ascendent.
(2) Sprijinul puternic din partea politicilor naționale va stimula dezvoltarea industriei
Ca următoare generație de tehnologie de afișare, Micro LED-ul a atras multă atenție. În ultimii ani, statul a promulgat o serie de politici de susținere, cum ar fi „Al 14-lea Plan cincinal” din 2021, care afirmă clar că semiconductorii de a treia generație reprezintă un conținut important, iar proiectul acoperă tehnologii cheie precum vehiculele cu energie nouă, aplicațiile big data, comunicațiile 5G și afișajele Micro LED. Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației și alte cinci departamente au emis „Planul de acțiune pentru dezvoltarea integrării realității virtuale și a aplicațiilor industriale (2022-2026)”, care se va concentra pe promovarea Micro LED și a altor modernizări ale tehnologiei micro-afișajelor; Ministerul Industriei și Ministerul Finanțelor au emis „Planul de acțiune pentru creșterea stabilă a industriei de producție a informațiilor electronice 2023-2024”, care a propus dezvoltarea energică a Mini LED-urilor, Micro LED-urilor și a altor tehnologii; Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației și alte șapte departamente au emis în comun „Avizele de implementare privind promovarea inovării și dezvoltării industriale viitoare”, care au propus să se dezvolte în forță tehnologiile Micro LED, laser, imprimare și alte afișaje și să se realizeze aplicații la scară largă. Publicarea și implementarea politicilor și reglementărilor menționate mai sus demonstrează atitudinea pozitivă și hotărârea fermă a guvernului chinez de a dezvolta industria Micro LED, ceea ce oferă un mediu de dezvoltare mai bun pentru dezvoltarea industriei Micro LED. Se așteaptă ca Micro LED să beneficieze de sprijinul politic din partea statului și să conducă la o dezvoltare rapidă.
Cinci, dezvoltarea industriei Micro LED
(1) Stadiul dezvoltării industriei
Procesul de fabricație a Micro LED-urilor este similar etapelor tehnice convenționale, incluzând în principal creșterea epitaxială a plachetelor LED, producția de cipuri Micro LED, producția de backplane-uri pentru drivere (driver TFT sau Micro IC) și transferul masiv de patru componente. În primul rând, structura LED-ului este realizată cu peliculă subțire, Micro, matrice, iar apoi Micro LED-ul este transferat pe placa de circuit folosind o tehnologie complexă, substratul putând fi dur, moale, transparent, opac; prin utilizarea procesului de depunere fizică pentru a completa stratul protector și electrodul superior, substratul superior poate fi ambalat și se poate realiza un afișaj Micro LED simplu. Cu toate acestea, datorită miniaturizării cipurilor, tehnologia de fabricație a Micro LED-urilor a impus noi indicatori și cerințe tehnice pentru fiecare verigă a lanțului industrial existent, inclusiv nevoile de cercetare și dezvoltare a tehnologiilor cheie în diverse domenii, cum ar fi materialele, procesele și echipamentele, iar tehnologia fiecărei verigi industriale nu poate fi dezvoltată independent, fiind un sistem tehnic foarte complex. Este necesară o cooperare strânsă cu părțile din amonte și din aval ale lanțului industrial, cum ar fi panourile, cipurile, transferurile masive și circuitele integrate pentru drivere. În prezent, cele patru tehnologii cheie: epitaxie și fabricarea de cipuri, transfer masiv, afișaj full-color și unitatea de afișare trebuie încă să fie dezvoltate.
(2) Prezentare generală a inovației tehnologice globale
Din perspectiva istoricului dezvoltării Micro LED, doi profesori de la Universitatea Texas Tech au preluat inițiativa în propunerea conceptului de Micro LED în anul 2000, iar acesta a intrat acum într-o perioadă de vârf a inovației tehnologice globale. Din 2017, activitatea de inovare în tehnologia Micro LED a crescut semnificativ și se află în prezent într-o perioadă de creștere explozivă. În prezent, Micro LED are o rezervă globală de brevete de peste 40.000, dintre care peste 13.000 sunt brevete valabile, iar suma raportului dintre examinare și valabilitate este aproape de 80%, indicând faptul că barierele potențiale în calea brevetelor în acest domeniu sunt mari. Din perspectiva zonei mai active de inovare în tehnologia Micro LED, zona mai activă de inovare tehnologică se află în China, Statele Unite și Coreea de Sud, iar regiunea de dispunere a brevetelor arată că piața mai activă se află în China și Statele Unite. Din perspectiva principalelor entități de inovare din lume și China, entitățile de inovare lider la nivel global din China, Coreea de Sud și Statele Unite au mai multe avantaje, în principal în întreprinderile de panouri de afișare și fotoelectrice. Printre primele 15 întreprinderi din lume, întreprinderile chineze au reprezentat mai mult de jumătate, BOE și Huaxing Optoelectronics s-au clasat în top 5 mondial. Pe lângă întreprinderile lider din China, Samsung și LG din Coreea de Sud se află în fruntea listei mondiale în materie de brevete. Din rezultatele distribuției numărului de brevete în funcție de tipul instituțiilor de cercetare și dezvoltare, startup-urile dețin cele mai multe brevete, ajungând la 29%. Din perspectiva tipurilor de brevete, numărul de brevete este distribuit în jurul celor patru tehnologii cheie: epitaxie și structură de cip, transfer masiv, afișaj full-color și driver de afișare.
(3) Dezvoltarea a patru tehnologii cheie
Epitaxia și fabricarea cipurilor: Procesul de fabricație a micro-LED-urilor, de la napolitană la cip, trebuie să treacă prin etape precum epitaxia - gravarea în etape - pregătirea stratului conductiv - pregătirea electrodului. În direcția tehnologiei epitaxiei și a structurii cipurilor, pentru micro-LED-urile mai mici, industria actuală este preocupată în principal de uniformitatea lungimii de undă, defecțiunile de epitaxie reduse și de problemele legate de eficiența cuantică: (1) După miniaturizarea cipului, există cerințe ridicate pentru consistența lungimii de undă a epitaxiei și rata scăzută a defectelor, LED-urile tradiționale necesită 6-12 nm, în timp ce cipul micro-LED trebuie redus la 2 nm; (2) Dimensiunea cipului devine din ce în ce mai mică, iar randamentul fragmentelor tăiate scade; (3) Eficiența micro-LED-urilor va crește odată cu creșterea densității de curent și va scădea odată cu creșterea densității de curent după atingerea valorii de vârf. Pe măsură ce dimensiunea micro-LED-ului scade, eficiența de vârf se deplasează în direcția unei densități de curent mari, iar eficiența de vârf continuă să scadă.
Transfer mare: Datorită diferenței în procesul de creștere dintre stratul luminos Micro LED și substratul driverului, este dificil să se integreze matricea de afișare și dispozitivul driver prin procesul de creștere, așa că este necesar să se transfere granulele Micro LED realizate pe placa de circuit de acționare, ceea ce reprezintă un proces de transfer amplu. Luând ca exemplu un televizor 4K, granulele care trebuie transferate sunt de până la 24 de milioane (calculate în 4.000 x 2.000 x RGB trei culori), chiar dacă transferul este de 10.000, acesta trebuie repetat de 2.400 de ori, astfel încât transferul uriaș se confruntă cu trei probleme majore: (1) precizia transferului: Precizia deplasării Micro LED-ului pe placa de circuit de acționare trebuie controlată cu o precizie ridicată de ±0,5 μm, iar dispozitivul de transfer trebuie să aibă o precizie ridicată de aliniere și o precizie a punctului de cădere. (2) Eficiență de transfer: LED-ul tradițional necesită 2 bucăți/secundă, Micro LED-ul necesită 20.000 de bucăți/secundă; (3) Randament de transfer: Toleranța la eroarea pixelilor în produsele de afișare este foarte scăzută. Dacă doriți să creați mai puțin de 5 pixeli de afișare color 1920*1080, randamentul de transfer trebuie să atingă 99,9999%.
Tehnologia de transfer mare include în principal forța moleculară (transferul de etanșare), transferul electrostatic, transferul magnetic, transferul cu laser, autoasamblarea (tehnologia de asamblare fluidă) și așa mai departe. Transferul mare cu laser poate controla dimensiunile relativ mici, are un răspuns rapid, o eficiență ridicată a transferului și un grad ridicat de selectivitate, transferul cu laser sau va deveni tehnologia principală pentru transferul mare. În prezent, tehnologia și echipamentele interne de transfer mare progresează, producătorii de lasere mari (002008), inteligență de top (300450), lasere stelare Haimu și alte echipamente de transfer mare au fost livrate cu succes clienților, dar producția de masă la scară largă a echipamentelor laser interne este încă departe de a ajunge la echipamentele laser interne.
Afișaj full color: Obținerea monocromă cu micro LED-uri este relativ simplă, dar obținerea culorilor complete este relativ complexă. Cele trei culori RGB trebuie să transfere granulele de roșu, verde și albastru în trei culori. Fiind un indicator tehnic cheie al tehnologiei Micro LED, cercetarea tehnologiei Micro LED full color a devenit un punct fierbinte de cercetare și o dificultate în dezvoltarea tehnologiei Micro LED. Metodele de realizare a colorizării Micro LED includ în principal metoda LED RGB tricolor, metoda LED UV albastru + mediu luminescent și metoda sintezei lentilelor, toate având deficiențe corespunzătoare. Prin comparație, în ceea ce privește fluxul de proces și materialele, metoda LED UV albastru + mediu emițător de lumină este mai simplă decât alte scheme, utilizând în principal LED albastru pentru a înlocui placa de fundal, folosind peliculă cu puncte cuantice sau fosfor ca mediu emițător de lumină pentru a înlocui filtrele RGB, pentru a completa afișajul full color.
Driver de afișare: Schema de proiectare a driverului activ reprezentată de CMOS și TFT a devenit principala tehnologie în dezvoltarea tehnologiei Micro LED. Micro LED-ul este un dispozitiv emițător de lumină acționat de curent, iar modul său de acționare este în general împărțit în acționare pasivă PM (Matrice pasivă) și acționare activă AM (Matrice activă). Din cauza acționării pasive: (1) nu este propice producției pe suprafețe mari, nu poate îndeplini cerințele acționării pe ecrane mari; (2) Caracteristicile de acționare a scanării pe coloană permit producerea ușoară a luminii pixelilor pe coloană, rezultând o imagine și o rezoluție limitate; (3) Distanța dintre pixeli se micșorează treptat, modul de acționare pasivă al plăcii PCB tradiționale nu poate satisface cererea de acționare și are multe dezavantaje în aplicarea Micro LED-urilor, prin urmare, schema de proiectare a acționării active reprezentată de CMOS și TFT va deveni un bun companion pentru dezvoltarea tehnologiei Micro LED. De exemplu, în tehnologia driverelor CMOS, pentru a depăși tehnologia de transfer de lipire, industria actuală se concentrează pe explorarea tehnologiei de lipire a circuitelor driverelor Micro LED și CMOS.
