Micro LED 開闊新視界!工研院串聯產業鏈攻 AR/VR 顯示應用

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 27 日 1:51 | 分類 VR/AR , 光電科技 , 零組件 follow us in feedly

次世代顯示技術微發光二極體(Micro LED)為業界點亮曙光以來,跨領域產業鏈串聯正火速進行,同時也在大廠帶動下加快應用布局,尤其以電視牆大尺寸室內顯示器、AR/VR 顯示裝置等應用最具潛力。如今 Micro LED 顯示應用有何新進展,而市場上所謂的過渡技術又能否有助縮短 Micro LED 開發時程,成為當前眾所矚目的焦點。




Micro LED 兩大應用並進,電視牆顯示器率先走入量產

SONY 在今年年初推出大尺寸拼接型顯示器「CLEDIS」(Crystal LED Integrated Structure),為 Micro LED 顯示應用開創新格局,加上應用場域廣,吸引不少業者投入開發,台廠也不落人後。工研院電光所「智能應用微系統組」研發副組長方彥翔博士指出,電視牆(Video wall)是第一個將 Micro LED 導入的產品,目前 LED 驅動 IC 廠聚積科技、PCB 廠欣興電子與半導體廠錼創科技,已在工研院建立試量產線,四方合作開發無藍寶石基板的 Micro LED 拼接型電視牆顯示應用。

不過,Micro LED 每個製程環節都是挑戰,因此做起來相當不易。方彥翔表示,Micro LED 晶粒的重點在於將晶圓做得很均勻,但技術相當困難,目前高均勻度晶圓由錼創執行開發,現已完成單一顏色試片,預計今年 11 月底前完成另外兩色。Micro LED 在無藍寶石基板下厚度僅約 3 μm 至 5 μm,無法採用傳統逐顆接合方式,因此工研院負責以巨量轉移技術將 Micro LED 晶粒轉移到欣興的 PCB 板上,卻也因為傳統 PCB 板粗糙度(roughness)較大,得由板廠調整製程解決,難度相當高;聚積則負責開發 Micro LED 適用電流範圍的驅動 IC,其他包括材料、檢測等各個細節都有技術障礙有待排除。

「等我們把 RGB 全彩板子做出來,那就會是全世界除了 SONY 以外,第二個用無藍寶石基板 Micro LED 所製成的拼接型顯示產品,」方彥翔說明,工研院與三廠合力開發的電視牆顯示器,LED 晶粒尺寸比 SONY CLEDIS 稍大一些,約落在 50 μm 至 100 μm 之間,間距(pitch)則比 CLEDIS 小,約在 800 μm 以下;模組大小為 10 cm x 10 cm 內,主要鎖定 130 吋以上室內應用,可視需求自由拼接。據了解,目前已有國外客戶下單,預計 2018 年 6 月導入試量產成功後,便可正式投入量產。

▲ 工研院所開發的 Micro LED panel 原型,四周以保護元件固定

看好 AR/VR 顯示應用潛力,Micro LED 將成主流顯示光源

除了大尺寸電視牆顯示器外,工研院所聚焦的另一 Micro LED 關鍵應用就是擴增實境(AR)與虛擬實境(VR)顯示應用。Micro LED 具備高亮度、高效率低功耗、超高解析度與色彩飽和度、使用壽命較長等特性,在 AR/VR 領域會比 OLED、LCD 等顯示技術更能發揮優勢,有望取代兩者成為未來顯示光源主流技術。Facebook 旗下 Oculus 與中國康得新光電,去年已相繼透過收購 Micro LED 顯示技術公司,加速展開 AR/VR 領域布局。

「AR/VR 顯示應用將做為未來 AI 人工智慧時代的傳播媒介,也會愈做愈薄,Micro LED panel 旁更可整合多種感測器,達到多工效果,」方彥翔再次提到 Micro LED 具有整合感測器的微組裝(micro assembly)技術特性,加上高解析、高亮度等優點,OLED 與 LCD 實在很難比擬。再者,市場預測 2020 年 AR/VR 市場產值上看 1,200 億美元規模,別具發展價值。

他指出,AR/VR 顯示裝置未來將達到 8K4K 解析度,以 Micro LED 單色來說晶粒數量將超過 3,000 萬顆,若以 RGB 彩色計算則將近 1 億顆。不過,方彥翔認為應以單色 Micro LED 加上量子點(QD)色轉換材料,才能相對提高成功機率。主要原因除了 RGB 三色本身的良率問題,以及轉移後可能產生其他問題外,Micro LED 均勻度也難以掌控,容易產生漏電而影響色彩呈現,加上電流非線性,驅動條件不一很難控制顏色與亮度,所以較不建議採用 RGB 三色 Micro LED,以單一顏色結合量子材料進行色轉換的良率會比較高。

然而,合適的色轉換材料也並非唾手可得,因為市場上較成熟的色轉換材料含鎘,效率也較高,但含鎘的材料受到歐盟管制,以後中國與其他國家也可能實施管制,所以需朝無鎘材料研發,只是目前效率較差,色彩轉換效率好不好還得持續測試開發。目前工研院 Micro LED 單色解析度可達 qHD(960 x 540)等級,LED 尺寸最小可縮至 5 μm。

▲ 工研院以 0.55 吋 panel 呈現 Micro LED 單色顯示技術,三年來無明顯光衰

方彥翔透露,工研院現正串聯國內外廠商建構產業鏈開發 AR/VR 顯示應用並展開測試,預計 2018 年底可達 4K2K、畫素密度約 1,000 ppi,2019 年達到 8K4K、畫素密度約 2,500 ppi,全採用單色 Micro LED 搭配量子材料實現色轉換。只是 Micro LED 若要實現 AR/VR 顯示應用商業化量產,也同樣還有許多技術瓶頸待突破,不僅顯示技術本身,還包括傳輸技術、VR 暈眩等問題,最快恐怕還需要 5 年才能走入量產。

Mini LED 為過渡技術?實與 Micro LED 大不同

儘管 Micro LED 顯示技術潛力備受看好,其技術門檻仍是無法早日實現量產的一大關鍵,於是近半年來,市場上開始出現「次毫米發光二極體」(Mini LED)技術,有望做為 Micro LED 的過渡技術,導入大尺寸顯示器、車用顯示器、手機背光等應用。不過,Mini LED 產品之所以可以較快推出,主要是因為所採用的仍是 LED 傳統製程,在切割上不斷朝小尺寸精進,最小約可做到 5 x 6 mil 相當於 127 x 152 μm 左右,差不多快達極限,以含藍寶石基板的 LED 來說,再切小會因劈裂問題而影響良率。

方彥翔認為 Mini LED 的宗旨與 Micro LED 完全不同,前者主要做為背光應用,因為含基板所以 LED 尺寸相對受限,除非尺寸能繼續縮小,畫素密度才有提高的可能,解析度也才能更高,但以傳統製程來說不易突破極限;後者則是顛覆傳統 LED 製程工藝,也不需藍寶石基板,LED 尺寸相對不受上述限制,要實現高解析仍非 Micro LED 不可。更重要的是,Micro LED 技術能整合多種感測器,應用更加廣泛,這不僅是傳統 LED 所無法達成的精神,同為自發光顯示的 OLED 技術也一樣難以超越。

工研院在去年 10 月中旬成立 Micro Assembly 聯盟「CIMS」(Consortium for Intelligent Micro Assembly System),跨領域串聯產業鏈建立交流平台。時隔一年,Micro LED 技術有了新進展,應用領域也有不一樣的發展契機,今年 11 月 3 日工研院首次以 AR/VR 做為 Micro LED 論壇主軸,邀請講者來自加拿大系統整合商 VueReal、美國玻璃基板廠康寧(Corning)、色轉換技術商 VerLASE、日本奈米材料商 NS Materials、晶圓檢測設備廠東麗工程(Toray Engineering)等,共同探討 Micro LED 於 AR/VR 顯示領域的技術發展與布局,期望在這創新生態鏈中凝聚產業力量,為 Micro LED 技術開創新局。

(首圖來源:Shutterstock;圖片來源:工研院電光所智能應用微系統組)