Потражња за терминалима и политике покрећу брзи развој индустрије микро ЛЕД диода
Микро ЛЕД је хексагоналног ратника технологије приказа. Више од 80% људских информација се добија путем очију, а људски виши захтеви за квалитет и облик слике на екрану покрећу континуирани развој и итерацију технологије приказа. Технологија дисплеја у боји је од свог развоја доживела транзицију кроз технологије попут CRT-а, а тренутно је доминирају LCD и OLED технологија. Што се тиче перформанси, Micro LED као технологија приказа следеће генерације, у поређењу са великом производњом LCD технологије (дисплеј са течним кристалима) и OLED технологије (дисплеј са органским светлосним диодама), Micro LED има веома супериорне предности у скоро свакој техничкој димензији: дуг век трајања, висок контраст, могућност постизања високе резолуције, брз одзив, шири угао гледања, богате боје, сматра се врхунским решењем технологије приказа.
Прво, трошкови и перформансе покрећу индустрију микро ЛЕД диода, што је довело до даљег развоја.
Микро ЛЕД је нова технологија минијатуризације и матричне ЛЕД диоде, која се односи на интеграцију низа ЛЕД диода високе густине микро величине на чипу. Технологија постиже самоосветљење из једне тачке минијатуризацијом ЛЕД јединице на ниво мањи од 50 микрона, што је ~100 пута мање од традиционалних ЛЕД диода и смањује размак пиксела са милиметра на микрон. Стога, микро ЛЕД је у суштини ЛЕД диода микронског нивоа, а ЛЕД диода која емитује светлост је полупроводнички уређај у чврстом стању који може да претвори електричну енергију у видљиву светлост.
Што се тиче трошкова, епитаксијални лист сафира од 4 инча, исечен на обичне ЛЕД чипове од око 60.000, исечен на Мини ЛЕД чипова око 600.000, смањено је за више од 2,4 милиона микро ЛЕД чипова. Код исте плочице, број микро ЛЕД диода је значајно повећан, а цена једног чипа је нижа, што је такође један од разлога за потенцијал развоја микро ЛЕД диода са становишта трошкова.
Што се тиче перформанси, у поређењу са ЛЦД и ОЛЕД технологијом које се масовно производе, Микро ЛЕД има веома супериорне предности у скоро свакој техничкој димензији, као што су дуг век трајања, висок контраст, висока резолуција, брз одзив, шири угао гледања, богате боје, ултра висока осветљеност и нижа потрошња енергије. Међу њима су: (1) танак и лаган: величина Микро ЛЕД-а је око 1/100 традиционалног ЛЕД-а, или око 1/10 ширине људске длаке; (2) ниска потрошња енергије: Микро ЛЕД користи самосветлећу структуру са три основне боје, процес ЛЦД дисплеја захтева позадинско осветљење за поларизатор, а затим за филтер боје, процес дисплеја има велики губитак енергије, у поређењу са ова два, потрошња енергије Микро ЛЕД-а је око 10% потрошње енергије ЛЦД-а. Микро ЛЕД користи неорганске материјале за емитовање светлости, што има већу светлосну ефикасност, док ОЛЕД користи органске материјале за емитовање светлости, а потрошња светлосне снаге оба је нижа од потрошње ОЛЕД-а. Стога, при приказивању исте слике, потрошња енергије Micro LED-а је нижа од OLED-а, а много нижа од LCD-а; (3) Висока осветљеност: Micro LED користи неоргански материјал галијум нитрид (GaN) у светлосном делу, а његова осветљеност теоретски може достићи 105cd/m2, што је много више од 3.000cd/m2 LCD-а и 1.500cd/m2 OLED-а, а век трајања неорганских материјала је дужи; (4) Висока резолуција: према Micro LED технологији дисплеја, свака Micro LED диода је пиксел који може сам да се осветљава, а једна Micro LED диода је на микронском нивоу, тако да може постићи веома високу резолуцију. Густина пиксела Micro LED дисплеја може бити већа од 1.500PPI, док је PPI LCD и OLED екрана око 800PPI и 400PPI.
Укратко, трошкови и перформансе ће подстаћи континуирани развој микро ЛЕД индустрије.
Друго, сценарији примене микро ЛЕД диода
Микро ЛЕД је врхунска технологија дисплеја будућности. Ако не узмете у обзир трошкове и зрелост процеса, већ само перформансе и индикаторске податке дисплеја, Микро ЛЕД је несумњиво врхунска технологија дисплеја. Сви индикатори перформанси Микро ЛЕД-а су бољи од других технологија дисплеја. Што се тиче сценарија примене, Микро ЛЕД је погодан за све величине производа. Са становишта техничке и економске изводљивости, Микро ЛЕД ће се први применити на дисплеје мале величине испод 3 инча и дисплеје велике величине изнад 100 инча.
Што се тиче малих величина екрана испод 3 инча, Micro LED ће еродирати тржиште OLED-а. Мале величине екрана су због мале удаљености гледања, захтеви за ефектом приказа су високи, а екрани мале величине су уобичајени на мобилним терминалима, а такође имају и високе захтеве за потрошњу енергије. Стога је OLED постао главна технологија за екране мале величине са својим предностима мале потрошње енергије и доброг ефекта приказа, али тржишни удео OLED-а у овој области ће бити еродиран од стране Micro LED-а у будућности. С једне стране, Micro LED је супериорнији од OLED-а у свим индикаторима перформанси екрана, као што су ефекат приказа и потрошња енергије; с друге стране, због мале величине екрана и малог укупног броја пиксела, трошкови Micro LED-а су такође релативно контролисани. Са тренутне технолошке тачке гледишта, Micro LED је успео да постигне минијатуризацију чипова, али и даље постоје нека уска грла у огромном преносу, принос је релативно ограничен, тренутно разне компаније истражују решења за техничко побољшање на основу контролисаних трошкова.
Што се тиче дисплеја од 3 до 99 инча, Micro LED је тешко да у кратком временском периоду еродира тржишни удео LCD и OLED дисплеја. Због мале удаљености гледања, дисплеји имају веће захтеве за величину чипа и висину између ивица, док величина екрана постаје већа, а укупан број пиксела такође постаје већи, тако да је примена Micro LED дисплеја на дисплеје од 3 до 99 инча значајно повећала техничку сложеност и трошкове процеса, а зрелост Micro LED технологије у овом опсегу треба побољшати. А најважније је да је ова област величине, било да је у питању OLED малих димензија или LCD великих димензија, њене предности у погледу трошкова чврсто непоколебљиве. У будућности, са континуираним смањењем трошкова Micro LED дисплеја и континуираним унапређењем технологије, разлика између трошкова и сложености процеса Micro LED дисплеја и LCD дисплеја и OLED дисплеја ће се додатно смањити.
Што се тиче великих дисплеја већих од 100 инча, Micro LED има предност. На тржишту дисплеја већих од 100 инча, LCD ће бити ограничен приносом производње и ефикасношћу сечења панела велике величине, а OLED је такође тешко постићи смањење трошкова због процеса испаравања након великих димензија, што значи мањи принос, тако да је у прошлости ефекат приказа био општији, пројектори и LCD екрани за спајање заузимају доминантну позицију на тржишту дисплеја већих од 100 инча. Међутим, са значајним падом трошкова Micro LED-а, убрзаће се замена традиционалних производа за приказивање као што су пројектори и LCD екрани за спајање, са многим предностима као што су спајање преко целог екрана, богате боје и висока осветљеност.
Три величине тржишта микро ЛЕД индустрије
Тренутно, микро ЛЕД чипови се производе у сценама приказивања као што су наочаре и телевизори, али већина производа је још увек у фази концепта због ограничења цена и још увек није постигла велику промоцију на тржишту. У будућности, са пробојем и постепеним сазревањем кључне технологије микро ЛЕД-а, трошкови комерцијализације и индустријализације ће бити значајно смањени, а принос чипа ће бити додатно побољшан, очекује се да ће микро ЛЕД преузети водећу улогу у примени сценарија великих и малих дисплеја. Са становишта испоруке, према подацима компаније Omdia, под утицајем потражње на тржишту паметних сатова и врхунских телевизора, глобалне испоруке микро ЛЕД дисплеја ће порасти са занемарљивог нивоа у 2020. години на више од 16 милиона комада у 2027. години, а потенцијал тржишне потражње је велики. На основу величине тржишта, према прогнози компаније Jibang Consulting, у сценарију примене микро дисплеја, очекује се да ће 2026. године излазна вредност микро ЛЕД АР чипа за наочаре износити чак 41 милион америчких долара; У сценарију великих дисплеја, производна вредност микро ЛЕД чипова за велике дисплеје достићи ће 54 милиона долара у 2022. години, а очекује се да ће порасти на 4,5 милијарди долара у 2026. години, са сложеном годишњом стопом раста од 204%, и постоји много простора за раст тржишта.
Четврто, терминална потражња и политика покрећу брзи развој индустрије
(1) Промене у потражњи за терминалима су главни фактори који покрећу развој индустрије
Од 2009. године, индустрија ЛЕД чипова је прошла кроз три циклуса, а сва три су била вођена новом потражњом за ЛЕД производима. Прва фаза је пре 2013. године, када је позадинско осветљење телевизора са равним екраном и мобилних телефона била главна потражња за ЛЕД диодама, што је подстакло развој ЛЕД индустрије, друга фаза је од 2013. до 2014. године. 2013. године Европска унија је потпуно забранила бела ткана светла, потражња за професионалним ЛЕД осветљењем и пејзажним осветљењем је порасла, а извоз обалских ЛЕД диода је порастао, што је подстакло развој ЛЕД индустрије. Трећа фаза је од 2015. до 2020. године, брзи развој ЛЕД диода са малим кораком, велики број заменских ЛЦД и ДЛП диода, који се широко користе у владиним командним центрима, безбедности, контроли болести, пословању, ноћном путовању и другим областима, што је подстакло развој индустрије. Четврта фаза је да је након 2020. године потражња индустрије ЛЕД дисплеја за дисплејима високе дефиниције и ниском потрошњом енергије постепено повећавала стопу пенетрације микро ЛЕД диода. Као врхунска технологија приказивања, уз смањење трошкова и технолошки напредак, Micro LED ће убрзати процес индустријализације Micro LED-а са врхунским перформансама као што су дуг век трајања, висок контраст, висока резолуција, богате боје, ултра висока осветљеност и нижа потрошња енергије, и очекује се да ће поново подстаћи индустрију да уђе у растући циклус.
(2) Снажна подршка националних политика ће покренути развој индустрије
Као следећа генерација нове технологије дисплеја, микро ЛЕД је привукао велику пажњу. Последњих година, држава је донела низ политика подршке, као што је „14. петогодишњи план“ из 2021. године, који јасно наводи да је полупроводник треће генерације важан садржај, а пројекат обухвата кључне технологије као што су нова енергетска возила, апликације за велике податке, 5Г комуникације и микро ЛЕД дисплеј. Министарство индустрије и информационих технологија и других пет одељења издали су „Акциони план за развој интеграције виртуелне стварности и индустријских апликација (2022-2026)“, који ће се фокусирати на промоцију надоградње микро ЛЕД и других технологија микро дисплеја; Министарство индустрије и Министарство финансија издали су „Акциони план стабилног раста индустрије производње електронских информација 2023-2024“, предлажући снажан развој мини ЛЕД, микро ЛЕД и других технологија; Министарство индустрије и информационих технологија и других седам одељења заједнички су издали „Мишљења о имплементацији промоције будућих индустријских иновација и развоја“, у којима је предложено пробијање микро ЛЕД, ласера, штампања и других технологија дисплеја и постизање примене у великим размерама. Објављивање и спровођење горе наведених политика и прописа показује позитиван став и чврсту одлучност кинеске владе да развије индустрију микро ЛЕД диода, што пружа боље развојно окружење за развој микро ЛЕД индустрије. Очекује се да ће микро ЛЕД диоде имати користи од политичке подршке државе и довести до брзог развоја.
Пето, развој микро ЛЕД индустрије
(1) Статус развоја индустрије
Процес производње микро ЛЕД диода је сличан конвенционалним техничким корацима, углавном обухвата раст ЛЕД епитаксијалне плочице, производњу микро ЛЕД чипа, производњу задње плоче драјвера (TFT драјвер или микро ИЦ драјвер), велики пренос четири дела. Прво, дизајн ЛЕД структуре је танки филм, микро низ, а затим се микро ЛЕД диода преноси на штампану плочу користећи велику количину технологије, подлога може бити тврда, мека провидна, непрозирна подлога; Коришћењем процеса физичког таложења за завршетак заштитног слоја и горње електроде, горња подлога може бити упакована и може се завршити једноставан микро ЛЕД дисплеј. Међутим, због минијатуризације чипа, технологија производње микро ЛЕД диода поставила је нове техничке индикаторе и захтеве за сваку карику постојећег индустријског ланца, укључујући потребе за истраживањем и развојем кључних технологија у различитим областима као што су материјали, процеси и опрема, а технологија сваке индустријске карике не може се независно развијати, то је веома сложен технички систем. Неопходна је тесна сарадња са узводним и низводним деловима индустријског ланца као што су панели, чипови, масивни пренос и ИЦ драјвера. Тренутно, четири кључне технологије епитаксе и производње чипова, масивног преноса, дисплеја у пуној боји и погона дисплеја још увек треба да буду пробијене.
(2) Преглед глобалних технолошких иновација
Из перспективе историје развоја микро ЛЕД технологије, два професора на Тексашком технолошком универзитету су преузела вођство у предлагању концепта микро ЛЕД технологије 2000. године, и она је сада ушла у висок период глобалних технолошких иновација. Од 2017. године, иновативна активност микро ЛЕД технологије је значајно порасла и тренутно се налази у периоду експлозивног раста. Тренутно, микро ЛЕД технологија има глобалну резерву патената од преко 40.000, од којих је више од 13.000 важећих патената, а збир односа испитивања и валидности је близу 80%, што указује на то да су потенцијалне патентне баријере у овој области високе. Из перспективе активнијег подручја иновација микро ЛЕД технологије, активније подручје технолошких иновација је у Кини, Сједињеним Државама и Јужној Кореји, а регион распореда патената показује да је активније тржиште у Кини и Сједињеним Државама. Из перспективе главних иновативних ентитета у свету и Кини, водећи глобални иновативни ентитети у Кини, Јужној Кореји и Сједињеним Државама имају више предности, углавном у предузећима за дисплеје и фотоелектричне панеле. Међу 15 највећих светских предузећа, кинеска предузећа чине више од половине, BOE и Huaxing Optoelectronics су рангиране међу 5 највећих у свету; Поред водећих кинеских предузећа, јужнокорејски Samsung и LG су на челу светске листе по питању патената. Према резултатима расподеле броја патената по типу истраживачко-развојних институција, стартапови имају највећи удео, достижући 29%. Са становишта врста патената, број патената је распоређен око четири кључне технологије: епитаксија и чип структура, масивни трансфер, дисплеј у боји и драјвер дисплеја.
(3) Развој четири кључне технологије
Епитаксија и производња чипова: Процес производње микро ЛЕД диода, од плочице до чипа, мора проћи кроз кораке као што су епитаксија - степенасто нагризање - припрема проводног слоја - припрема електроде. Што се тиче технологије епитаксе и структуре чипова, за мање микро ЛЕД диоде, тренутна индустрија је углавном забринута због униформности таласне дужине, ниске епитаксије и проблема квантне ефикасности: (1) Након минијатуризације чипа, постоје високи захтеви за конзистентност таласне дужине епитаксије и ниску стопу дефеката, традиционалне ЛЕД диоде захтевају 6-12 nm, док је потребно смањити микро ЛЕД чип на 2 nm; (2) Величина чипа је све мања и мања, а принос фрагмената сечења се смањује; (3) Ефикасност микро ЛЕД диода ће се повећавати са повећањем густине струје и смањивати са повећањем густине струје након достизања вршне вредности. Како се величина микро ЛЕД диоде смањује, вршна ефикасност се помера у правцу веће густине струје, а вршна ефикасност наставља да се смањује.
Велики пренос: Због разлике у процесу раста микро ЛЕД светлећих слојева и подлоге драјвера, тешко је интегрисати низ дисплеја и драјверски уређај кроз процес раста, па је неопходно пренети направљена микро ЛЕД зрна на главну плочу погонског штампаног система, што је велики процес преноса. Узимајући 4K телевизор као пример, зрна која треба пренети су чак 24 милиона (израчунато у 4.000 x 2.000 x RGB три боје), чак и ако је пренос од 10.000, потребно га је поновити 2.400 пута, тако да се огроман пренос суочава са три главна проблема: (1) тачност преноса: тачност померања микро ЛЕД диоде на главну плочу погонског штампаног система мора бити контролисана унутар ±0,5μm, а уређај за пренос мора имати високу тачност поравнања и тачност тачке испуштања. (2) Ефикасност преноса: традиционална ЛЕД диода 2 комада/секунди, микро ЛЕД захтева 20.000 комада/секунди; (3) Принос трансфера: Толеранција на грешке пиксела код производа за приказивање је веома ниска, ако желите да креирате мање од 5 пиксела на екрану у пуној боји резолуције 1920*1080, принос трансфера мора достићи 99,9999%.
Технологија великог преноса углавном обухвата молекуларну силу (пренос заптивача), електростатички, магнетни пренос, ласерски пренос, самосклапање (технологија флуидног склапања) и тако даље. Ласерски пренос великих размера може контролисати величину релативно малог, брзог одзива, високе ефикасности преноса и високог степена селективности, ласерски пренос или ће постати главна технологија великог преноса. Тренутно, домаћа технологија и опрема за велики пренос напредују, произвођачи великих ласера (002008), водећих интелигенција (300450), Хаиму звезданих ласера и друге опреме за велики пренос успешно су испоручени купцима, али домаћа ласерска опрема од масовне производње великих размера је још увек далеко.
Приказ у пуној боји: Постизање монохроматског приказа помоћу микро ЛЕД диода је релативно једноставно, али постизање пуног спектра боја је релативно сложено. RGB три боје морају преносити црвену, зелену и плаву три боје. Као кључни технички индекс микро ЛЕД технологије, истраживање микро ЛЕД технологије пуног спектра боја постало је истраживачка жаришта и тешкоћа у развоју микро ЛЕД технологије. Методе реализације колоризације микро ЛЕД диода углавном укључују RGB тробојну ЛЕД методу, УВ плаву ЛЕД диоду + луминесцентну методу и методу синтезе сочива, а све то има одговарајуће недостатке. У поређењу са тим, у погледу тока процеса и материјала, метода УВ плаве ЛЕД диоде + медијума за емитовање светлости је једноставнија од других шема, углавном се користи плава ЛЕД диода за замену позадинског осветљења, а квантни тачкасти филм или фосфор као медијум за емитовање светлости за замену RGB филтера, како би се употпунио приказ у пуној боји.
Драјвер дисплеја: Шема дизајна активног драјвера представљена CMOS и TFT постала је главни ток развоја Micro LED технологије. Micro LED је уређај који емитује светлост покретан струјом, а његов режим рада се генерално дели на PM (пасивна матрица) пасивни рад и AM (активна матрица) активни рад. Због: (1) није погодан за производњу великих површина, не може да задовољи захтеве рада великог екрана; (2) карактеристике рада са скенирањем колона, лако се производи неравномерна светлост пиксела колона, што резултира ограниченом сликом и резолуцијом екрана; (3) размак између пиксела се постепено смањује, пасивни режим рада традиционалне PCB плоче не може да задовољи захтеве рада и има много недостатака у примени Micro LED, стога ће шема дизајна активног рада представљена CMOS и TFT постати добар пратилац за развој Micro LED технологије. На пример, у CMOS технологији драјвера, како би се пробила технологија трансфер бондинга, тренутна индустрија се фокусира на истраживање технологије бондинга Micro LED и CMOS кола драјвера.
