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關于Micro LED發展,業界大佬有話說......

來源:新電子 時間:2018-09-14 14:03 [編輯:JamesWen] 【字體: 】 我來說兩句

Micro LED被視為次世代的顯示技術。中國臺灣地區具備豐富的LED制造經驗,已建立完整的產業鏈,面對近年來OLED顯示器的崛起,正積極投入Micro LED技術搶搭下一波商機。

然而,目前由于種種技術局限,業界共識是至少要5年后才能看到Micro LED顯示器正式量產,在Micro LED正式量產之前,將Mini LED背光導入LCD的顯示產品將率先上市。

在2018年各大消費性電子或顯示技術展會中,Micro LED顯示器以及Mini LED背光源的液晶(Liquid Crystal Display, LCD)屏幕無疑是鎂光燈的焦點。 包括三星(Samsung)、索尼(Sony)、友達(AUO)等大廠皆展示相關的概念性產品。

Micro LED在技術壽命、對比度、能耗、反應時間與可視角等均勝過LCD和有機發光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED),全球各大龍頭廠商早已積極布局, 鴻海更砸重金打造MicroLED全產業鏈,皆有助推進MicroLED商業化進程。

在2018年8月底登場的智能顯示與觸控展(Touch Taiwan 2018),更首度新增了「MicroLED/MiniLED產品與解決方案」主題專區,眾臺灣地區LED與面板大廠皆參戰展示最新技術與解決方案。根據研究機構LEDinside報告預估,至2022年Micro LED以及Mini LED的市場產值將會達到13.8億美元。

LED技術進展神速,如今LED燈泡的滲透率已比幾年前預期的還要快上許多。

晶元光電(Epistar)營業暨市場營銷中心產品管理群資深處長鄧紹猷認為,在2005年時,業界普遍認為LED通用照明(General Lighting)市場將在2020年達到飽和,然而時至今日, 市場上LED燈泡與熒光燈管的價格已經不相上下,LED通用照明市場的飽和比預期提早了2~3年發生。

因此,鄧紹猷亦指出,盡管現今業界普遍認為尚需5~6年Micro LED顯示器才能量產并普及,然而依照目前的技術發展速度,Micro LED顯示器很有可能將會如同LED通用照明的發展歷程一般提早發生。

臺LED產業鏈完整,精密機械市場有潛力

從映像管(Cathode Ray Tube, CRT)顯示器當道的時代,一直到近期的OLED顯示器崛起,亞洲的廠商一直都在顯示器產業鏈中扮演相當重要的角色。在臺灣地區,更有著非常豐富的LCD、LED生產經驗,掌握了相當多關鍵技術;再加上強健的設備制造產業,在未來有望在Micro LED制程的精密機械制造領域占有一席之地。

臺大光電研究所副所長黃建璋指出,臺灣地區是難得少見在LCD與LED產業都非常完備的區域,因此,在Micro LED顯示技術的發展過程中,臺灣地區廠商將更有能力往終端品牌與精密機械進行布局。

臺大光電研究所副所長黃建璋指出,在Micro LED顯示技術的發展過程中,臺灣地區廠商將更有能力往終端品牌與精密機械布局。

然而,目前LCD制造所涉及的精密機械制造技術多為日本廠商掌握,盡管臺灣地區的精密機械制造廠商生產質量優異,但多以生產工具機為主。加上目前巨量轉移技術未定,因此臺灣地區業者多還在觀望,少有廠商開始投入資源展開研發。

不過黃建璋認為,盡管目前巨量轉移眾流派各自發展,何種轉移技術將會是未來的主流尚未出現定論,但是無論未來何種技術方法成為主流,在轉移過程中皆會需要高度精密的物理對準處理,因此精密機械的市場需求潛力將相當龐大,而臺灣地區廠商在精密機械制造的表現優異,因此將有很大的發揮空間,也將是臺廠在Micro LED產業鏈中成為關鍵制造商的重要切入點。

由于看好臺灣地區LED人才與技術資源,許多國外大廠也開始在臺投入更多資源,搶攻MicroLED制造市場。默克(Merck)全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠便指出,無論是由LED或是顯示器制造市場看來,亞洲都還是最重要的區域,因此默克近年來逐漸將LED與顯示相關的業務主管駐點于亞洲區域。

默克全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠指出,無論是由LED或是顯示器制造市場看來,亞洲都還是最重要的區域市場。

楊貴惠也提到,由材料供應到量產的過程中,應用測試(Application Test)是最為重要且費時的階段。為了時時提供臺灣地區客戶最新LED相關材料,并且讓實驗結果回饋更加實時,因此默克在臺灣地區設立了三座實驗室。其中包含在桃園的液晶原料研發實驗室,以及2017年在高雄創立的集成電路(IC)材料應用研究與開發中心,期盼能藉此近距離與客戶合作并實時提供解決方案。

OLED經驗為助力,Micro LED驅動IC發展更快

隆達電子技術中心副總經理黃兆年指出,LED產業在臺發展近50年,許多現今正熱議中的Micro LED技術發展方向以往都曾嘗試過,然而當時資源、設備、材料尚未到位,因此未具體實現相關概念,看見商用成品。但時至今日許多條件已滿足,因此過往所累積的技術能量將逐漸看到成果。

舉例而言,臺灣地區在10年前曾經投入過OLED顯示技術開發,然而近年來該顯示技術的關鍵設備與材料由韓國廠商控制的產業狀況已底定。臺灣地區廠商雖已難在OLED顯示器生產鏈中成為關鍵供貨商,然而當初投入該顯示技術研發時所留下的研究成果將有助于Micro LED顯示技術發展,例如驅動IC的架構便是一個重要的項目。

巨量轉移方法多,晶粒制程為重要挑戰

Micro LED顯示技術的發展備受矚目,其中巨量轉移無疑是眾廠商迫切需要突破的技術瓶頸。業界普遍認為轉移良率必須要達到99.99999%才算是及格,然而目前無論是何種轉移方法,良率皆尚未突破99.999%。不僅如此,不同的轉移方法將對應到不同的晶粒制程,在轉移后的壞點修復方法也有所差異,提升良率的挑戰不僅是在轉移過程。

鄧紹猷便指出,如何在將LED微型化的同時,依然保有一樣的效能,便是LED在磊晶、長晶制程階段的重要挑戰。

黃兆年也表示,Micro LED由LED的晶粒制程開始,便與傳統的LED制程大有不同。例如,在長晶過程中必須導入弱化結構,使晶粒易于抓取,后面的轉移過程才能夠順利進行。

另一方面,KLA-Tencor產品營銷經理Mukund Raghunathan出,在Micro LED技術中,每個LED芯片構成一個像素,只要一個缺陷或污染粒子就可以導致像素損壞。因此,生產無缺陷的磊晶晶圓也是制程工程師面臨的重要任務。

降低巨量轉移難度,玻璃基板成Micro LED小尺寸主流

由于玻璃基板相較于PCB基板而言,較容易實現巨量轉移,因此已成為眾廠商們的技術優化方向。玻璃基板更已經成為手機、智能手表等中小尺寸MicroLED顯示器的首選方案。

研調機構集邦咨詢LED研究中心(LEDinside)研究協理儲于超指出,在2018年比較值得留意的是,許多廠商開始展示拼接式的大型Micro LED廣告牌。例如,索尼(Sony)在2017年便展出了「CLEDIS」(Crystal LED Integrated Structure)顯示器,并宣告即將開始開賣;三星也宣稱The Wall即將在2018年下半開賣, 大型Micro LED顯示器即將量產。

儲于超指出,在2018年許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED廣告牌。

儲于超認為,在所有目前所展示過的產品中,以Sony的CLEDIS顯示器之技術最為成熟。由于Sony CLEDIS所使用的PCB板尺寸已是目前的極限,Micro LED的晶粒等級已小于30微米(Micrometer, μm),更采用了主動式驅動方案。以此技術架構而言,未來會遇到比較大的挑戰依然將在于Micro LED巨量轉移至PCB板的過程。

儲于超進一步說明,由于PCB板的平整度不高,因此MicroLED晶粒難以直接轉移至PCB板。以Sony小于30微米的晶粒尺寸而言,在晶粒轉移至PCB板的過程中,必須要先轉移至一個暫時的基板,才有可能再次轉移至PCB板上。 而Micro LED晶粒轉移至玻璃基板的程序則相對比較容易,因此,目前眾廠商們皆在思考,未來若是Micro LED成本要降低,可能必須考慮將PCB板換成玻璃基板,再以玻璃基板去做TFT的主動式驅動方案,以此方式降低制造成本。 正因如此,目前在如智能手表的中小尺寸Micro LED顯示器開發上,玻璃基板已成為主流方案。

大型廣告牌以PCB為主流,分辨率需求逐漸提升

盡管玻璃基板能夠降低巨量轉移難度,然而,若采取玻璃基板拼接制成大型顯示屏幕,也可能會遇到許多尚未解決的技術問題。因此在大型廣告牌(Signage)應用中,將依然以PCB基板方案為主。

目前傳統LED大型廣告牌市場已相當成熟,并且對于RGB LED芯片的需求量非常龐大。因此短時間內,該市場將是重要的LED產能出海口。而LED的微型化趨勢,對于相關廠商而言,先將目前的市場經營妥善,再慢慢往較小的晶粒尺寸的方案前進,也無非是一個應戰的好策略。

聚積科技微發光二極管事業部經理黃炳凱(圖5)指出,對于分辨率要求較高的室內大型廣告牌市場是該公司目前的重要經營方向。現今室內大型廣告牌的主流像素間距(Pixel Pitch)為0.9~1.5mm,而Pixel Pitch越低需要搭配越高階的驅動方案。

聚積科技微發光二極管事業部經理黃炳凱指出,對于分辨率要求較高的室內大型廣告牌市場是該公司目前的重要經營方向。

由于對大型廣告牌顯示質量的要求逐漸提升,然而RGB LED芯片單價會隨著Pixel Pitch越小而倍數成長。因此目前已有廠商開始將Micro LED等級的驅動方案(針對Pixel Pitch 0.9mm以下的驅動方案)導入至Pixel Pitch 1.2mm的大型廣告牌產品之中,試圖在顯示質量與RGB LED芯片成本上取得平衡。

Mini LED背光先行,電競顯示器率先導入

考慮現階段Micro LED技術仍有許多技術壁壘需要克服,許多廠商在2018年先推出Mini LED背光方案的LCD顯示產品。LEDinside預估,2018年下半年將會陸續見到采用Mini LED背光技術的顯示器問世,2022年Mini LED的產值將會達到6.89億美元。

有別于Micro LED顯示器,Mini LED晶粒尺寸較大。但與傳統的LED背光相比,Mini LED芯片尺寸較小,并可搭配直下式背光與區域點亮(Local Dimming)的技術提高顯示對比。鄧紹猷說明,Mini LED背光與傳統的直下式LED背光有很大的差異。相較于傳統直下式背光而言,Mini LED背光將LED顆粒數做到更細、更多。然而,只是增加LED顆粒數還不夠,更重要的是必須搭配HDR高對比度技術才有可能會成功。

然而,對于主流的顯示器產品而言,短期內Mini LED背光的成本結構仍然過高,加上還有散熱、耗電等問題待解決,因此未來能夠切入的市場仍然以消費性的高階產品為主。例如電競筆電、電競桌上型屏幕或特殊應用的屏幕,以及講求高解析、高對比度、高色飽的高階電視等利基型產品。這類型產品對于規格相對重視,且價格敏感度較低,將成為各家廠商利用Mini LED背光實現技術差異化的主要戰場。

目前晶元光電大約20%的營收是來自顯示器背光產品,鄧紹猷指出,未來晶元光電來自Mini LED背光的營收比重將會逐漸增加。然而,由于傳統的LED背光方案與Mini LED背光相比,價格大約有只有50%,因此短時間內Mini LED并不會完全取代傳統LED背光方案。但可以肯定的是Mini LED背光的滲透率將逐漸提升,并由各大終端品牌的高階顯示器產品切入,未來也將逐漸導入至中階產品。

來源:新電子


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