台厂突破Micro LED技术瓶颈 有助于翻转显示器产业现况

Micro LED被视为是抵御OLED的终极武器,目前国际大厂与台厂纷纷鸭子划水默默研发,更是吸引LCD与LED两大阵营分头进击。不过,现阶段的Micro LED还有许多技术瓶颈待突破,近期有台厂在研发上突破重围,已可将Micro LED的发光面积缩到全球最小,并进一步解决巨量移转(Mass Transfer)问题,将有助于翻转显示器产业的现况。

韩厂在OLED技术上大幅领先,三星显示器(Samsung Display)更是小尺寸OLED面板技术的全权主导者,由于领先差距太大,其它厂商难以追赶,加上苹果(Apple)也担忧,若是今后iPhone手机全都改用OLED面板,将有可能被三星掐住脖子,因此苹果也在默默研发Micro LED技术。

Micro LED具有每一点画素都能寻址控制及单点驱动发光的特性,具有高亮度、低功耗等特点,同时也可进一步结合软性基板,实现如OLED般弯曲可挠的可能性。纵使目前国际大厂站上台面大谈Micro LED的业者不多,但是鸭子划水默默在进行技术布局的并不少。

苹果购并的LuxVue已开发Micro LED多年,另外,台厂象是友达、群创、晶电、镎创、工研院等都在研发;国际大厂方面,例如日亚化、夏普(Sharp)、Sony、京东方、华星光电也没缺席,甚至OLED阵营的拥护者三星显示器与乐金显示器(LG Display)也在进行开发。

Micro LED的技术是将画素与光源进行结合,目前业界普遍遇到巨量移转与Micro LED亮度过高的问题,前者解决方法各显神通,后者的解决方案,则多采用缩小发光面积方式借以降低功率,但缺点是可能产生边缘漏电,造成功耗过大及发光效能变差的问题。

据了解,象是苹果、Sony等均是采用缩小发光面积的方式因应,但目前业界一般能做到的尺寸是50umx50um,苹果实力较为雄厚,已经能够将尺寸缩小至10umx10um。但若是要进入到室内用途的显示器,业界评估,至少需做到5umx5um以下的尺寸,且又不能够漏电,此已成为业界研发Micro LED技术的新挑战。

近期,有台厂解决了这个问题。Mikro Mesa创办人陈立宜表示,目前实验室已可做出3umx3um发光面积的显示器用发光画素,此为全球最小的尺寸且解决了漏电问题,这将使得MicroLED技术除可进一步应用到上看80寸的大尺寸电视产品外,亦可进一步推进至小尺寸的穿戴式装置如智能型手表、手环甚至是智能型手机上。

陈立宜透露,其与苹果相同都是采用垂直发光型LED,而非采用Flip-Chip的LED来做,后者目前能够做到最小的尺寸仅为80umx80um,而前者已可在实验室做出3umx3um发光面积的产品,同时发光电流可来到50奈安,若相同技术使用在5寸手机面板上,耗电量则可降低至0.1瓦。

Mikro Mesa投入Micro LED的研发已超过两年半的时间,目前拥有11项美国专利。陈立宜说,Micro LED与OLED相比,是比较直接不用走弯路的解决方案,其成本较OLED低,效率也更好,同时更是结合LCD与LED两大成熟产业的技术,开发技术所需承担的资金风险较低。

据评估,若是Micro LED要商品化的话,55寸单板的机台投资金额仅需新台币5亿~6亿元即可开发完成;若是要导入在8.5代厂上,TFT-LCD生产线的现有制程约70%无需转换,亦即多数机台可共享,估计新的制程机台开发金额约30亿元,即可量产Micro LED显示器,投资金额远较兴建一座OLED面板新厂动辄上千亿元的资本支出低得多。

值得注意的是,韩国面板厂引领OLED潮流,除了在手机上已蔚为风潮外,目前韩厂正在致力扩大OLED应用,若OLED顺利在其它应用上外扩的话,多数竞争者仅能望韩厂项背,难以追赶,而Micro LED正是有机会能够翻转显示器产业现况的技术,这也是吸引众多业者默默耕耘且积极布局的原因。

台厂群创相当看好Micro LED的未来发展,群创董事长王志超说,苹果自己砸钱做MicroLED,整个Micro LED的基础建设才刚开始,虽然Micro LED还未成熟,但未来很有希望。他认为,台湾如果要组国家队或进行集成,就要选这种前瞻技术来做。

友达董事长彭双浪则说,目前在小尺寸、移动装置如手机、穿戴与虚拟实境(VR)等应用上,OLED有其独特之处,所以OLED面板会有其生存空间,但MicroLED的好处是投资金额比OLED少很多,不过要生产Micro LED的困难度不低,目前还有许多技术瓶颈要突破。

Micro LED揭显示技术新页,多方联盟推动商业化量产

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管(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,藉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,自有机发光二极管(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管(QLED)、Micro LED 技术也相继崛起。

TrendForce集邦科技旗下绿能事业处LEDinside研究协理储于超在近日出席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 吋 4K 电视为例,说明其像素尺寸为 200 µm x 200 µm,LED采用3030封装规格,即3,000µm x 3,000 µm,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50µm x 50µm 小于像素尺寸,可接合在TFT或CMOS基板上,实现每一点画素(pixel)寻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(图片来源:LEDinside)

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 400 ppi 高像素密度,而錼创所开发的 Micro LED 技术,理想上可达 1,500 ppi 以上甚至 2,000 ppi,能够因应虚拟现实(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、微小芯片到巨量转移(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,而每颗芯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

台湾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、分辨率达 VGA(640 x 360)等级,LED尺寸缩至10µm、间距12.8µm,近年来更持续提升分辨率,现单色已达 qHD(960 x 540)。彩色RGB Micro LED方面,目前分辨率达 100 x 100,LED 尺寸10µm、间距19.2µm。

台湾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。

台湾工研院采用物理性转移方式,将所开发的巨量转移模块与量产设备 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传感器,对空间需求也更为提高,而 Micro LED 间距足以整合许多组件,能在穿戴式装置、智能型手机或其他应用中发挥优势,而这也是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信息,也提供快速试制服务、推动开发解决方案等。

Micro LED 应用想象空间广,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。

 




注:本文内容引自LEDinside、科技新报、电子时报,由CINNO整理完成。

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