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)光二極體(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)，通過跨領(lǐng)域技術(shù)整合加以推動實(shí)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(jī)。
傳統(tǒng)LCD采用冷陰極管(CCFL)或LED做為背光源，自有機(jī)發(fā)光二極體(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(diǎn)發(fā)光二極體(QLED)、Micro LED技術(shù)也相繼崛起。調(diào)研機(jī)構(gòu)集邦科技綠能事業(yè)處協(xié)理儲于超，近日出席LEDinside所舉辦的LED forum時表示，韓系廠商將絕大部分資源投入開發(fā)OLED及QLED技術(shù)，臺灣地區(qū)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(jìn)程會相對順利些。
Micro LED顯示技術(shù)若能實(shí)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寸4K電視為例，說明其像素尺寸為200μmx200μm，LED采用3030封裝規(guī)格，即3,000μmx3,000μm，兩者面積相差225倍，而在LED點(diǎn)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50μmx50μm小于像素尺寸，可接合在TFT或CMOS基板上，實(shí)現(xiàn)每一點(diǎn)像素(pixel)定址控制及單點(diǎn)驅(qū)動發(fā)光。
儲于超認(rèn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)的速度可能相對較快。
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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，中國臺灣半導(dǎo)體公司錼創(chuàng)科技(Play Nitride)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CEO李允立說明，Retina顯示器具有400ppi高像素密度，而錼創(chuàng)所開發(fā)的Micro LED技術(shù)，理想上可達(dá)1,500ppi以上甚至2,000ppi，能夠因應(yīng)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)顯示器需求;亮度超過5,000nits，使劃面在陽光下依然清晰可視;能耗僅占傳統(tǒng)LCD10%，也比OLED能耗低了一半。其他包括LED尺寸可微縮到10μm以下、快速切換on/off，色域范圍比NTSC標(biāo)準(zhǔn)高近20%，以及實(shí)現(xiàn)可撓曲等特點(diǎn)。
錼創(chuàng)主要研發(fā)范疇涵蓋磊晶、微小芯片到巨量轉(zhuǎn)移(MassTransfer)技術(shù)，其中又以巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)最具挑戰(zhàn)。李允立強(qiáng)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(dá)99%仍然不夠，必須達(dá)到99.9999%即“六個9”的程度才算達(dá)標(biāo)，而每顆芯片的精準(zhǔn)度又必須控制在正負(fù)0.5μm以內(nèi)。正因?yàn)槿绱?，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(dá)到無微粒(particle)、不必分bin的程度。此外，修復(fù)壞點(diǎn)、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
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(dá)VGA(640×360)等級，LED尺寸縮至10μm、間距12.8μm，近年來更持續(xù)提升分辨率，現(xiàn)單色已達(dá)qHD(960×540)。彩色RGBMicro LED方面，目前分辨率達(dá)100×100，LED尺寸10μm、間距19.2μm。
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(jìn)行上萬顆轉(zhuǎn)移，精準(zhǔn)度要求相當(dāng)嚴(yán)格。工研院采用物理性轉(zhuǎn)移方式，將所開發(fā)的巨量轉(zhuǎn)移模組與量產(chǎn)設(shè)備FCbonder整合，現(xiàn)階段達(dá)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，未來穿戴式設(shè)備勢必結(jié)合更多感測器，對空間需求也更為提高，而Micro LED間距足以整合許多元件，能在穿戴式設(shè)備、智能手機(jī)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(shí)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，將臺灣地區(qū)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)用市場最新資訊，也提供快速試制服務(wù)、推動開發(fā)解決方案等。
Micro LED應(yīng)用想像空間廣，結(jié)合各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)可望推動發(fā)展，加速實(shí)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。
