Micro LED 揭顯示技術新頁 跨領域串聯推動量產

LED 在傳統液晶顯示器(LCD)中做為背光應用,由於須通過偏光片、液晶、彩色濾光片等層層轉換,以致效率耗損僅剩不到 8 %,因而促使新興顯示技術崛起。其中,次世代顯示技術微發光二極體(Micro LED)潛力備受看好,有望改善顯示效率問題並開啟無限應用空間,未來也將顛覆既有產業鏈結構,藉由跨領域技術整合加以推動實現。對台廠來說挑戰雖大,卻也是打破產業成長僵局的契機。
 

台灣具產業優勢,發展 Micro LED 技術創造附加價值

傳統 LCD 採用冷陰極管(CCFL)或 LED 做為背光源,自有機發光二極體(OLED)技術出現後,顯示技術開始轉向自發光型態發展,接著量子點發光二極體(QLED)、Micro LED 技術也相繼崛起。調研機構集邦科技綠能事業處協理儲于超,近日出席 LEDinside 所舉辦的 LEDforum 時表示,韓系廠商將絕大部分資源投入開發 OLED 及 QLED 技術,台灣則擁有成熟完整的產業供應鏈包括 LED、面板、半導體等,若積極發展 Micro LED 技術,進展有望比其他國家更為快速。

Micro LED 顯示技術若能實現,將大幅提升光效率、降低整體結構厚度,而製程也會有所簡化。儲于超以 55 吋 4K 電視為例,說明其像素尺寸為 200 µm x 200 µm,LED 採用 3030 封裝規格,即 3,000 µm x 3,000 µm,兩者面積相差 225 倍,而在 LED 點光源轉換至面光源的過程當中,會造成效率大量耗損。在 Micro LED 顯示技術下,LED 微縮至 50 µm x 50 µm 小於像素尺寸,可接合在 TFT 或 CMOS 基板上,實現每一點畫素(pixel)定址控制及單點驅動發光。

儲于超認為,Micro LED 除了顯示應用外,還能創造更多附加價值,發展 OLED 或 TFT-LCD 難以進入的利基應用市場。LEDinside 依據市面上相關產品尺寸及 ppi 要求,推算出 LED 尺寸及像素數量,反映 LED 尺寸愈大、像素數量愈少的應用,實現商業化量產的速度可能相對較快。

Micro LED 應用商業化量產速度 (圖片來源:LEDinside)

技術課題為關鍵,巨量轉移講求高良率與精準度

為了開發更好的顯示技術解決方案,台灣半導體公司錼創科技(PlayNitride)成立兩年以來,也積極開發 Micro LED 技術,並以「PixeLED」為名申請專利。該公司執行長李允立說明,Retina 顯示器具有 400 ppi 高像素密度,而錼創所開發的 Micro LED 技術,理想上可達 1,500 ppi 以上甚至 2,000 ppi,能夠因應虛擬實境(VR)顯示器需求;亮度超過 5,000 nits,使畫面在陽光下依然清晰可視;能耗僅占傳統 LCD 10 %,也比 OLED 能耗低了一半。其他包括 LED 尺寸可微縮到 10 µm 以下、快速切換 on/off,色域範圍比 NTSC 標準高近 20 %,以及實現可撓曲等特點。

錼創主要研發範疇涵蓋磊晶、微小晶片到巨量轉移(Mass Transfer)技術,其中又以巨量轉移技術最具挑戰。李允立強調,巨量轉移技術講求高良率及轉移率,尤其對於顯示行業來說,轉移良率達 99 %仍然不夠,必須達到 99.9999 %即「六個 9」的程度才算達標,而每顆晶片的精準度又必須控制在正負 0.5 µm 以內。正因為如此,李允立將巨量轉移技術視為「藝術」(art),而並非以「科學」(science)角度看待。

不僅巨量轉移技術有待突破,李允立也提出 LED 晶圓均勻度的重要性,期望達到無微粒(particle)、不必分 bin 的程度。此外,修復壞點、開發新基板、設計電路驅動、檢測等,都是相當重要的技術課題。

跨領域串聯共同作戰,Micro Assembly 聯盟即將成軍

工研院也同樣專注發展 Micro LED 及巨量轉移技術,從 2009 年起經過多年研發,直到 2013 年出現技術突破,做到主動驅動、解析度達 VGA(640 x 360)等級,LED 尺寸縮至 10 µm、間距 12.8 µm,近年來更持續提升解析度,現單色已達 qHD(960 x 540)。彩色 RGB Micro LED 方面,目前解析度達 100 x 100,LED 尺寸 10 µm、間距 19.2 µm。

工研院電光所微組裝系統部經理方彥翔博士指出,Micro LED 最大精神在於巨量轉移,無論哪種應用都需一次進行上萬顆轉移,精準度要求相當嚴格。工研院採用物理性轉移方式,將所開發的巨量轉移模組與量產設備 FC bonder 整合,現階段達到單色 Micro LED 每次轉移 54 萬顆,彩色 Micro LED 每次轉移 1 萬顆,而過去三色轉移良率不到 90 %,現在均已提升至 99 %以上。

在物聯網(IoT)發展趨勢下,未來穿戴式裝置勢必結合更多感測器,對空間需求也更為提高,而 Micro LED 間距足以整合許多元件,能在穿戴式裝置、智慧型手機或其他應用中發揮優勢,而這也是工研院正著重發展的「微組裝」(Micro Assembly)技術,並計劃於 2016 年 10 月中旬成立 Micro Assembly 聯盟「CIMS」(Consortium for Intelligent Micro Assembly System)。

方彥翔表示,Micro LED 和微組裝技術相當複雜,無法靠單一產業實現,因此必須跨領域串聯半導體、面板、LED、系統整合等廠商,共同建立跨領域產業交流平台,將台灣打造成全球 Micro Assembly 產業鏈供貨重鎮。CIMS 將結合產官學研資源,不僅提供技術發展趨勢及應用市場最新資訊,也提供快速試製服務、推動開發解決方案等。

Micro LED 應用想像空間廣,結合各產業領域技術可望推動發展,加速實現各種可能應用。至於未來 Micro LED 能否成為主流顯示技術,將取決於技術成熟速度,以及成本是否具競爭力。這場顯示技術競逐賽,就此展開。

 

(合作媒體:科技新報)

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