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福建省と台湾の協力の架け橋として、厦門市はその独特の立地優位性を活かし、投資促進や「一企業一政策」の政策サービスを通じてオプトエレクトロニクスディスプレイ産業の強固な基盤を築いてきた。長年の発展を経て、アモイはLED、ガラス基板、パネル、モジュール、LCDモニター、完全な機械などをカバーする比較的完全な産業チェーンレイアウトを形成しました。アモイのオプトエレクトロニクスディスプレイ産業の重要な拠点である湖里区は、地域産業チェーンのレイアウトにおいて優れたパフォーマンスを発揮しているだけでなく、企業の技術進化においても非常に効果的であり、詳細な観察と研究に値する。

オプトエレクトロニクスディスプレイ分野における技術的困難と今後の開発の方向性をより明確に整理するために、本紙記者は厦門大学物理科学技術学部副学部長で厦門フューチャーディスプレイ事務局長の黄凱教授にインタビューした。嘉庆技術研究院イノベーション研究室。 Huang Kai 教授が勤務する厦門未来ディスプレイ技術研究所は、厦門のオプトエレクトロニクス産業における産学研究協力における重要なリンクです。この分野の優れた科学者として、黄凱氏と彼のチームは、アモイのオプトエレクトロニクスディスプレイ産業に技術サポートを提供し、産業チェーンの上流と下流の間のコミュニケーションと調整において重要な役割を果たすことに尽力している。

論文: アモイのオプトエレクトロニクスディスプレイ産業はなぜ発展できるのでしょうか?関連するテクノロジーはもともとどこから来たのですか?

黄凱： 2000 年初頭、厦門市はオプトエレクトロニクス産業の発展に注力し始め、その当時、さまざまな国の省庁や委員会からの支援も含めて、厦門市は発展を支援する一連の政策を導入しました。 LED業界の。当時、LED 分野では日本と台湾の方が優れていましたが、10 年以上の発展を経て、アモイは世界の半導体照明分野で大きな優位性を獲得しました。最盛期には、アモイの LED 照明製品は世界市場の 40% 近くを占めていました。近年、オプトエレクトロニクスとディスプレイがある程度融合し始めており、照明も徐々に変化し、ディスプレイと密接に統合されています。オプトエレクトロニクス LED はディスプレイ業界でますます使用されており、その応用分野が拡大しているだけでなく、バ​​リュー チェーンも常に改善されています。

アモイの光電子ディスプレイ分野の発展には、ある程度の偶然性と必然性があります。地理的には台湾に近く、文化の自然な融合が業界の発展を大きく促進しました。同時に、アモイのスタートは遅すぎませんでした。世界的なオプトエレクトロニクス ディスプレイの産業化は 2000 年頃に始まりました。 2003 年 6 月に「国家半導体照明プロジェクト」が開始され、厦門市は迅速に対応し、産業発展を支援するために多大な資源を投資しました。当時、分区事務所の理事長や副理事長、さらには一般職員までもが会えばLEDの話題で盛り上がっており、まさにLEDの発展について皆が関心を持ち、懸念している雰囲気が醸成されていました。技術ソースに関しては、国内の LCD および OLED 技術は主に日本、韓国、台湾から来ています。中国は多額の費用をかけてこれらの生産ラインを導入し、技術的バックボーン集団を日本に留学させ、1～2年留学させて高度な技術と経験を持ち帰った。

中国本土と台湾の科学研究部隊の支援を受けて、中国は自国のオプトエレクトロニクスディスプレイ産業を徐々に発展させ、拡大させてきた。約20年間の努力を経て、中国は科学者からエンジニア、経営者に至るまで、完全なオプトエレクトロニクス産業の生態系と人材チームを育成した。

論文: テクノロジーの進化とは何ですか?

黄凱：ノートパソコンは 2010 年頃から薄型化と軽量化が始まりました。 2010 年以前は、主に LCD スクリーンが使用されていました。 LCD 自体は発光しないため、表示機能を実現するにはバックライトが必要です。その機能は、バックライトを選択的に透過または遮断することによって画像を実現することです。画面は多くのピクセルで構成されており、各ピクセルは赤、緑、青の 3 つのサブピクセルに分割されます。赤色の光を表示するには、スクリーンが青色と緑色の光を遮断します。したがって、「バルブ」として機能する液晶層に加えて、画面を照らすバックライトも必要です。初期のモニターではバックライトに小型の蛍光灯が使用されていたため、画面の厚さが制限されました。 2010年頃からバックライトが蛍光管からLEDに変わり、画面の厚みが大幅に薄くなりました。バックライトに使用される LED チップはわずか数百ミクロンで非常に薄いため、LED バックライトはすぐに従来の蛍光バックライトに取って代わりました。この変化は LED 業界にとっても大きな後押しとなり、LED バックライトは LED 生産全体の 60% を占めています。

その後、バックライトを必要としないOLED（有機発光ダイオード）ディスプレイが登場しました。ショッピングモールのエントランスや会場のスクリーンなどにはOLED技術が採用されています。たとえば、4K 解像度の画面には水平 4,000 ピクセル、垂直 2,000 ピクセル、合計 800 万ピクセルがあります。各ピクセルは赤、緑、青の 3 色を表示できる必要があるため、2,400 万のサブピクセルが必要となり、各ピクセルの背後には一連の駆動回路があります。 OLED は低分子材料で酸化されやすいため、発光層の蒸着とその後のパッケージングは​​比較的複雑です。

マイクロ LED は、OLED よりも安定した無機材料であるため、必要なパッケージング要件が低くなります。 LED や LCD などの技術は開発過程で相互に補完し合い、現在では徐々に競争力のある技術になりつつあります。ラップトップの画面のほとんどは依然として LCD ですが、ほぼすべてのバックライトには LED が使用されており、2 つのバックライト方式が登場しています。1 つは導光板を通して光ファイバーに導かれるエッジマウント LED を使用する方法、もう 1 つは複数のミニ LED を使用する方法です。 LED チップはバックライト光源として機能します。製品に対するユーザーの期待が高まるにつれ、テクノロジーは進化し続け、新しいソリューションが登場しています。

LED エピタキシャル チップに関しては、アモイが主導的な立場にあります。エピタキシャルチップの基板は単結晶材料であり、エピタキシャル材料は層ごとに成長してさまざまな機能層を形成しますが、これを製造するには各機能層の主成分とドーピングが異なります。結晶中の物質がナノメートルレベルの制御精度で分解、再結合し、徐々に成長します。一般的に言えば、ディスプレイ技術の発展傾向は、ピクセル密度が増加し続け、チップサイズが縮小し続けることです。 LCD または OLED、Mini-LED、および Micro-LED テクノロジーは、ある程度競合する、または並行するテクノロジーです。現在、少なくとも短期から中期的には、あるテクノロジーが他のテクノロジーを完全に置き換えることはできないというコンセンサスがあります。各テクノロジーには適用可能なシナリオと利点があります。たとえば、LCD はコスト面での利点があり、依然として市場の需要が高いです。

論文: 業界はマイクロ LED ソリューションが「世界を征服できる」と信じているようですが、本当に「世界を征服できる」ソリューションは存在するのでしょうか。

黄凱：一般的に言って、何かを準備するのが難しいほど、それを破壊するのはより困難になります。マイクロLEDの製造には1000度の高温が必要ですが、有機化合物は通常100度を超える温度に耐えることが難しいため、より安定させるために無機化合物を使用する必要があります。 マイクロ LED は通常、髪の毛の直径に 5 ～ 6 個のチップを配置することができ、これまでの機械的転写技術では要件を満たすことができず、スタンピングまたはレーザーを使用する必要があります。物質移動技術。

マイクロ LED は、現段階で優れた安定性と総合的な性能指標を備えた優れたパフォーマンスを発揮し、最高の総合指標を備えたディスプレイ技術となっています。 マイクロ LED は高速、高精度、高歩留まりを必要とするため、プロセスと装置に非常に高い要件が課されます。それに比べて、Mini-LED と従来の LED のチップ サイズは一般にミクロン レベル、おそらくミリメートル レベルに達しませんが、距離が十分に離れているため、表示効果は依然として良好です。従来のディスプレイ ソリューションは、他の 2 つのサブピクセルをブロックして、発光する必要のあるサブピクセルが発光できるようにするもので、Micro-LED は自己発光技術を使用しており、各サブピクセルが独立して発光することで、より高いレベルのパフォーマンスを実現します。これは、ディスプレイ用途に大きな可能性をもたらしますが、同時に製造とプロセスの課題も大きくなります。発光させる必要のあるサブピクセルを直接発光させます。

アプリケーションレベルでは、現在、100インチを超える大画面を実現できるのはほとんどMicro-LEDだけです。その理由は、Micro-LED をシームレスに接続できるためです。たとえば、OLED は蒸着プロセスの制限により、大面積で均一な表示を実現できません。さらに、OLED駆動回路には損失の問題もあります。完全に大きな画面の場合、抵抗体の存在により、左右の端に電圧を印加した後に得られる電流が異なります。これは、画面サイズが大きすぎる場合には解決できない問題です。マイクロ LED はシームレスな接続を実現でき、ニーズに応じてあらゆるサイズの大画面を接続できると同時に、ピクセル密度を非常に高くすることができるという大きな利点があります。私たちの研究室の高度な能力により、約 15,000PPI (1 インチあたり 15,000 ピクセル) を達成できます。

さらに、Micro-LED の輝度は他のディスプレイ技術よりも大幅に高く、OLED の最大輝度はわずか約 10,000 ニトに達します。これは主にその材料特性に関係しており、Micro-LED は安定性と耐久性が高い無機材料を使用しています。対照的に、OLEDに使用される有機材料は安定性が悪く、大電流を注入すると分解しやすく、熱の影響が比較的強く、材料が焼損してしまいます。

私たちの研究室が現在製造できるディスプレイ画面のピクセル密度は 60 ミクロンを超えており、画面をどれほど近づけても個々のピクセルは見えません。これはすでに携帯電話の画面の表示効果に匹敵します。 LED ディスプレイはもともと主にエンジニアリング用途に使用されていましたが、現在ではこの限界を技術的に突破し、家庭用電化製品市場に向けて移行できるようになりました。しかし、工業化への道のりはまだ長く、主な課題は現在のコストが依然として非常に高いことです。

論文: LED 照明から LED ディスプレイへ、この変化はどのようにして起こったのでしょうか?

黄凱： LED照明産業の発展により、将来のディスプレイ産業は拡大され、徐々にバリューチェーンのハイエンドにまで拡大されるでしょう。中国がなければLEDは点灯で止まってしまうかも知れません。中国人は何かをお買い得に見せるのが特に上手です。前世紀末から 2000 年初頭まで、ローカライゼーション以前は LED の価格は 6 ドルでしたが、現在では LED の価格は 1 ペニー未満です。

半導体業界は、コストが低下するにつれて業績が着実に向上するという特徴があります。半導体産業の重要な特徴は、製品コストの低下に伴い市場規模が急速に拡大し、徐々に数千世帯に普及していくということです。スケールはコストを削減するだけでなく、新しいアプリケーションを生み出すこともできます。当初は生産コストが高かったため、LED はせいぜい照明用途にしか使用されませんでしたが、現在ではディスプレイ分野でも広く使用されるようになりました。

LED の場合、ディスプレイで使用されるチップの性能要件は、照明で使用されるものよりもはるかに高くなります。たとえば、ディスプレイ画面には色度の均一性が必要です。ここが明るく、あそこが赤くなるということはあり得ません。

現在、世界最大のLEDチップ工場は三安光電子で、次に京源光電子、銭兆光電子が続く。 3 つのうち 2 つがアモイにあることは注目に値します。アモイはこの業界において比較的強い優位性を持っており、より多くのアプリケーションシナリオを模索してきました。さらに、技術的な障壁が形成されている限り、これらの企業は強力な生産能力を持つことができます。ハイテク産業には、他の産業のような明確な地域市場の制限がありません。鍵となるのは、各都市が世界市場でどれだけ大きなシェアを獲得できるかです。

論文: チップ製造技術の観点から見ると、ディスプレイ分野のチップと集積回路のチップの主な違いは何ですか?

黄凱：オプトエレクトロニクス チップは気相エピタキシー プロセスを使用しますが、集積回路チップは液相エピタキシー プロセスを使用します。ディスプレイ分野のチップは、その機能に応じて分類され、光電子デバイスのチップは光電子チップ、電力変換デバイスはパワーチップ、高周波チップと呼ばれます。集積回路チップは非常に高い横方向の精度を必要とし、シリコンウェーハ上に溝を刻む必要があり、溝の幅はナノメートルレベルに達します。 LED チップには独自の特殊な機能があり、非常に高い垂直精度が必要です。 LED チップは、通常、基板材料として、単結晶ではなく 6 インチまたは 4 インチの基板上に形成されます。通常、LED の中央には量子井戸構造があり、層の総数は数百層に達する可能性があり、各層の厚さは 1 以下に正確に制御される必要があります。ナノメートル。極端な場合には、1 分子層でも約 0.2 ナノメートルの精度で制御する必要があります。

技術的な難しさの観点から言えば、LEDチップ技術を先に克服しました。集積回路チップと比較すると、それぞれに異なる技術的困難があります。業界が主要なテクノロジーを征服し、主導的な地位を獲得すると、業界チェーン全体が徐々にバランスをとり、最前線であり続けることが保証されます。ある問題が長期にわたって解決されずに滞留すると、その問題はますます制約を受けやすくなり、設備、基礎原料、プロセスなどのさまざまな側面に影響を及ぼします。

LEDチップのサイズも常に縮小しています。同じエピタキシャルウェーハ上に、Micro-LED チップの数は Mini-LED の 10 倍になりますが、コストはそれほど増加しません。業界チェーンが真に成熟すると、マイクロ LED は実際にコストを削減できます。主なコストは、マイクロ LED が物質転送によってチップをピクセルに転送し、カプセル化してその上に接着剤を塗布し、ガラス プレートとドライバー バックプレーンで覆うことで電源を投入できるようになります。

論文: アモイのオプトエレクトロニクス ディスプレイ業界全体における未来ディスプレイ技術研究所の位置付けは何ですか?

黄凱：研究所の設立を計画する際、アモイ市から私たちに与えられた使命は非常に明確で、それはアモイの関連産業の発展を支援し、既存の産業チェーンの強化を支援することでした。アモイ市は非常に高いビジョンを持っているため、開発プロセス全体を通じて、Sanan Optoelectronics や Tianma Microelectronics などの企業と良好な交流を築いてきました。研究所は比較的独立したプラットフォームの形で嘉庚研究室の統合構造に統合されています。

私たちは主に一連の技術を開発し、技術移転を行い、それらを成熟させて育成し、変革します。当社は中国で初めてマイクロLEDの新しい研究開発機関を設立しました。当社の企業とのコミュニケーションや交流、共同研究開発は比較的成熟しており、当社の協力パートナーはいずれも中国最大手のLEDメーカーです。

当研究機関は量産部門ではありませんが、さまざまな企業が開発した新素材のサンプルを当社に送って検証することができるため、多くの副資材サプライヤーが私たちに協力しています。このようにして、企業は販売するときに、ここで証明したデータを引用することができます。これは私たちのプラットフォームの重要な機能の 1 つでもあり、上流業界と下流業界の間の相互信頼を促進することができます。

アモイはこの分野での連携を強化し続けている。現在、業界は一定の規模に集積しているものの、上流から下流までの連鎖が十分ではなく、関連設備や基礎原料の開発・生産能力も依然として不足しています。製造業に関してはすでに比較的優れており、国内のリーダーとみなされています。私たちは、サービス産業だけでなく、チェーン内でより多くの価値を創造するために、より深いレベルで科学技術成果の変革を促進する役割をさらに果たしたいと考えています。

独立した研究開発であれ、関連チームの紹介や業界チェーンの上流および下流企業の紹介の支援であれ、私たちがしなければならないことはしっかりとしたものです。基本的な原材料がアモイで地元で生産されているかどうかについては、特定の状況を詳細に分析する必要があります。 「田園都市」であるアモイが化学産業の発展に適しているかどうかは、地方政府と協議する必要がある。対応する研究開発は必ず実施しますが、研究開発後に厦門で実施するのが適切かどうかについては、さらなる議論が必要です。

論文: 同研究所はどのような方法でイノベーションを促進していますか?

黄凱：私たちの研究開発チームは、アモイ大学の非常勤講師と同研究所に雇用されたフルタイムのエンジニアで構成されています。このエンジニアのグループは私たちにとって特に重要であり、私たちの現在の成果に多大な貢献をしてくれました。

大学の科学研究の方向性は産業界の方向性と異なることが多く、大学の評価指標に過度に注目すると、技術開発や産業サービスに悪影響を与える可能性があります。たとえば、エンジニアは特定のプロセスを探索することに集中する必要がありますが、大学で論文を書くことはおそらく不可能です。

同研究所は現在、非常に優れたインプット・アウトプット比を持っており、チップのいくつかの主要な指標はすでに国際レベルを上回っている。たとえば、2 ミクロンのマイクロ LED の発光効率は青色光で 41%、緑色光で 34% に達していますが、国際的に報告されている最高レベルは青色光で約 12%、緑色光でわずか 8% です。これは主に、この分野におけるアモイ大学の科学研究の強みと、エンジニアがプロセスの探索、詳細なパラメーターの調整、さまざまな指標の改善に集中できるという制度上の利点によるものです。

利益が主な目標であれば、企業の研究開発は少しずつ進んでいく可能性があります。つまり、今日はあなたが少し進んでいます、私は明日もっと頑張ろうと、相手を追い越せるだけの科学研究リソースを投資します。このアプローチでは、画期的な進歩を達成するのが難しいことがよくあります。また、当社がいくつかのテクノロジーにおいて国際的な同業者よりも大幅に先を行くことができているのは、主に当社のエンジニアリング チームが研究開発に集中できるためです。

私たちは主に金銭的報酬とエンジニアに対する高いレベルの敬意を通じてイノベーションを奨励します。比較的純粋な科学研究部門として、私たちは失敗を恐れず、革新を奨励します。当社の科学研究者は、比較的豊富な経験と強力な基礎科学研究能力を持っており、彼らが提案するアイデアの多くは、産業上の経験を経て、これらのアイデアの実現可能性をフィルタリングして判断することで、より良い研究の方向性を形成することができます。