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技術進展 推進Micro LED商品化時程

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Samsung推出模組化拼接的Micro LED TV。來源:Samsung

顯示技術日新月異,Micro LED在近年熱度不減,且突破之前「只聞樓梯響,不見人下來」的局面,使用Micro LED的產品已然現身,前景備受期待。根據LEDinside報告,預估至2025年Micro LED市場產值將會達到28.91億美元。

究竟Micro LED有何能耐?為何此新興技術被視為顯示領域的明日之星?從特特性來看,Micro LED為自發光顯示技術,每一點畫素(pixel)都能定址控制與單點驅動發光,在壽命、對比度、能耗、反應時間與可視角等方面皆優於LCD和OLED。

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工研院結盟業者投入Micro LED顯示技術研發。來源:ITRI

應用範圍廣  大尺寸顯示幕先現身 

Micro LED的性能優良,被認為應用範圍極廣,包括穿戴式裝置、智慧手錶、手機、車用顯示器、擴增實境 / 虛擬實境、顯示螢幕及電視等領域,不過由於技術困難及加工成本較高,因此更適合應用在高階的電視、顯示螢幕及車用顯示器上。

簡而言之,Micro LED的應用將先以大尺寸顯示器為主流。LEDinside預估至2025年,應用在大尺寸顯示器的Micro LED產值將會達到19.8億美元,佔全體應用的68%。

就現階段來看,雖說Micro LED較適合用於大尺寸顯示幕,但是眾所周知,Apple於數年前就已投入Micro LED布局,希望能將Micro LED應用於穿戴裝置市場,一般預料蘋果將在新一代Apple Watch及穿戴裝置使用Micro LED技術,屆時勢必將掀起一股應用風潮。

不過,Micro LED欲迎來美好前景,必須先克服眼前挑戰。目前Micro LED所面臨的技術瓶頸包括磊晶與晶片、巨量轉移、全彩化、電源驅動、背板及檢測與修復技術。其中又以巨量轉移(Mass Transfer)的突破最為關鍵,因為巨量轉移製程的成熟能降低居高不下的Micro LED製造成本,加速推進相關產品商用化進程並普及應用。

顧名思義,巨量轉移(Mass Transfer)是能夠同時大量轉移不同元件的微組裝製程,為電子產品走向高整合、多功能、微小化的重要技術,對Micro LED的發展而言,能夠將大量Micro LED晶片快速移轉至基板上,製造成本才有機會降低。

以SONY與南韓三星先後推出的100吋以上顯示器產品為例,由於巨量轉移技術無法進一步突破,因此主要採用拼接方式。SONY於2017年初正式發表拼接型 CLEDIS 顯示螢幕,此一970cmx270cm CLEDIS的巨型顯示螢幕,共由144塊40.3cmx45.3cm的Micro LED模組無縫拼接組成。接下來,南韓三星則是在今年(2018年)1月推出模組化拼接的146吋Micro LED TV「The Wall」。

其實,索尼早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技術,採用622萬顆LED顆粒導入55吋電視,但造價相當昂貴,加上巨量轉移相關技術尚未成熟,以致生產良率低且耗時費工,無法實現量產,因此才轉而推出拼接型產品。「拼接型」亦即運用模組化無縫拼接方式,優點為尺寸不受限制,因是自由組所以可大可小,換修不良品也較容易,然而成本降低空間相對不大。

量產關鍵  巨量轉移技術求突破

為求在Micro LED市場搶得先機,巨量轉移技術的進展,成為許多業者加緊著力的重點,例如,富士康已聯手群創光電、AOT和夏普,收購總部位於美國的eLux全部股權,eLux成立於2016年,是一家專注於Micro LED巨量轉移技術的創業公司。

此外,Apple收購LuxVue Technology,以及歐司朗光電半導體與X-Celeprint簽署Micro-Transfer-Printing (μTP)技術和專利許可協議等,皆是基於巨量轉移技術的取得。

其中,eLux專利提出的流體裝配方法,是利用熔融焊料毛細管的介面,以便在組裝期間藉由流體懸浮液體當介質對電極進行機械和電氣連接,可快速的將Micro LED捕獲及對準至焊點上,是一種低成本且高速度的組裝方法。

LuxVue是以量子點技術(Quantum Dot)進入Micro LED技術開發。X-Celeprint的μTP技術則是使用彈性印模(stamp)結合高精度運動控制列印頭,有選擇性地拾取(pick-up)微型元器件的陣列,並將其列印(printing)到目標基板上。

巨量轉移技術多元,傳統的pick and place轉移技術,每小時約能轉移1萬到2.5萬顆,相較於此,新興的雷射轉移技術,是透過單雷射光束或多重雷射光束的方式進行移轉,有廠商宣稱以大小為130x160微米的LED計算,每小時約可轉移約1,400萬顆。

此外,創新的定向自組裝方式,是透過反磁漂浮的辦法處理轉移。方法是先將LED外觀包覆一層熱解石墨薄膜,放在振動磁性平台,在磁場引導下LED將快速排列到定位。

台灣方面,工研院與LED驅動IC廠聚積科技、PCB廠商欣興電子與半導體業者錼創科技,共同投入Micro LED技術研發,已開發被動矩陣式驅動「超小間距Micro LED顯示模組」,成功將Micro LED陣列晶片直接轉移至PCB基板,LED晶粒尺寸約在50µm∼100µm之間,間距 (pitch)約800µm以下,模組尺寸為6cmx6cm,解析度80x80pixel,能自由拼接大小並應用於電視牆、室內顯示看板等。

在上述合作中,成立於2014年的錼創科技,專注於氮化物材料及其用途,擁有開發和設計Micro LED能力,其Micro LED顯示技術稱為「PixeLED Display」,透過轉移技術將Micro LED晶片轉移至面板,據悉轉移良率可達99.9%;此外,PixeLED Display耗電僅有一般LCD的10%、OLED的50%。

各方積極投入  催生下一代顯示技術

驅動IC對顯示Micro lED的畫質、色彩、色溫均有直接影響,因此該方面的進展也備受矚目。隨著Micro LED顯示幕的發展加速,聚積科技已於日前展示第一顆48通道、高整合LED驅動IC。

整體而言,Micro LED的技術涵蓋精密機械、半導體製程、測試與檢修等,且巨量轉移技術仍有待突破,前方挑戰仍多,但透過大型業者的積極投入,技術進展速度將加快,預期短期之內就能見到Micro LED應用產品量產。

根據LEDinside預估,Micro LED最先發展的應用應該就是超大尺寸100吋以上的高階螢幕,但要進入主流規格,則約需3年時間,相對來看,Micro LED導入AR投影方案的時程將較快。

以商品化時程來看,AR投影產品可望於明年就現身市場;電視螢幕則2020年出現;2021智慧型手錶可望量產;至於車用電子、手機與平板等領域則可能要遲至2022年之後。Micro LED此一新世代顯示技術的未來令人期待。

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