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Come ponte per la cooperazione tra Fujian e Taiwan, Xiamen ha gettato solide basi per l'industria dei display optoelettronici facendo affidamento sui vantaggi della sua posizione unica e attraverso la promozione degli investimenti e i servizi politici "un'impresa, una politica". Dopo anni di sviluppo, Xiamen ha formato un layout di catena industriale relativamente completo che copre LED, substrati di vetro, pannelli, moduli, monitor LCD, macchine complete, ecc. Essendo un'importante area portante per l'industria dei display optoelettronici di Xiamen, il distretto di Huli non solo si comporta in modo eccezionale nel layout della catena industriale regionale, ma è anche abbastanza efficace nell'evoluzione tecnologica aziendale, che merita un'osservazione e una ricerca approfondite.

Per chiarire più chiaramente le difficoltà tecniche e le direzioni di sviluppo futuro nel campo dei display optoelettronici, il giornalista di The Paper ha intervistato il professor Huang Kai, vice preside della Scuola di Scienze e Tecnologie Fisiche dell'Università di Xiamen e direttore esecutivo dello Xiamen Future Display Istituto di ricerca tecnologica del laboratorio di innovazione Jiageng. Lo Xiamen Future Display Technology Research Institute, dove lavora il professor Huang Kai, è un anello importante nella cooperazione tra industria, università e ricerca nel settore optoelettronico di Xiamen. In qualità di scienziato eccezionale in questo campo, Huang Kai e il suo team sono impegnati a fornire supporto tecnico per l'industria dei display optoelettronici di Xiamen e a svolgere un ruolo importante nella comunicazione e nel coordinamento tra la parte a monte e quella a valle della catena industriale.

Il documento: Perché l’industria dei display optoelettronici di Xiamen può svilupparsi? Da dove proviene originariamente la tecnologia in questione?

Huang Kai: All'inizio del 2000, Xiamen iniziò a concentrarsi sullo sviluppo dell'industria optoelettronica. A quel tempo furono investite molte energie e risorse, compreso il sostegno di vari ministeri e commissioni nazionali. La città di Xiamen introdusse anche una serie di politiche a sostegno dello sviluppo dell'industria dei LED. A quel tempo, Giappone e Taiwan stavano andando meglio nel settore dei LED, ma dopo più di dieci anni di sviluppo, Xiamen ha ottenuto un vantaggio significativo nel campo globale dell’illuminazione a semiconduttori. Al suo apice, i prodotti di illuminazione a LED di Xiamen rappresentavano quasi il 40% del mercato globale. Negli ultimi anni, l’optoelettronica e i display hanno cominciato in una certa misura a fondersi tra loro, e l’illuminazione si è gradualmente trasformata e si è strettamente integrata con i display. I LED optoelettronici sono sempre più utilizzati nell'industria dei display. Non solo il campo di applicazione è in aumento, ma anche la catena del valore è in costante miglioramento.

Lo sviluppo di Xiamen nel campo dei display optoelettronici presenta un certo grado di contingenza e inevitabilità. La sua posizione geografica è vicina a Taiwan e la naturale miscela di culture ha notevolmente stimolato lo sviluppo del settore. Allo stesso tempo, l’avvio di Xiamen non è stato troppo tardivo. L’industrializzazione globale dei display optoelettronici è iniziata intorno al 2000. Nel giugno 2003 è stato lanciato il "Progetto nazionale di illuminazione per semiconduttori" e Xiamen ha risposto rapidamente e ha investito molte risorse per sostenere lo sviluppo industriale. A quel tempo, anche i direttori, i vicedirettori e persino lo staff generale dell'ufficio subdistrettuale parlavano di LED quando si incontravano, creando così un'atmosfera in cui tutti erano preoccupati e preoccupati per lo sviluppo del LED. In termini di fonti tecnologiche, le tecnologie LCD e OLED domestiche provengono principalmente da Giappone, Corea del Sud e Taiwan. La Cina ha pagato un sacco di soldi per introdurre queste linee di produzione e ha inviato un gruppo di backbone tecnici in Giappone per studiare. Dopo aver studiato all'estero per uno o due anni, hanno riportato tecnologia avanzata ed esperienza.

Con il supporto delle forze di ricerca scientifica nella Cina continentale e a Taiwan, la Cina ha gradualmente sviluppato ed ampliato il proprio settore dei display optoelettronici. Dopo circa 20 anni di duro lavoro, la Cina ha coltivato un team completo di talenti e ecologia del settore optoelettronico, composto da scienziati, ingegneri e manager aziendali.

The Paper: Qual è l'evoluzione della tecnologia?

Huang Kai: I laptop hanno iniziato a diventare più sottili e leggeri intorno al 2010. Prima del 2010 venivano utilizzati principalmente schermi LCD. Lo stesso LCD non emette luce e richiede una retroilluminazione per realizzare la funzione di visualizzazione. La sua funzione è quella di ottenere immagini trasmettendo o bloccando selettivamente la retroilluminazione. Lo schermo è composto da molti pixel e ogni pixel è diviso in tre sottopixel: rosso, verde e blu. Per visualizzare la luce rossa, lo schermo blocca la luce blu e verde. Pertanto, oltre allo strato di cristalli liquidi che funge da "valvola", è necessaria anche una retroilluminazione per illuminare lo schermo. I primi monitor utilizzavano piccole lampade fluorescenti per la retroilluminazione, che limitavano lo spessore dello schermo. Intorno al 2010, i tubi fluorescenti sono stati sostituiti da retroilluminazione a LED, che hanno ridotto notevolmente lo spessore dello schermo. I chip LED utilizzati per la retroilluminazione misurano solo poche centinaia di micron e sono molto sottili, quindi la retroilluminazione a LED ha rapidamente sostituito la tradizionale retroilluminazione fluorescente. Questo cambiamento rappresenta anche un enorme impulso per l’industria dei LED, con la retroilluminazione a LED che rappresenta il 60% dell’intera produzione di LED.

Poi sono arrivati ​​i display OLED (diodo organico a emissione di luce), che non richiedevano retroilluminazione. Gli ingressi dei centri commerciali, gli schermi dei locali, ecc. utilizzano tutti la tecnologia OLED. Ad esempio, uno schermo con risoluzione 4K ha 4.000 pixel in orizzontale e 2.000 pixel in verticale, per un totale di 8 milioni di pixel. Ogni pixel deve essere in grado di visualizzare tre colori: rosso, verde e blu, quindi sono necessari 24 milioni di sub-pixel e dietro ogni pixel è presente una serie di circuiti di pilotaggio. Poiché l'OLED è un materiale con piccole molecole e si ossida facilmente, l'evaporazione dello strato luminescente e il successivo confezionamento sono relativamente complessi.

Il micro-LED è un materiale inorganico più stabile dell'OLED e pertanto richiede requisiti di imballaggio inferiori. Tecnologie come LED e LCD si sono completate a vicenda nel processo di sviluppo e stanno lentamente diventando tecnologie competitive. Sebbene la maggior parte degli schermi dei laptop siano ancora LCD, quasi tutte le retroilluminazione utilizzano LED e sono emersi due metodi di retroilluminazione: uno consiste nell'utilizzare LED montati sui bordi guidati nelle fibre ottiche attraverso piastre guida luce, e l'altro consiste nell'utilizzare più Mini- I chip LED fungono da fonti di retroilluminazione. Mentre le aspettative degli utenti riguardo ai prodotti continuano ad aumentare, la tecnologia continua ad avanzare ed emergono nuove soluzioni.

In termini di chip epitassiali LED, Xiamen è in una posizione di leadership. Il substrato del chip epitassiale è un materiale monocristallino. Il materiale epitassiale cresce strato dopo strato per formare diversi strati funzionali. I componenti principali e il drogaggio di ciascuno strato funzionale sono diversi rendono il materiale nel cristallo. La superficie si decompone, si ricombina e cresce gradualmente con precisione di controllo a livello nanometrico. In generale, la tendenza allo sviluppo della tecnologia dei display prevede che la densità dei pixel continui ad aumentare e le dimensioni dei chip continuino a ridursi. Le tecnologie LCD o OLED e Mini-LED e Micro-LED sono tecnologie competitive o parallele in una certa misura. Attualmente vi è consenso sul fatto che, almeno nel breve e medio termine, nessuna tecnologia sostituirà completamente le altre tecnologie. Ogni tecnologia ha i suoi scenari e vantaggi applicabili. Ad esempio, il vantaggio in termini di costi dell’LCD ha ancora una buona domanda di mercato.

Il documento: L'industria sembra credere che la soluzione Micro-LED possa “conquistare il mondo”. Esiste davvero una soluzione per “conquistare il mondo”?

Huang Kai: In generale, più una cosa è difficile da preparare, più difficile sarà distruggerla. La preparazione del Micro-LED richiede una temperatura elevata di mille gradi e i composti organici sono solitamente difficili da sopportare temperature superiori a cento gradi, quindi è necessario che i composti inorganici siano più stabili. Micro-LED utilizza solitamente chip inferiori a 50 micron, 5-6 chip possono essere posizionati nella direzione del diametro di un capello. La preparazione è molto difficile. La precedente tecnologia di trasferimento meccanico non è più in grado di soddisfare i requisiti e richiede l'uso di stampaggio o laser Tecnologia del trasferimento di massa.

Micro-LED ha ottenuto buoni risultati nella fase attuale. Con la sua eccellente stabilità e indicatori di prestazione completi, è diventata una tecnologia di visualizzazione con i migliori indicatori completi. Il micro-LED richiede alta velocità, alta precisione e rendimento elevato, il che impone requisiti estremamente elevati a processi e apparecchiature. In confronto, la dimensione del chip del Mini-LED e del LED convenzionale generalmente non raggiunge il livello del micron, forse il livello del millimetro, ma poiché è abbastanza lontano da noi, l'effetto di visualizzazione è comunque buono. La soluzione di visualizzazione tradizionale consiste nel bloccare gli altri due sub-pixel per consentire al sub-pixel che deve emettere luce. Il micro-LED utilizza la tecnologia auto-luminosa e ciascun sub-pixel può emettere luce in modo indipendente, ottenendo così contrasto e colore più elevati prestazioni. Ciò gli conferisce un grande potenziale nelle applicazioni di visualizzazione, ma comporta anche maggiori sfide di produzione e di processo. Lascia che i sub-pixel che devono emettere luce emettano luce direttamente.

A livello applicativo, attualmente, quasi solo i Micro-LED riescono a realizzare schermi di grandi dimensioni superiori ai 100 pollici. Il motivo è che i Micro-LED possono essere giuntati senza soluzione di continuità. Ad esempio, gli OLED non possono ottenere una visualizzazione ampia e uniforme a causa delle limitazioni del processo di evaporazione. Inoltre, anche il circuito di pilotaggio dell'OLED presenta problemi di perdite. Per uno schermo completamente grande, a causa della presenza di materiali resistivi, la corrente ottenuta dopo aver applicato la tensione alle estremità sinistra e destra sarà diversa. Questo è un problema insormontabile quando la dimensione dello schermo è troppo grande. I micro-LED possono realizzare giunzioni senza interruzioni e unire schermi di grandi dimensioni di qualsiasi dimensione in base alle esigenze. Allo stesso tempo, la densità dei pixel può essere molto elevata, il che rappresenta un grande vantaggio. Le capacità estreme del nostro laboratorio possono raggiungere circa 15.000 PPI (15.000 pixel per pollice).

Inoltre, anche la luminosità del Micro-LED è significativamente superiore a quella di altre tecnologie di visualizzazione e può raggiungere diversi milioni di nit, mentre la luminosità massima dell'OLED è solo di circa 10.000 nit. Ciò è principalmente legato alle proprietà del materiale. Il Micro-LED utilizza materiali inorganici, che hanno maggiore stabilità e durata. Al contrario, i materiali organici utilizzati negli OLED hanno scarsa stabilità Quando viene iniettata una corrente elevata, i materiali organici sono facili da decomporre e l'effetto termico è relativamente forte, causando la combustione dei materiali.

Gli schermi che attualmente possiamo produrre nel nostro laboratorio hanno una densità di pixel di oltre 60 micron. Non importa quanto sia vicino lo schermo, non si vedono i singoli pixel. Questo è già paragonabile all'effetto di visualizzazione dello schermo di un cellulare. Originariamente i display a LED venivano utilizzati principalmente per applicazioni ingegneristiche, ma ora hanno tecnicamente superato questa limitazione e possono spostarsi verso il mercato dell'elettronica di consumo. Tuttavia, c’è ancora molta strada da fare in termini di industrializzazione e la sfida principale è che i costi attuali sono ancora molto elevati.

The Paper: Dall'illuminazione a LED al display a LED, come è avvenuto questo cambiamento?

Huang Kai: È proprio grazie allo sviluppo del settore dell’illuminazione a LED che il futuro settore dei display verrà ampliato e si estenderà gradualmente fino alla fascia alta della catena del valore. Senza la Cina, il LED potrebbe limitarsi all’illuminazione. I cinesi sono particolarmente bravi a far sembrare qualcosa un affare. Dalla fine del secolo scorso all'inizio del 2000, prima della localizzazione, il prezzo di un LED era di 6 dollari. Ora il prezzo di un LED è inferiore a un centesimo.

L’industria dei semiconduttori è caratterizzata da un costante miglioramento delle prestazioni man mano che i costi diminuiscono. Una caratteristica importante dell’industria dei semiconduttori è che man mano che i costi dei prodotti diminuiscono, la scala del mercato si espanderà rapidamente e raggiungerà gradualmente migliaia di famiglie. Una volta ampliato, non solo sarà possibile ridurre i costi, ma anche generare nuove applicazioni. Gli alti costi di produzione originali facevano sì che i LED venissero utilizzati al massimo solo per l'illuminazione, ma ora i LED possono essere ampiamente utilizzati nel campo dei display.

Per i LED, i requisiti prestazionali dei chip utilizzati nei display sono molto più elevati di quelli utilizzati nell’illuminazione. Ad esempio, lo schermo del display richiede uniformità cromatica. Non può essere più luminoso qui e più rosso là.

Attualmente, la più grande fabbrica di chip LED al mondo è Sanan Optoelectronics, seguita da Jingyuan Optoelectronics e Qianzhao Optoelectronics. Vale la pena notare che due dei tre sono a Xiamen. Xiamen ha vantaggi relativamente forti in questo settore e ha esplorato più scenari applicativi. Inoltre, finché si formano barriere tecniche, queste aziende possono avere forti capacità di produzione. Le industrie ad alta tecnologia non hanno evidenti restrizioni sul mercato regionale come le altre industrie. La chiave sta nella quota che ciascuna città può ottenere nel mercato globale.

L'articolo: Dal punto di vista della tecnologia di preparazione dei chip, quali sono le principali differenze tra i chip nel campo dei display e i chip nei circuiti integrati?

Huang Kai: I chip optoelettronici utilizzano il processo di epitassia in fase vapore, mentre i chip di circuiti integrati utilizzano il processo di epitassia in fase liquida. I chip nel campo dei display sono classificati in base alle loro funzioni. I chip dei dispositivi optoelettronici sono chiamati chip optoelettronici, i dispositivi di conversione di potenza sono chiamati chip di potenza e chip a radiofrequenza. I chip dei circuiti integrati richiedono una precisione laterale molto elevata e le scanalature devono essere intagliate su un wafer di silicio, con la larghezza delle scanalature che raggiunge livelli nanometrici. I chip LED hanno le loro caratteristiche speciali e richiedono una precisione verticale molto elevata. I chip LED vengono scolpiti su un substrato mediante fotolitografia. Come materiale del substrato viene solitamente utilizzato l'arseniuro di gallio o lo zaffiro. Il materiale viene coltivato ad alta temperatura. Il substrato è di sei pollici o quattro pollici, anziché attraverso il metodo di disegno. Durante il processo di crescita del materiale, sono necessarie regolazioni costanti. Di solito al centro del LED è presente una struttura a pozzo quantico. Il numero totale di strati può raggiungere centinaia di strati e lo spessore di ciascuno strato deve essere controllato con precisione meno di un nanometro. In casi estremi, anche uno strato molecolare deve essere controllato con una precisione di circa 0,2 nanometri.

Dal punto di vista della difficoltà tecnica, abbiamo conquistato prima la tecnologia dei chip LED. Rispetto ai chip dei circuiti integrati, ciascuno presenta difficoltà tecniche diverse. Una volta che un settore conquista le tecnologie chiave e assume una posizione di leadership, l’intera catena industriale si bilancerà gradualmente per garantire che rimanga in prima linea. Se un determinato problema è bloccato e rimane irrisolto per un lungo periodo, diventerà sempre più soggetto a vincoli e influenzerà vari aspetti come le attrezzature, le materie prime di base e i processi.

Anche le dimensioni dei chip LED diminuiscono costantemente. Sullo stesso wafer epitassiale, il numero di chip Micro-LED è dieci volte superiore a quello dei Mini-LED, ma il costo non aumenterà di molto. Quando la catena industriale matura veramente, Micro-LED può effettivamente ridurre i costi. Il costo principale deriva dal processo di trasferimento. Il Micro-LED trasferisce il chip al pixel tramite trasferimento di massa, quindi lo incapsula, vi applica la colla, lo copre con una lastra di vetro e un backplane del driver, quindi può essere acceso.

Il documento: Qual è il posizionamento del Future Display Technology Research Institute nell'intero settore dei display optoelettronici di Xiamen?

Huang Kai: Quando si pianificava la creazione dell'istituto, la missione affidataci dalla città di Xiamen era molto chiara, ovvero sostenere lo sviluppo delle industrie correlate di Xiamen e contribuire a rafforzare la catena industriale esistente. La città di Xiamen ha una visione molto elevata, quindi durante tutto il processo di sviluppo abbiamo stretto buone interazioni con aziende come Sanan Optoelectronics e Tianma Microelectronics. L'istituto è integrato nella costruzione integrata del Laboratorio Jiageng sotto forma di una piattaforma relativamente indipendente.

Sviluppiamo principalmente una serie di tecnologie, conduciamo trasferimenti tecnologici, le incubiamo e le trasformiamo una volta mature. Siamo i primi in Cina a sviluppare un nuovo istituto di ricerca e sviluppo per Micro-LED. La nostra comunicazione e interazione con le imprese e la ricerca e sviluppo congiunti sono relativamente mature e i nostri partner di cooperazione sono tutti i maggiori produttori di LED in Cina.

L'istituto di ricerca non è un'unità di produzione di massa, ma molti fornitori di materiali ausiliari stanno collaborando con noi perché disponiamo di una linea sperimentale. Nuovi materiali sviluppati da varie aziende possono inviarci alcuni campioni per la verifica. In questo modo, quando le aziende vendono, possono citare i dati da noi provati qui. Questa è anche una delle funzioni importanti della nostra piattaforma, che può favorire la fiducia reciproca tra le industrie a monte e a valle.

Xiamen continua a rafforzare i suoi legami in questo campo. Sebbene l’industria abbia ormai raggiunto una certa scala, la catena tra monte e valle non è sufficientemente completa e mancano ancora le capacità di sviluppo e produzione delle relative attrezzature e delle materie prime di base. In termini di produzione, è già relativamente eccezionale ed è considerata leader nel paese. Ci auguriamo di svolgere ulteriormente un ruolo nel promuovere la trasformazione delle conquiste scientifiche e tecnologiche a un livello più profondo, non solo nel settore dei servizi, ma anche nella creazione di più valore nella catena.

Che si tratti di ricerca e sviluppo indipendenti, o di assistenza nell'introduzione di team competenti o nell'introduzione di alcune aziende a monte e a valle nella catena industriale, ciò che dobbiamo fare sono cose solide. Per quanto riguarda la produzione locale delle materie prime a Xiamen, ciò richiede un'analisi dettagliata di circostanze specifiche. Essendo una "città giardino", Xiamen è adatta allo sviluppo dell'industria chimica deve essere discussa con il governo locale. Effettueremo sicuramente attività di ricerca e sviluppo corrispondenti, ma è necessario discutere ulteriormente se sia adatto o meno per essere implementato a Xiamen dopo la ricerca e lo sviluppo.

Il documento: In che modo l’istituto incoraggia l’innovazione?

Huang Kai: Il nostro team di ricerca e sviluppo è composto da insegnanti part-time dell'Università di Xiamen e ingegneri a tempo pieno assunti dall'istituto. Questo gruppo di ingegneri è particolarmente importante per noi. Hanno dato un grande contributo ai nostri risultati attuali.

L'orientamento della ricerca scientifica delle università è spesso diverso da quello dell'industria. Un'eccessiva attenzione agli indicatori di valutazione delle università può essere dannosa per lo sviluppo tecnologico e i servizi industriali. Ad esempio, gli ingegneri devono concentrarsi sull’esplorazione di un determinato processo, cosa che probabilmente non è qualcosa su cui possono scrivere una tesi al college.

L'istituto ha attualmente un ottimo rapporto input-output e alcuni indicatori chiave del chip sono già in vantaggio rispetto al livello internazionale. Ad esempio, l’efficienza luminosa del Micro-LED da due micron ha raggiunto il 41% per la luce blu e il 34% per la luce verde. Tuttavia, il livello migliore riportato a livello internazionale è di circa il 12% per la luce blu e solo dell’8% per la luce verde. Ciò è dovuto principalmente alla forza della ricerca scientifica dell’Università di Xiamen in quest’area e ai nostri vantaggi istituzionali, che consentono agli ingegneri di concentrarsi sull’esplorazione del processo, concentrandosi sulla regolazione di parametri dettagliati e sul miglioramento di vari indicatori.

Se l'obiettivo principale è il profitto, i progressi in ricerca e sviluppo dell'azienda possono essere compiuti a piccoli passi, ovvero oggi sei leggermente avanti e domani lavorerò di più e investirò più risorse nella ricerca scientifica rispetto all'avversario. Questo approccio è spesso difficile da ottenere progressi rivoluzionari. E siamo in grado di essere significativamente più avanti rispetto ai nostri colleghi internazionali in alcune tecnologie, soprattutto perché il nostro team di ingegneri può concentrarsi su ricerca e sviluppo.

Incentiviamo l'innovazione principalmente attraverso ricompense finanziarie e un elevato livello di rispetto per i nostri ingegneri. Essendo un’unità di ricerca scientifica relativamente pura, non abbiamo paura del fallimento e incoraggiamo l’innovazione. I nostri ricercatori scientifici hanno un'esperienza relativamente ricca e forti capacità di ricerca scientifica di base. Molte delle idee che avanzano sono passate attraverso l'esperienza industriale. Filtrando e valutando la fattibilità di queste idee, possiamo formare direzioni di ricerca migliori.