Terminalefterfrågan och policyer driver den snabba utvecklingen av Micro LED-industrin
Mikro-LED är en hexagonal krigare inom displayteknik. Mer än 80 % av mänsklig information erhålls genom ögonen, och människans högre krav på bildkvalitet och form driver den kontinuerliga utvecklingen och iterationen av displaytekniken. Färgdisplaytekniken har genomgått övergångstekniker som CRT sedan dess utveckling och domineras för närvarande av LCD- och OLED-teknik. När det gäller prestanda är Micro LED nästa generations displayteknik, jämfört med storskalig produktion av LCD-teknik (liquid crystal display) och OLED-teknik (organic light-emitting diode display), och har en mycket överlägsen prestandafördel i nästan alla tekniska dimensioner: Lång livslängd, hög kontrast, kan uppnå hög upplösning, snabb respons, bredare betraktningsvinkeleffekt, rika färger, betraktas som den ultimata lösningen för displayteknik.
För det första driver kostnad och prestanda Micro LED-industrins fortsatta utveckling.
Micro LED är en ny teknik för miniatyrisering och matris av LED, som syftar på integrationen av en mikro-LED-matris med hög densitet på ett chip. Tekniken uppnår självbelysning med en enda punkt genom att miniatyrisera LED-enheten till en nivå på mindre än 50 mikron, vilket är ~100 gånger mindre än traditionella lysdioder och minskar pixelavståndet från millimeter till mikron. Därför är Micro LED i huvudsak en mikronnivå-LED, och LED-lysdioden är en halvledarkomponent i fast tillstånd som kan omvandla elektrisk energi till synligt ljus.
Kostnadsmässigt är ett 4-tums safir-epitaxialark, skuret till vanliga LED-chips, cirka 60 000, skuret i Mini-LED chips cirka 600 000, minskade Micro LED-chips med mer än 2,4 miljoner. Med samma wafer har antalet Micro LED ökat avsevärt och kostnaden för ett enda chip är lägre, vilket också är en av anledningarna till Micro LED:s utvecklingspotential ur kostnadssynpunkt.
När det gäller prestanda, jämfört med LCD-teknik och OLED-teknik som har massproducerats, har Micro LED mycket överlägsna prestandafördelar i nästan alla tekniska dimensioner, såsom lång livslängd, hög kontrast, hög upplösning, snabb respons, bredare betraktningsvinkeleffekt, rik färg, ultrahög ljusstyrka och lägre strömförbrukning. Bland dessa är (1) tunn och lätt: storleken på Micro LED är ungefär 1/100 av den traditionella LED, eller ungefär 1/10 av bredden på ett mänskligt hårstrå; (2) Låg strömförbrukning: Micro LED använder tre primärfärgers subpixlar, LCD-skärmprocessen behöver använda bakgrundsbelysning för polarisering och sedan färgfiltrering, visningsprocessen har mycket energiförlust, jämfört med de två, är strömförbrukningen i skärmtillämpningar cirka 10% av LCD-skärmens strömförbrukning. Micro LED använder oorganiska material för att avge ljus, vilket har högre ljuseffektivitet, och OLED använder organiska material för att avge ljus, och ljusförbrukningen för båda är lägre än OLED. Därför är strömförbrukningen för Micro LED lägre än för OLED, och mycket lägre än för LCD, vid visning av samma bild; (3) Hög ljusstyrka: Micro LED använder galliumnitrid (GaN) oorganiskt material i den lysande delen, och dess ljusstyrka kan teoretiskt nå 105 cd/m2, vilket är mycket högre än 3 000 cd/m2 för LCD och 1 500 cd/m2 för OLED, och livslängden för oorganiska material är längre; (4) Hög upplösning: Med Micro LED-displaytekniken är varje Micro LED en pixel som kan självlysa, och en enda Micro LED är på mikronnivå, så den kan uppnå mycket hög upplösning. Pixeltätheten för Micro LED-displayen kan vara mer än 1 500 PPI, medan LCD- och OLED-skärmens PPI är cirka 800 PPI och 400 PPI.
Sammanfattningsvis kommer kostnad och prestanda att främja den kontinuerliga utvecklingen av Micro LED-industrin.
För det andra, Micro LED-applikationsscenarier
Micro LED är framtidens ultimata displayteknik. Om man inte tar hänsyn till kostnaden och processmognad, titta bara på displayens prestanda och indikatordata. Micro LED är utan tvekan den ultimata displaytekniken. Alla Micro LED-prestandaindikatorer är bättre än andra displaytekniker. När det gäller tillämpningsscenarier är Micro LED lämplig för produktapplikationer av alla storlekar. Ur teknisk och ekonomisk genomförbarhetsperspektiv kommer Micro LED att vara den första att tillämpa på små skärmar under 3 tum och stora skärmar över 100 tum.
När det gäller små skärmstorlekar under 3 tum kommer Micro LED att urholka OLED-marknaden. Små skärmar är små på grund av det korta betraktningsavståndet, kraven på visningseffekt är höga och små skärmstorlekar är vanliga i mobila terminaler, samt har höga krav på strömförbrukning. Därför har OLED blivit den vanligaste tekniken för små skärmar med sina fördelar med låg strömförbrukning och god visningseffekt, men OLED:s marknadsandel inom detta område kommer att urholkas av Micro LED i framtiden. Å ena sidan är Micro LED överlägsen OLED i alla skärmprestandaindikatorer, såsom visningseffekt och strömförbrukning. Å andra sidan, på grund av den lilla skärmstorleken och det lilla totala antalet pixlar, är kostnaden för Micro LED också relativt kontrollerbar. Ur nuvarande tekniksynpunkt har Micro LED kunnat uppnå chipminiaturisering, men det finns fortfarande vissa flaskhalsar i den stora överföringen, avkastningen är relativt begränsad. För närvarande utforskar olika företag tekniska förbättringslösningar baserat på kontrollerbara kostnader.
När det gäller 3-99-tumsskärmar är det svårt för Micro LED att erodera marknadsandelar för LCD och OLED på kort tid. På grund av det korta betraktningsavståndet har skärmen högre krav på chipstorlek och pitch, samtidigt som skärmstorleken blir större och det totala antalet pixlar också blir fler, så appliceringen av Micro LED på 3-99-tumsskärmar har avsevärt ökat den tekniska svårigheten och kostnaden för processen, och Micro LED-teknikens mognad inom detta område behöver förbättras. Och det viktigaste är att denna storlek, oavsett om det gäller liten OLED eller stor LCD, har dess kostnadsfördelar orubbliga. I framtiden, med den kontinuerliga minskningen av kostnaden för Micro LED och den kontinuerliga förbättringen av tekniken, kommer skillnaden mellan kostnad och processsvårigheter för Micro LED, LCD och OLED att minska ytterligare.
När det gäller stora skärmar på mer än 100 tum har Micro LED en fördel. På skärmmarknaden på mer än 100 tum kommer LCD att begränsas av produktionsutbytet och skäreffektiviteten hos stora paneler, och OLED är också svårt att uppnå kostnadsminskningar på grund av avdunstningsprocessen efter storskalig skärmstorlek, vilket ger lägre utbyte. Tidigare var skärmeffekten generellt sett den dominerande ställningen för projektorer och LCD-skarvskärmar på skärmmarknaden på mer än 100 tum. Men med den betydande kostnadsnedgången för Micro LED kommer det att påskynda ersättningen av traditionella skärmprodukter som projektorer och LCD-skarvning med många fördelar, såsom helskärmsskarvning, rika färger och hög ljusstyrka.
Marknadsstorleken för tre Micro LED-industrin
För närvarande har Micro LED-chips producerats i displaymiljöer som glasögon och TV-apparater, men de flesta produkter är fortfarande i konceptstadiet på grund av prisrestriktioner och har ännu inte uppnått storskalig marknadspromotering. I framtiden, med genombrottet och den gradvisa mognaden av nyckeltekniken Micro LED, minskar kommersialiserings- och industrialiseringskostnaderna kraftigt och förbättrar chiputbytet ytterligare. Micro LED förväntas ta ledningen inom tillämpningen av stora och små displayscenarier. Enligt Omdias prognosdata kommer de globala leveranserna av Micro LED-displayer att öka från en försumbar nivå år 2020 till mer än 16 miljoner enheter år 2027, vilket påverkar efterfrågan på marknaden för smarta klockor och avancerade TV-apparater, och marknadsefterfrågepotentialen är stor. Baserat på marknadsstorleken förväntas produktionsvärdet för Micro LED AR-glasögon-displaychip år 2026 vara så högt som 41 miljoner USD. I scenariot med stora bildskärmar kommer produktionsvärdet för stora Micro LED-bildskärmschip att nå 54 miljoner dollar år 2022 och förväntas stiga till 4,5 miljarder dollar år 2026, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt på 204 %, och det finns mycket utrymme för marknadstillväxt.
För det fjärde driver terminalefterfrågan och politiken den snabba utvecklingen av branschen
(1) Förändringar i terminalefterfrågan är de viktigaste faktorerna som driver branschens utveckling
Sedan 2009 har LED-chipindustrin upplevt tre cykler, alla drivna av ny efterfrågan på LED-produkter. Den första fasen är före 2013, då platt-TV- och mobiltelefonbakgrundsbelysning är den främsta efterfrågan på LED för att driva utvecklingen av LED-industrin. Den andra fasen är 2013 till 2014, 2013, då Europeiska unionen helt förbjöd vita vävda lampor, efterfrågan på professionell LED-belysning och landskapsbelysning ökade, och exporten av kust-LED ökade för att driva utvecklingen av LED-industrin. Den tredje fasen är från 2015 till 2020, den snabba utvecklingen av småskalig LED, ett stort antal ersättnings-LCD och DLP, som används i stor utsträckning inom statliga kommandocentraler, säkerhet, sjukdomsbekämpning, affärer, nattresor och andra områden, vilket driver utvecklingen av branschen. Den fjärde fasen är att efter 2020 har LED-displayindustrins efterfrågan på HD-skärmar och låg strömförbrukning gradvis ökat penetrationsgraden för Micro LED. Som den ultimata displaytekniken, med kostnadsminskningar och tekniska framsteg, kommer Micro LED att påskynda industrialiseringsprocessen för Micro LED med överlägsen prestanda som lång livslängd, hög kontrast, hög upplösning, rika färger, ultrahög ljusstyrka och lägre strömförbrukning, och förväntas driva branschen att gå in i den uppåtgående cykeln igen.
(2) Starkt stöd från nationell politik kommer att driva på branschens utveckling
Som nästa generations ny displayteknik har Micro LED väckt stor uppmärksamhet. Under senare år har staten utfärdat ett antal stödjande policyer, såsom den "14:e femårsplanen" från 2021, som tydligt anger att tredje generationens halvledare är ett viktigt innehåll, och projektet täcker viktiga teknologier som nya energifordon, big data-applikationer, 5G-kommunikation och Micro LED-displayer. Industri- och informationsministeriet och fem andra departement utfärdade "Virtual reality and industry application Integration Development Action Plan (2022-2026)", som kommer att fokusera på att främja Micro LED och andra uppgraderingar av mikrodisplayteknik. Industri- och finansministeriet utfärdade "Electronic Information Manufacturing Industry 2023-2024 stable growth Action Plan" som föreslog att kraftfullt utveckla Mini LED, Micro LED och andra teknologier. Industri- och informationsministeriet och sju andra departement utfärdade gemensamt "Implementation Opinions on Promoting Future Industrial Innovation and Development", som föreslog att bryta igenom Micro LED, laser, tryckning och andra displaytekniker och uppnå storskalig tillämpning. Lanseringen och implementeringen av ovanstående policyer och regler visar den kinesiska regeringens positiva inställning och fasta beslutsamhet att utveckla Micro LED-industrin, vilket ger en bättre utvecklingsmiljö för utvecklingen av Micro LED-industrin. Micro LED förväntas dra nytta av statens politiska stöd och inleda en snabb utveckling.
Fem, utvecklingen av Micro LED-industrin
(1) Status för industriutveckling
Tillverkningsprocessen för Micro LED liknar konventionella tekniska steg och inkluderar huvudsakligen tillväxt av epitaxiella wafers för LED, produktion av Micro LED-chip, produktion av drivrutinsbakplan (TFT-drivrutin eller Micro IC-drivrutin) och överföring av fyra stora delar. Först och främst är LED-strukturen designad med tunnfilm, Micro, array, och sedan överförs Micro LED till kretskortet med hjälp av en stor mängd teknik. Substratet kan vara hårt, mjukt, transparent och ogenomskinligt. Genom att använda den fysiska deponeringsprocessen för att komplettera det skyddande lagret och den övre elektroden kan det övre substratet förpackas och en enkel Micro LED-display färdigställas. På grund av miniatyriseringen av chipet har dock Micro LED-tillverkningstekniken lagt fram nya tekniska indikatorer och krav för varje länk i den befintliga industrikedjan, inklusive forsknings- och utvecklingsbehov för nyckelteknologier inom olika områden som material, processer och utrustning. Tekniken för varje industriell länk kan inte utvecklas oberoende, det är ett mycket komplext tekniskt system. Det är nödvändigt att nära samarbeta med uppströms och nedströms i industrikedjan, såsom paneler, chips, massiva överföringar och drivrutins-IC. För närvarande behöver de fyra nyckelteknologierna epitaxi och chiptillverkning, massiv överföring, fullfärgsdisplay och displaydrive fortfarande brytas igenom.
(2) Översikt över global teknisk innovation
Ur ett perspektiv av Micro LED:s utvecklingshistoria tog två professorer vid Texas Tech University ledningen i att föreslå konceptet Micro LED år 2000, och det har nu gått in i en hög period av global teknisk innovation. Sedan 2017 har innovationsaktiviteten inom Micro LED-teknik ökat avsevärt och befinner sig för närvarande i en period av explosionsartad tillväxt. För närvarande har Micro LED en global patentreserv på mer än 40 000, varav mer än 13 000 är giltiga patent, och summan av gransknings- och giltighetsgraden är nära 80 %, vilket indikerar att de potentiella patentbarriärerna inom detta område är höga. Ur ett mer aktivt område inom Micro LED-teknikinnovation är det mer aktiva området för teknisk innovation i Kina, USA och Sydkorea, och regionen för patentlayout visar att den mer aktiva marknaden är i Kina och USA. Ur ett perspektiv av de stora innovationsenheterna i världen och Kina har de globalt ledande innovationsenheterna i Kina, Sydkorea och USA fler fördelar, främst inom displaypanel- och fotoelektriska företag. Bland världens 15 största företag stod kinesiska företag för mer än hälften, medan BOE och Huaxing Optoelectronics rankades bland världens 5 bästa. Förutom Kinas ledande företag rankas Sydkoreas patentföretag, Samsung och LG, i framkant av världen. När det gäller fördelningen av antalet patent per typ av FoU-institution är nystartade företag högst och når 29 %. Ur patenttypernas perspektiv är antalet patent fördelat kring de fyra nyckelteknologierna epitaxi och chipstruktur, massiv överföring, fullfärgsdisplay och displaydrivrutin.
(3) Utvecklingen av fyra nyckelteknologier
Epitaxi och chiptillverkning: Tillverkningsprocessen för Micro LED, från wafer till chip, måste gå igenom steg som epitaxi - etsningssteg - förberedelse av ledande skikt - elektrodförberedelse. Inom epitaxi- och chipstrukturtekniken, för mindre Micro LED, är den nuvarande industrin främst bekymrad över våglängdsuniformitet, låg epitaxisk defekt och kvanteffektivitetsproblem: (1) Efter att chipet har miniatyriserats finns det höga krav på epitaxisk våglängdskonsistens och låg defektfrekvens, traditionell LED kräver 6-12 nm, Micro LED-chip måste reduceras till 2 nm; (2) Chipstorleken blir mindre och mindre, och utbytet av skärfragment minskar; (3) Effektiviteten hos Micro LED kommer att öka med ökande strömtäthet och minska med ökande strömtäthet efter att toppvärdet nåtts. När storleken på Micro LED minskar, rör sig toppeffektiviteten i riktning mot hög strömtäthet, och toppeffektiviteten fortsätter att minska.
Stor överföring: På grund av skillnaden i tillväxtprocessen för Micro LED-ljusskiktet och drivsubstratet är det svårt att integrera displaymatrisen och drivenheten genom tillväxtprocessen, så det är nödvändigt att överföra de skapade Micro LED-kornen till drivkretskortet, vilket är en stor överföringsprocess. Om vi tar en 4K-TV som exempel är antalet korn som behöver överföras så högt som 24 miljoner (beräknat i 4 000 x 2 000 x RGB tre färger), även om en överföring på 10 000 måste den upprepas 2 400 gånger, så den stora överföringen står inför tre huvudproblem: (1) överföringsnoggrannhet: Noggrannheten för att flytta Micro LED till drivkretskortet måste kontrolleras inom ±0,5 μm, och överföringsenheten måste ha hög justeringsnoggrannhet och droppunktsnoggrannhet. (2) Överföringseffektivitet: traditionell LED 2 stycken/sekund, Micro LED kräver 20 000 stycken/sekund; (3) Överföringsutbyte: Displayprodukters pixelfelstolerans är mycket låg. Om du vill skapa färre än 5 pixlar i fullfärgsskärmen på 1920*1080 måste överföringsutbytet nå 99,9999 %.
Tekniken för storskalig överföring omfattar huvudsakligen molekylär kraft (tätningsöverföring), elektrostatisk överföring, magnetisk överföring, laseröverföring, självmontering (vätskemonteringsteknik) och så vidare. Laseröverföring kan styra storleken på den relativt lilla, snabba responsen, hög överföringseffektivitet och har en hög grad av selektivitet, vilket gör att laseröverföring eller kommer att bli den vanligaste tekniken för storskalig överföring. För närvarande utvecklas den inhemska tekniken och utrustningen för storskalig överföring, och tillverkare av storskalig laserutrustning (002008), ledande intelligens (300450), Haimu-stjärnlaser och annan storskalig överföringsutrustning har framgångsrikt levererats till kunder, men det är fortfarande långt kvar till storskalig massproduktion hos inhemsk laserutrustning.
Fullfärgsdisplay: För att uppnå monokrom belysning med Micro-LED är det relativt enkelt, men för att uppnå fullfärg är det relativt komplext. RGB-trefärger behöver överföras till röda, gröna och blå trefärgade korn. Som den viktigaste tekniska indexen för Micro-LED-teknik har forskningen inom Micro-LED-fullfärgsteknik blivit ett hotspot för forskning och svårigheter i utvecklingen av Micro-LED-teknik. Metoderna för att realisera Micro-LED-färgning inkluderar huvudsakligen RGB-trefärgs-LED-metoden, UV-blå LED+ luminescerande mediummetod och linssyntesmetod, vilka alla har motsvarande brister. I jämförelse är UV-blå LED+ ljusemitterande mediummetoden enklare än andra scheman, främst med blå LED för att ersätta bakgrundsbelysningsplattan, med kvantprickfilm eller fosfor som ljusemitterande medium för att ersätta RGB-filter, för att komplettera fullfärgsdisplayen.
Skärmdrivare: Designschemat för aktiva drivenheter, representerat av CMOS och TFT, har blivit mainstream inom utvecklingen av Micro LED-teknik. Micro LED är en strömdriven ljusemitterande enhet, och dess drivläge delas generellt in i PM (Passiv Matris) passiv drivenhet och AM (Aktiv Matris) aktiv drivenhet. På grund av den passiva drivenheten: (1) den är inte gynnsam för storskalig produktion och kan inte uppfylla kraven för storskärmsdrivenheter; (2) kolumnskanningsdrivenhetens egenskaper, vilket gör det lätt att producera ojämn kolumnpixelbelysning, vilket resulterar i begränsad bild och upplösning; (3) pixelavståndet krymper gradvis, det passiva drivläget på traditionella kretskort kan inte uppfylla drivenhetens behov och har många nackdelar vid tillämpningen av Micro LED. Därför kommer designschemat för aktiva drivenheter, representerat av CMOS och TFT, att bli en bra följeslagare för utvecklingen av Micro LED-teknik. Till exempel, inom CMOS-drivenhetsteknik, för att bryta igenom transfer bonding-tekniken, fokuserar den nuvarande branschen på att utforska bonding-tekniken för Micro LED och CMOS-drivkretsar.
