Micro LED揭显示技术新页,跨领域串联推动商业化量产

LED在传统液晶显示器(LCD)中做为背光应用,由于须通过偏光片、液晶、彩色滤光片等层层转换,以致效率耗损仅剩不到8%,因而促使新兴显示技术崛起。其中,次世代显示技术微发光二极体(Micro LED)潜力备受看好,有望改善显示效率问题并开启无限应用空间,未来也将颠覆既有产业链结构,借由跨领域技术整合加以推动实现。对台厂来说挑战虽大,却也是打破产业成长僵局的契机。

台湾地区具产业优势,发展Micro LED技术创造附加价值

传统LCD采用冷阴极管(CCFL)或LED做为背光源,自有机发光二极体(OLED)技术出现后,显示技术开始转向自发光型态发展,接着量子点发光二极体(QLED)、Micro LED技术也相继崛起。调研机构集邦科技绿能事业处协理储于超,近日出席LEDinside所举办的LEDforum时表示,韩系厂商将绝大部分资源投入开发OLED及QLED技术,中国台湾则拥有成熟完整的产业供应链包括LED、面板、半导体等,若积极发展Micro LED技术,进展有望比其他国家或地区更为快速。

Micro LED显示技术若能实现,将大幅提升光效率、降低整体结构厚度,而制程也会有所简化。储于超以55寸4K电视为例,说明其像素尺寸为200µm x 200µm,LED采用3030封装规格,即3,000µm x 3,000µm,两者面积相差225倍,而在LED点光源转换至面光源的过程当中,会造成效率大量耗损。在Micro LED显示技术下,LED微缩至50 µm x 50 µm小于像素尺寸,可接合在TFT或CMOS基板上,实现每一点画素(pixel)定址控制及单点驱动发光。

储于超认为,Micro LED除了显示应用外,还能创造更多附加价值,发展OLED或TFT-LCD难以进入的利基应用市场。LEDinside依据市面上相关产品尺寸及ppi要求,推算出LED尺寸及像素数量,反映LED尺寸愈大、像素数量愈少的应用,实现商业化量产的速度可能相对较快。

Micro LED 应用商业化量产速度

技术课题为关键,巨量转移讲求高良率与精准度

为了开发更好的显示技术解决方案,台湾半导体公司錼创科技(PlayNitride)成立两年以来,也积极开发Micro LED技术,并以“PixeLED”为名申请专利。该公司执行长李允立说明,Retina显示器具有 400ppi 高像素密度,而錼创所开发的Micro LED技术,理想上可达1,500ppi以上甚至2,000 ppi,能够因应虚拟实境(VR)显示器需求;亮度超过5,000 nits,使画面在阳光下依然清晰可视;能耗仅占传统LCD 10%,也比OLED能耗低了一半。其他包括LED尺寸可微缩到10 µm以下、快速切换on/off,色域范围比NTSC标准高近20%,以及实现可挠曲等特点。

錼创主要研发范畴涵盖磊晶、微小晶片到巨量转移(Mass Transfer)技术,其中又以巨量转移技术最具挑战。李允立强调,巨量转移技术讲求高良率及转移率,尤其对于显示行业来说,转移良率达 99 %仍然不够,必须达到 99.9999 %即“六个 9”的程度才算达标,而每颗晶片的精准度又必须控制在正负 0.5 µm 以内。正因为如此,李允立将巨量转移技术视为“艺术”(art),而并非以“科学”(science)角度看待。

不仅巨量转移技术有待突破,李允立也提出 LED 晶圆均匀度的重要性,期望达到无微粒(particle)、不必分 bin 的程度。此外,修复坏点、开发新基板、设计电路驱动、检测等,都是相当重要的技术课题。

跨领域串联共同作战,Micro Assembly联盟即将成军

台工研院也同样专注发展Micro LED及巨量转移技术,从2009年起经过多年研发,直到2013年出现技术突破,做到主动驱动、解析度达VGA(640 x 360)等级,LED尺寸缩至10 µm、间距12.8 µm,近年来更持续提升解析度,现单色已达 qHD(960 x 540)。彩色RGB Micro LED方面,目前解析度达100 x 100,LED尺寸10 µm、间距19.2 µm。

台工研院电光所微组装系统部经理方彦翔博士指出,Micro LED最大精神在于巨量转移,无论哪种应用都需一次进行上万颗转移,精准度要求相当严格。台工研院采用物理性转移方式,将所开发的巨量转移模组与量产设备 FC bonder 整合,现阶段达到单色 Micro LED 每次转移 54 万颗,彩色 Micro LED 每次转移 1 万颗,而过去三色转移良率不到 90 %,现在均已提升至 99 %以上。

在物联网(IoT)发展趋势下,未来穿戴式装置势必结合更多感测器,对空间需求也更为提高,而 Micro LED 间距足以整合许多元件,能在穿戴式装置、智慧型手机或其他应用中发挥优势,而这也是台工研院正着重发展的“微组装”(Micro Assembly)技术,并计划于2016年10月中旬成立Micro Assembly 联盟“CIMS”(Consortium for Intelligent Micro Assembly System)。

方彦翔表示,Micro LED和微组装技术相当复杂,无法靠单一产业实现,因此必须跨领域串联半导体、面板、LED、系统整合等厂商,共同建立跨领域产业交流平台,将台湾地区打造成全球Micro Assembly 产业链供货重镇。CIMS将结合产官学研资源,不仅提供技术发展趋势及应用市场最新资讯,也提供快速试制服务、推动开发解决方案等。

Micro LED应用想像空间广,结合各产业领域技术可望推动发展,加速实现各种可能应用。至于未来 Micro LED能否成为主流显示技术,将取决于技术成熟速度,以及成本是否具竞争力。这场显示技术竞逐赛,就此展开。

 



来源:Technews科技新报

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