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技术进展 推进Micro LED商品化时程

Samsung推出模块化拼接的Micro LED TV。来源:Samsung

显示技术日新月异,Micro LED在近年热度不减,且突破之前「只闻楼梯响,不见人下来」的局面,使用Micro LED的产品已然现身,前景备受期待。根据LEDinside报告,预估至2025年Micro LED市场产值将会达到28.91亿美元。

究竟Micro LED有何能耐?为何此新兴技术被视为显示领域的明日之星?从特特性来看,Micro LED为自发光显示技术,每一点画素(pixel)都能定址控制与单点驱动发光,在寿命、对比度、能耗、反应时间与可视角等方面皆优于LCD和OLED。

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工研院结盟业者投入Micro LED显示技术研发。来源:ITRI

应用范围广  大尺寸显示幕先现身 

Micro LED的性能优良,被认为应用范围极广,包括穿戴式装置、智能手表、手机、车用显示器、扩增实境 / 虚拟实境、显示屏幕及电视等领域,不过由于技术困难及加工成本较高,因此更适合应用在高阶的电视、显示屏幕及车用显示器上。

简而言之,Micro LED的应用将先以大尺寸显示器为主流。LEDinside预估至2025年,应用在大尺寸显示器的Micro LED产值将会达到19.8亿美元,占全体应用的68%。

就现阶段来看,虽说Micro LED较适合用于大尺寸显示幕,但是众所周知,Apple于数年前就已投入Micro LED布局,希望能将Micro LED应用于穿戴装置市场,一般预料苹果将在新一代Apple Watch及穿戴装置使用Micro LED技术,届时势必将掀起一股应用风潮。

不过,Micro LED欲迎来美好前景,必须先克服眼前挑战。目前Micro LED所面临的技术瓶颈包括磊晶与芯片、巨量转移、全彩化、电源驱动、背板及检测与修复技术。其中又以巨量转移(Mass Transfer)的突破最为关键,因为巨量转移制程的成熟能降低居高不下的Micro LED制造成本,加速推进相关产品商用化进程并普及应用。

顾名思义,巨量转移(Mass Transfer)是能够同时大量转移不同元件的微组装制程,为电子产品走向高集成、多功能、微小化的重要技术,对Micro LED的发展而言,能够将大量Micro LED芯片快速移转至基板上,制造成本才有机会降低。

以SONY与韩国三星先后推出的100寸以上显示器产品为例,由于巨量转移技术无法进一步突破,因此主要采用拼接方式。SONY于2017年初正式发表拼接型 CLEDIS 显示屏幕,此一970cmx270cm CLEDIS的巨型显示屏幕,共由144块40.3cmx45.3cm的Micro LED模块无缝拼接组成。接下来,韩国三星则是在今年(2018年)1月推出模块化拼接的146寸Micro LED TV「The Wall」。

其实,索尼早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技术,采用622万颗LED颗粒导入55寸电视,但造价相当昂贵,加上巨量转移相关技术尚未成熟,以致生产良率低且耗时费工,无法实现量产,因此才转而推出拼接型产品。「拼接型」亦即运用模块化无缝拼接方式,优点为尺寸不受限制,因是自由组所以可大可小,换修不良品也较容易,然而成本降低空间相对不大。

量产关键  巨量转移技术求突破

为求在Micro LED市场抢得先机,巨量转移技术的进展,成为许多业者加紧著力的重点,例如,富士康已联手群创光电、AOT和夏普,收购总部位于美国的eLux全部股权,eLux成立于2016年,是一家专注于Micro LED巨量转移技术的创业公司。

此外,Apple收购LuxVue Technology,以及欧司朗光电半导体与X-Celeprint签署Micro-Transfer-Printing (μTP)技术和专利许可协议等,皆是基于巨量转移技术的取得。

其中,eLux专利提出的流体装配方法,是利用熔融焊料毛细管的接口,以便在组装期间藉由流体悬浮液体当介质对电极进行机械和电气连接,可快速的将Micro LED捕获及对准至焊点上,是一种低成本且高速度的组装方法。

LuxVue是以量子点技术(Quantum Dot)进入Micro LED技术开发。X-Celeprint的μTP技术则是使用弹性印模(stamp)结合高精度运动控制打印头,有选择性地拾取(pick-up)微型元器件的阵列,并将其打印(printing)到目标基板上。

巨量转移技术多元,传统的pick and place转移技术,每小时约能转移1万到2.5万颗,相较于此,新兴的雷射转移技术,是透过单雷射光束或多重雷射光束的方式进行移转,有厂商宣称以大小为130x160微米的LED计算,每小时约可转移约1,400万颗。

此外,创新的定向自组装方式,是透过反磁漂浮的办法处理转移。方法是先将LED外观包覆一层热解石墨薄膜,放在振动磁性平台,在磁场引导下LED将快速排列到定位。

台湾方面,工研院与LED驱动IC厂聚积科技、PCB厂商欣兴电子与半导体业者錼创科技,共同投入Micro LED技术研发,已开发被动矩阵式驱动「超小间距Micro LED显示模块」,成功将Micro LED阵列芯片直接转移至PCB基板,LED晶粒尺寸约在50µm?100µm之间,间距 (pitch)约800µm以下,模块尺寸为6cmx6cm,分辨率80x80pixel,能自由拼接大小并应用于电视墙、室内显示看板等。

在上述合作中,成立于2014年的錼创科技,专注于氮化物材料及其用途,拥有开发和设计Micro LED能力,其Micro LED显示技术称为「PixeLED Display」,透过转移技术将Micro LED芯片转移至面板,据悉转移良率可达99.9%;此外,PixeLED Display耗电仅有一般LCD的10%、OLED的50%。

各方积极投入  催生下一代显示技术

驱动IC对显示Micro lED的画质、色彩、色温均有直接影响,因此该方面的进展也备受瞩目。随著Micro LED显示幕的发展加速,聚积科技已于日前展示第一颗48通道、高集成LED驱动IC。

整体而言,Micro LED的技术涵盖精密机械、半导体制程、测试与检修等,且巨量转移技术仍有待突破,前方挑战仍多,但透过大型业者的积极投入,技术进展速度将加快,预期短期之内就能见到Micro LED应用产品量产。

根据LEDinside预估,Micro LED最先发展的应用应该就是超大尺寸100寸以上的高阶屏幕,但要进入主流规格,则约需3年时间,相对来看,Micro LED导入AR投影方案的时程将较快。

以商品化时程来看,AR投影产品可望于明年就现身市场;电视屏幕则2020年出现;2021智能型手表可望量产;至于车用电子、手机与平板等领域则可能要迟至2022年之后。Micro LED此一新世代显示技术的未来令人期待。

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