什麼是Micro LED 技術?


Micro LED技術,即LED微縮化和矩陣化技術。指的是在一個晶片上集成的高密度微小尺寸的LED陣列,如LED顯示幕每一個圖元可定址、單獨驅動點亮,可看成是戶外LED顯示幕的微縮版,將圖元點距離從毫米級降低至微米級,結構是微型化LED陣列,也就是將LED結構設計進行薄膜化、微小化與陣列化,使其體積約為目前主流 LED 大小的 1%。而Micro LED display,則是底層用正常的CMOS積體電路製造工藝製成LED顯示驅動電路,然後再用MOCVD機在積體電路上製作LED陣列,從而實現了微型顯示幕,也就是所說的LED顯示幕的縮小版。

承繼了LED的特性,Micro LED 優點包括低功耗、高亮度、超高解析度與色彩飽和度、反應速度快、超省電、壽命較長、效率較高等,其功率消耗量約為 LCD 的 10%、OLED 的 50%。
 
Micro LED優點表現的很明顯,它繼承了無機LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應時間快等特點,並且具自發光無需背光源的特性,更具節能、機構簡易、體積小、薄型等優勢。除此之外,Micro LED還有一大特性就是解析度超高。因為超微小,表現的解析度特別高;據說,如若蘋果iPhone 6S採用micro LED,解析度可輕鬆達1500ppi以上,比原來的Retina顯示的400PPi要高出3.75倍。另外,具有較佳的材料穩定性與無影像烙印也是優勢之一。

相比OLED,其色彩更容易準確的調試,有更長的發光壽命和更高的亮度以及具有較佳的材料穩定性、壽命長、無影像烙印等優點。故為OLED之後另一具輕薄及省電優勢的顯示技術,其與OLED共通性在於亦需以TFT背板驅動,所以TFT技術等級為IGZO、LTPS、Oxide。

日漸大熱的Micro LED 技術優勢明顯企業爭奪激烈


隨著SONY數年前展出Micro LED原形機的電視後,2016年CES展覽又展出了更新技術的Micro LED電視,蘋果也投入MicroLED的巨量轉移產業,並傳言未來蘋果會導入Micro LED在移動設備的顯示面板上,讓業界對Micro LED 顯示的技術充滿了期待,也為LED背光和液晶面板產業受到OLED面板成長的衝擊有了另一個可行的方向與選項。

蘋果於2014收購美國 Micro LED 顯示技術公司 LuxVue Technology,將Micro LED技術捧熱。此技術甚至被業內視為繼LCD、OLED之後一項重要的前沿技術。蘋果積極佈局MicroLED次世代顯示技術,業界傳出蘋果將Micro LED量產技術視為重要機密,不僅與相關廠商簽訂嚴格的保密協定,並投入高達40億美元的龐大金額,自設試量產線,針對微型化LED晶粒、半導體封裝及驅動IC等進行量身打造,目的就是要加速突破MicroLED技術障礙,全力推動Micro LED商品化。另外大舉招募千人研發團隊,打造專有的試量產線。

全球以蘋果和索尼為首的行業巨頭都在默默研發該項技術,其他也在 Micro LED 爭戰行列的國際大廠包括日亞化學、夏普、京東方、華星光電、友達、群創等,而從英國史崔克萊大學(University of Strathclyde)拆分出來的公司 mLED、美國德州理工大學(Texas TechUniversity)、法國原子能署電子暨資訊技術實驗室(Leti)、從伊利諾大學(University of Illinois)分拆出來的X-celeprint 也都積極研發這一款可能顛覆未來顯示行業的MicroLED 技術,甚至是三星和LG在力推OLED的同時也不甘落後Micro LED的開發。

據Micro LED供應鏈業者透露,儘管MicroLED投入量產仍有許多障礙,然因Micro LED被視為未來顯示器市場的致勝武器,且相關技術漸具雛形,全球各大知名企業紛紛進行研發,搶佔這一市場。儘管目前業界對於Micro LED技術何時能步入量產看法分歧,然部分業者預期最快約半年或1年便有機會步入商品化階段。
 
MicroLED顯示技術潛力待發台企搶先一步


在 Micro LED 領域爭鋒中,臺灣不少大廠也已投入技術研發,包括半導體新創公司錼創(PlayNitride)、工研院、友達、群創、晶電。

蘋果於2014年收購美國Micro LED顯示技術公司LuxVue之前,臺灣科技業者包括聯發科、奇景、友達及晶電等,已是LuxVue重要股東,蘋果買下LuxVue桃園龍潭廠後,便作為Micro LED等先進顯示技術的秘密研發基地。

供應鏈業者指出,蘋果選擇設廠於臺灣,主要系因台系業者相關團隊曾加入LuxVue早期技術研發,在龍潭廠設立後亦大批挖角友達、群創及奇景等廠商技術人才,目前龍潭廠主要專精Micro LED顯示色差調校技術,近來蘋果頻頻大舉招募相關技術人才,並將關鍵技術保留在美國研發總部,使得業界對於蘋果Micro LED研發進度與導入規劃仍是霧裡看花。

不過,由於台系業者早在3~4年前便開始關注此一技術,部分業者將有機會打入蘋果Micro LED供應鏈,例如台系LED晶粒大廠晶電具有紅光LED產能最大及技術專利等優勢,產品性能僅次於德國大廠歐司朗(Osram),若蘋果採用RGB三原色技術,晶電的紅光LED極有可能成為前兩大供應商,有利於擴大產能出海口。

另外,目前已有多家設備商開發MicroLED生產設備,業界預期蘋果龍潭廠房很可能在2017年搬入相關設備,而被蘋果欽點的相關供應鏈業者,亦緊鑼密鼓加速研發腳步,力求克服技術瓶頸,配合大客戶的規格要求,例如LED磊晶必須克服波長和顏色均勻度等問題。

近期,台廠放出了大招,可以將MicroLED的發光面積壓縮到全球最小,進一步解決了巨量轉移問題。投入Micro LED已逾兩年半之久的Mikro Mesa公司在近期取得重大突破,其創始人陳立宜表示,他們的實驗室已可以做出3μm×3μm發光面積的顯示器用發光圖元,此為全球最小的尺寸且解決了漏電問題。而蘋果目前也僅能做到5μm×5μm。

台廠相當看好Micro LED未來的發展。韓系面板廠商在OLED面板的發展上處於領先毋庸置疑,其地位已經很難被撼動,而Micro LED作為次世代顯示技術,優勢自不必說,若是哪一方廠商能夠率先取得突破,將有可能重新洗牌目前的行業佈局。

台企在Micro LED技術搶先一步,為未來搶佔市場制高點奠定了很好的優勢。

MicroLED技術瓶頸亟需克服量產需五到十年


目前,LED顯示幕(LED看板,LED Display)主要分成室內屏、室外屏與半戶外屏,主要買主是商業空間經營者,用於公共空間廣告影片、廣告海報輪播。過去這個領域的產品以低階LED產品為主,LED之間的間距比較大,同尺寸畫面內的解析度相對比較低,使用的LED也比較少。

但受惠於LED晶片與封裝技術的進步,可以縮小呈現畫面用的LED間距,小間距LED顯示幕能有更高的解析度,觀眾只要親眼比較與觀賞,就能夠感受到相當明顯的畫質進步,也有越來越多高階市場買主下單。

小間距LED顯示幕相比其他顯示技術,具有自發光、亮度高、色彩優異、更新頻率快與易於維護等優勢,憑藉著無縫拼接的特點,在拼接方面存在著較大的可塑性,在超大螢幕顯示領域,目前沒有其他技術能與之匹敵。主要應用領域包含戰情室、會議室、控制中心、騎樓路側與專櫃展臺。

目前小間距P1.6與P1.2的專案最多,因此需求最多的是1010 LED規格與0808 LED規格。受惠於市場需求,2015-2016年廠商積極開展小間距顯示幕。LEDinside 預估2015-2020 年小間距顯示幕主流發展趨勢將從 2015年 Pitch 2.5 mm 到2020年 Pitch 0.8 mm。

Micro LED 應用於小間距顯示幕產品優勢明顯,隨著點間距微縮,傳統 LED 封裝成本占整體顯示幕模組比重將大幅上揚。Micro-LED技術無須封裝支架與金屬打線,可降低傳統SMD-LED 封裝成本。Micro- LED 產品要求高波長均勻性,小間距用LED產品波長均一性更是要求嚴苛。目前量產標準下的藍光LED波長均一性要求在±5~12nm,然而小間距顯示幕波長均一性要求在±1-1.5nm。大批量、高精度轉移制程提升制程產率,至少須達到99.9%。同時,PCB 也須達到客制化,以細線寬/線距與小鑽孔開發,超高密度線路承載巨量Micro-LED圖元,獲取高畫質顯示效果。

相較於手環與手錶,顯示幕用的DriverIC也須高度客制化,高整合驅動與行掃電路簡化 PCB 背板設計,提高光電轉化效率,解決因高密度圖元導致驅動 IC 空間不足擺放的窘境,加上驅動電路模組化設計,節省設計及製造成本。

Micro LED如果做成類似LED顯示幕這樣的顯示面板,以數十英寸到上百英寸這樣的面積,在技術上是可行的,但離商業化量產還要很遠,就是需要更高速度的巨量轉移技術,把一顆顆小型LED移到基板上,否則以現有技術與良率,要打造一台可用的顯示器,費時過久,無法大規模量產。

隨著LED的點間距微縮,傳統LED封裝成本其實在整體LED顯示幕模組的比重,其實相對會偏高,廠商能夠一直微縮傳統LED晶片的尺寸,但是加上封裝支架,以及打線,再怎樣也有成本和技術上無法平衡的局限。未來,如果透過Micro-LED來做顯示幕,就不需要封裝支架與金屬打線,可進一部降低傳統SMD-LED封裝成本。

全球的LED廠商雖相繼啟動微發光二極體(Micro LED)開發計畫,但由於仍有瓶頸亟需克服,因此業界普遍認為Micro LED要進入商業化量產,可能還需要5~10年時間。外資券商發佈最新報告,認為從晶電導入相關設備的情況來看,直至2018年都還不需要考量Micro LED帶來的營收貢獻度。

根據外資券商出具的研究報告指出,晶電已與美系智慧手機品牌大廠合作開發Micro LED多年,而從設備供應鏈的開發情況來看,已有多家設備商開發Micro LED的生產設備,並預期設備很可能在2017年進廠(Move in)。

但報告認為,對晶電來說,Micro LED量產化應該是2018年以後的事,Micro LED有潛力取代OLED應用於下一代的穿戴裝置上,但這部分營收直到2018年都恐怕還沒有貢獻。

台系LED燈泡廠東貝也認為,Micro LED要步入量產甚至成熟,恐在5~10年以後,這段時間LED產業經過長時間震盪,臺灣廠商可望走出自己的路,脫離陸資廠的價格戰,例如億光的高階手機閃光燈、小間距顯示幕均已經高居世界第一;佰鴻的紅外線LED產品出貨成長性強;東貝則轉往LED燈具、重返中高階的背光市場,第4季到明年第1季獲利有機會緩步回穩。

Micro LED即使距離量產化還有段時間,但Micro LED成為產業熱點已是不爭的事實,業界認為,只要在巨量轉移(Mass Transfer)的良率與精確度有所克服,在小尺寸應用上指日可待。

目前全球LED業者大多未發展出穩定量產的解決方案,業界傳出蘋果MicroLED技術已接近小尺寸顯示器商品化階段,預期最快在2017年可望推出少量產品測試市場水溫,未來在量產制程穩定後,蘋果可能進行技術授權,擴大推廣至旗下供應商。

部分業者則認為,蘋果Micro LED技術量產時程仍為時尚早,且AppleWatch未必是外傳優先導入的產品,由於小尺寸顯示器的色差問題嚴重,在新技術尚未成熟之前,蘋果可能延後導入Micro LED技術的時間點。
可以看出,與傳統面板技術相比,Micro LED優勢較大,在未來的發展空間也較為廣闊。但現階段,Micro LED還是有許多技術瓶頸需要突破,其中最關鍵的就是“巨量轉移”(Mass Transfer)技術以及發光面積的微縮。

http://www.teema.org.tw/industry-information-detail.aspx?infoid=18514

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