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LED 在傳統(tǒng)液晶顯示器(LCD)中做為背光應(yīng)用,由于須通過偏光片、液晶、彩色濾光片等層層轉(zhuǎn)換,以致效率耗損僅剩不到 8 %,因而促使新興顯示技術(shù)崛起。
其中,次世代顯示技術(shù)微發(fā)光二極管(Micro LED)潛力備受看好,有望改善顯示效率問題并開啟無限應(yīng)用空間,未來也將顛覆既有產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu),藉由跨領(lǐng)域技術(shù)整合加以推動實現(xiàn)。對臺廠來說挑戰(zhàn)雖大,卻也是打破產(chǎn)業(yè)成長僵局的契機。
臺灣具產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,發(fā)展 Micro LED 技術(shù)創(chuàng)造附加價值
傳統(tǒng) LCD 采用冷陰極管(CCFL)或 LED 做為背光源,自有機發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)出現(xiàn)后,顯示技術(shù)開始轉(zhuǎn)向自發(fā)光型態(tài)發(fā)展,接著量子點發(fā)光二極管(QLED)、Micro LED 技術(shù)也相繼崛起。
TrendForce集邦科技旗下綠能事業(yè)處LEDinside 研究協(xié)理儲于超表示,韓系廠商將絕大部分資源投入開發(fā) OLED 及 QLED 技術(shù),臺灣則擁有成熟完整的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈包括 LED、面板、半導(dǎo)體等,若積極發(fā)展 Micro LED 技術(shù),進展有望比其他國家更為快速。
Micro LED 顯示技術(shù)若能實現(xiàn),將大幅提升光效率、降低整體結(jié)構(gòu)厚度,而制程也會有所簡化。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 采用 3030 封裝規(guī)格,即 3,000 µm x 3,000 µm,兩者面積相差 225 倍,而在 LED 點光源轉(zhuǎn)換至面光源的過程當(dāng)中,會造成效率大量耗損。在 Micro LED 顯示技術(shù)下,LED 微縮至 50 µm x 50 µm 小于像素尺寸,可接合在 TFT 或 CMOS 基板上,實現(xiàn)每一點畫素(pixel)尋址控制及單點驅(qū)動發(fā)光。
儲于超認為,Micro LED 除了顯示應(yīng)用外,還能創(chuàng)造更多附加價值,發(fā)展 OLED 或 TFT-LCD 難以進入的利基應(yīng)用市場。LEDinside 依據(jù)市面上相關(guān)產(chǎn)品尺寸及 ppi 要求,推算出 LED 尺寸及像素數(shù)量,反映 LED 尺寸愈大、像素數(shù)量愈少的應(yīng)用,實現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的速度可能相對較快。
▲ Micro LED 應(yīng)用商業(yè)化量產(chǎn)速度(圖片來源:LEDinside)
技術(shù)課題為關(guān)鍵,巨量轉(zhuǎn)移講求高良率與精準(zhǔn)度
為了開發(fā)更好的顯示技術(shù)解決方案,臺灣半導(dǎo)體公司錼創(chuàng)科技(PlayNitride)成立兩年以來,也積極開發(fā) Micro LED 技術(shù),并以“PixeLED”為名申請專利。
該公司執(zhí)行長李允立說明,Retina 顯示器具有 400 ppi 高像素密度,而錼創(chuàng)所開發(fā)的 Micro LED 技術(shù),理想上可達 1,500 ppi 以上甚至 2,000 ppi,能夠因應(yīng)虛擬現(xiàn)實(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(tǒng) 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,色域范圍比 NTSC 標(biāo)準(zhǔn)高近 20 %,以及實現(xiàn)可撓曲等特點。
錼創(chuàng)主要研發(fā)范疇涵蓋磊晶、微小芯片到巨量轉(zhuǎn)移(Mass Transfer)技術(shù),其中又以巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)最具挑戰(zhàn)。
李允立強調(diào),巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)講求高良率及轉(zhuǎn)移率,尤其對于顯示行業(yè)來說,轉(zhuǎn)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(biāo),而每顆芯片的精準(zhǔn)度又必須控制在正負 0.5 µm 以內(nèi)。正因為如此,李允立將巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)視為“藝術(shù)”(art),而并非以“科學(xué)”(science)角度看待。
不僅巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)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(fù)壞點、開發(fā)新基板、設(shè)計電路驅(qū)動、檢測等,都是相當(dāng)重要的技術(shù)課題。
跨領(lǐng)域串聯(lián)共同作戰(zhàn),Micro Assembly 聯(lián)盟即將成軍
臺灣工研院也同樣專注發(fā)展 Micro LED 及巨量轉(zhuǎn)移技術(shù),從 2009 年起經(jīng)過多年研發(fā),直到 2013 年出現(xiàn)技術(shù)突破,做到主動驅(qū)動、分辨率達 VGA(640 x 360)等級,LED 尺寸縮至 10 µm、間距 12.8 µm,近年來更持續(xù)提升分辨率,現(xiàn)單色已達 qHD(960 x 540)。彩色 RGB Micro LED 方面,目前分辨率達 100 x 100,LED 尺寸 10 µm、間距 19.2 µm。
臺灣工研院電光所微組裝系統(tǒng)部經(jīng)理方彥翔博士指出,Micro LED 最大精神在于巨量轉(zhuǎn)移,無論哪種應(yīng)用都需一次進行上萬顆轉(zhuǎn)移,精準(zhǔn)度要求相當(dāng)嚴格。
臺灣工研院采用物理性轉(zhuǎn)移方式,將所開發(fā)的巨量轉(zhuǎn)移模塊與量產(chǎn)設(shè)備 FC bonder 整合,現(xiàn)階段達到單色 Micro LED 每次轉(zhuǎn)移 54 萬顆,彩色 Micro LED 每次轉(zhuǎn)移 1 萬顆,而過去三色轉(zhuǎn)移良率不到 90 %,現(xiàn)在均已提升至 99 %以上。
在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)發(fā)展趨勢下,未來穿戴式裝置勢必結(jié)合更多傳感器,對空間需求也更為提高,而 Micro LED 間距足以整合許多組件,能在穿戴式裝置、智能型手機或其他應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)勢,而這也是工研院正著重發(fā)展的“微組裝”(Micro Assembly)技術(shù),并計劃于 2016 年 10 月中旬成立 Micro Assembly 聯(lián)盟“CIMS”(Consortium for Intelligent Micro Assembly System)。
方彥翔表示,Micro LED 和微組裝技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,無法靠單一產(chǎn)業(yè)實現(xiàn),因此必須跨領(lǐng)域串聯(lián)半導(dǎo)體、面板、LED、系統(tǒng)整合等廠商,共同建立跨領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)交流平臺,將臺灣打造成全球 Micro Assembly 產(chǎn)業(yè)鏈供貨重鎮(zhèn)。CIMS 將結(jié)合產(chǎn)官學(xué)研資源,不僅提供技術(shù)發(fā)展趨勢及應(yīng)用市場最新信息,也提供快速試制服務(wù)、推動開發(fā)解決方案等。
Micro LED 應(yīng)用想象空間廣,結(jié)合各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)可望推動發(fā)展,加速實現(xiàn)各種可能應(yīng)用。至于未來 Micro LED 能否成為主流顯示技術(shù),將取決于技術(shù)成熟速度,以及成本是否具競爭力。這場顯示技術(shù)競逐賽,就此展開。
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