Micro LED两大应用并进,电视墙显示器率先走入量产

次世代显示技术微发光二极管(Micro LED)为业界点亮曙光以来,跨领域产业链串联正火速进行,同时也在大厂带动下加快应用布局,尤其以电视墙大尺寸室内显示器、AR/VR 显示装置等应用最具潜力。如今Micro LED显示应用有何新进展,而市场上所谓的过渡技术又能否有助缩短Micro LED开发时程,成为当前众所瞩目的焦点。

Micro LED两大应用并进,电视墙显示器率先走入量产

SONY在今年年初推出大尺寸拼接型显示器“CLEDIS”(Crystal LED Integrated Structure),为Micro LED显示应用开创新格局,加上应用场域广,吸引不少业者投入开发,台厂也不落人后。台工研院电光所“智能应用微系统组”研发副组长方彦翔博士指出,电视墙(Video wall)是第一个将Micro LED导入的产品,目前LED驱动IC 厂聚积科技、PCB厂欣兴电子与半导体厂镎创科技,已在台工研院建立试量产线,四方合作开发无蓝宝石基板的Micro LED拼接型电视墙显示应用。

不过,Micro LED每个制程环节都是挑战,因此做起来相当不易。方彦翔表示,Micro LED晶粒的重点在于将晶圆做得很均匀,但技术相当困难,目前高均匀度晶圆由镎创执行开发,现已完成单一颜色试片,预计今年11月底前完成另外两色。Micro LED在无蓝宝石基板下厚度仅约3μm至5μm,无法采用传统逐颗接合方式,因此台工研院负责以巨量转移技术将Micro LED晶粒转移到欣兴的PCB板上,却也因为传统PCB板粗糙度(roughness)较大,得由板厂调整制程解决,难度相当高;聚积则负责开发Micro LED适用电流范围的驱动IC,其他包括材料、检测等各个细节都有技术障碍有待排除。

“等我们把RGB全彩板子做出来,那就会是全世界除了SONY以外,第二个用无蓝宝石基板Micro LED所制成的拼接型显示产品。”方彦翔说明,台工研院与三厂合力开发的电视墙显示器,LED晶粒尺寸比 SONY CLEDIS稍大一些,约落在50μm至100μm之间,间距(pitch)则比CLEDIS小,约在800μm以下;模块大小为10cm x 10cm内,主要锁定130吋以上室内应用,可视需求自由拼接。据了解,目前已有国外客户下单,预计2018年6月导入试量产成功后,便可正式投入量产。


▲ 台工研院所开发的Micro LED panel原型,四周以保护元件固定

看好AR/VR显示应用潜力,Micro LED将成主流显示光源

除了大尺寸电视墙显示器外,台工研院所聚焦的另一Micro LED关键应用就是扩增实境(AR)与虚拟实境(VR)显示应用。Micro LED具备高亮度、高效率低功耗、超高分辨率与色彩饱和度、使用寿命较长等特性,在AR/VR领域会比OLED、LCD等显示技术更能发挥优势,有望取代两者成为未来显示光源主流技术。Facebook旗下Oculus与大陆康得新光电,去年已相继透过收购Micro LED显示技术公司,加速展开AR/VR领域布局。

“AR/VR显示应用将做为未来AI人工智能时代的传播媒介,也会愈做愈薄,Micro LED panel旁更可整合多种传感器,达到多工效果。”方彦翔再次提到Micro LED具有整合传感器的微组装(micro assembly)技术特性,加上高解析、高亮度等优点,OLED与LCD实在很难比拟。再者,市场预测2020年AR/VR市场产值上看1,200亿美元规模,别具发展价值。

他指出,AR/VR显示装置未来将达到8K4K分辨率,以Micro LED单色来说晶粒数量将超过3,000万颗,若以RGB彩色计算则将近1亿颗。不过,方彦翔认为应以单色Micro LED加上量子点(QD)色转换材料,才能相对提高成功机率。主要原因除了RGB三色本身的良率问题,以及转移后可能产生其他问题外,Micro LED均匀度也难以掌控,容易产生漏电而影响色彩呈现,加上电流非线性,驱动条件不一很难控制颜色与亮度,所以较不建议采用RGB三色Micro LED,以单一颜色结合量子材料进行色转换的良率会比较高。

然而,合适的色转换材料也并非唾手可得,因为市场上较成熟的色转换材料含镉,效率也较高,但含镉的材料受到欧盟管制,以后中国大陆与其他国家/地区也可能实施管制,所以需朝无镉材料研发,只是目前效率较差,色彩转换效率好不好还得持续测试开发。目前台工研院Micro LED单色分辨率可达qHD(960 x 540)等级,LED尺寸最小可缩至5μm。


▲ 台工研院以0.55吋panel呈现Micro LED单色显示技术,三年来无明显光衰

方彦翔透露,台工研院现正串联海内外厂商建构产业链开发AR/VR显示应用并展开测试,预计2018年底可达4K2K、画素密度约1,000 ppi,2019年达到8K4K、画素密度约2,500 ppi,全采用单色Micro LED搭配量子材料实现色转换。只是Micro LED若要实现AR/VR显示应用商业化量产,也同样还有许多技术瓶颈待突破,不仅显示技术本身,还包括传输技术、VR晕眩等问题,最快恐怕还需要5年才能走入量产。

Mini LED为过渡技术?实与Micro LED大不同

尽管Micro LED显示技术潜力备受看好,其技术门槛仍是无法早日实现量产的一大关键,于是近半年来,市场上开始出现“次毫米发光二极管”(Mini LED)技术,有望做为Micro LED的过渡技术,导入大尺寸显示器、车用显示器、手机背光等应用。不过Mini LED产品之所以可以较快推出,主要是因为所采用的仍是LED传统制程,在切割上不断朝小尺寸精进,最小约可做到5 x 6 mil,相当于127 x 152 μm 左右,差不多快达极限,以含蓝宝石基板的LED来说,再切小会因劈裂问题而影响良率。

方彦翔认为Mini LED的宗旨与Micro LED完全不同,前者主要做为背光应用,因为含基板所以LED尺寸相对受限,除非尺寸能继续缩小,画素密度才有提高的可能,分辨率也才能更高,但以传统制程来说不易突破极限;后者则是颠覆传统LED制程工艺,也不需蓝宝石基板,LED尺寸相对不受上述限制,要实现高解析仍非Micro LED不可。更重要的是,Micro LED技术能整合多种传感器,应用更加广泛,这不仅是传统LED所无法达成的精神,同为自发光显示的OLED技术也一样难以超越。

 



来源:TechNews科技新报


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