Micro LED:台灣面板業再蛻變之鑰 – i創科技

Micro LED:台灣面板業再蛻變之鑰


Micro LED技術不僅較LCD與OLED具備多重特色與優勢,應用範圍也相當廣泛,成為備受矚目的新世代顯示技術,預期將顛覆整個面板產業,是以工研院除積極投入資源進行應用與技術創新,並攜手產業界組成Micro LED國家隊,期能加速臺灣Micro LED的發展腳步,為臺灣面板產業開創第二成長曲線。

Micro LED的特性非常適合運用於超小間距室內顯示屏,高解析度、可任意拼接且無拼接縫,特別適合零售、精品業作為店內廣告屏幕使用,對於取代現有LCD屏幕方案具備強大競爭力。圖片來源:工業技術與資訊

過去20年,臺灣面板產業不論在技術、產量或產品多樣化,一直具備強大的競爭力,只是近年來在韓國、中國大陸廠商挾持國家資源的投入之下,令臺灣廠商遭受前後夾攻的威脅與挑戰,臺廠除以既有技術進行產品差異化取勝,不斷掌握新一代顯示技術,更一直是臺廠競爭力的重要策略,而繼液晶顯示器(Liquid crystal display;LCD)、有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode;OLED)之後,微發光二極體顯示器(Micro LED Display)已被視為最具發展潛力的新一代顯示技術。

有鑑於Micro LED發展潛力可期,工研院作為長年協助臺灣面板產業創新技術與應用的重要研究機構,近年來也積極投入Micro LED數位顯示技術的創新研發。日前更與聚積科技宣布將共同開發「超小間距LED數位顯示技術合作案」,透過此次合作將有助聚積科技加速Micro LED顯示屏驅動IC的開發時程,於未來協助客戶導入Micro LED於超小間距顯示屏應用,提升整體LED顯示屏產業價值。

聚積科技董事長楊立昌(左)、工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅,宣布共同布局Micro-LED數位顯示技術。圖片來源:工業技術與資訊

Micro LED商機可期 科技大廠與研究機構湧進

LEDinside 2017年最新研究報告指出,繼傳統LCD、OLED之後,Micro LED後續發展潛力可期,若以全面取代現有液晶顯示器的零組件的規模來推估,包括背光模組、液晶、偏光板等,未來Micro LED的潛在市場規模約可達300~400億美元。

另外,LEDinside 2016年的另一份報告則顯示,LED顯示螢幕產值將於 2020 年達到 50 億美元,其中小間距LED 顯示螢幕產值可達近 13.5 億美元;Transparency Market Research也估計,2024年小間距LED顯示屏產值達31億美元(約新臺幣961億元),同樣呼應小間距LED顯示屏市場成長的趨勢。

有鑒於Micro LED的可用性與潛在商機巨大,因此已經吸引全球科技大廠搶進,來自全球的重量級研究機構,也積極投入資源研究技術與應用。廠商的布局方面,LEDinside指出,包括蘋果(Apple)、索尼(Sony)以及全球顯示器供應鏈,皆高度關注與投入Micro LED,且廠商間正努力克服Micro LED的高製造成本,加速推動Micro LED的發展。

工研院指出,國外主要Micro LED研究團隊有美國德州理工大學(Texas University)、美國伊利諾大學(Illinois University)、英國史崔克萊大學(University of Strathclyde)拆分的公司mLED、法國原子能署電子暨資訊技術實驗室(CEA-Leti)、日本沖電器(OKI)等,目前也都已經端出具體成果。例如德州理工大學發表的「綠光主動定址Micro LED陣列晶片」,結合了Micro LED陣列和CMOS的驅動IC,每顆Micro LED微晶粒皆對應一驅動電晶體電路,可作個別的發光控制;另外,mLED公司目前已提供 Micro LED技術平台,配合客戶開發生醫、微顯示、列印、半導體製程光源等相關應用模組或產品。

多重技術優勢與特色 Micro LED廣受矚目

智慧城市與智慧生活時代的全面來臨,促使室內大尺寸、高解析度顯示應用市場需求大幅提高,而由於 LCD、數位光源處理技術(Digital Light Processing;DLP)具有拚接縫的缺陷,無法提供超大型顯示屏的完美觀賞體驗,因此無拼接縫的Micro LED顯示屏市場需求因應而生。

Micro LED隨著不同的畫素尺寸與週期,可以應用於不同領域,小至穿戴式產品如頭戴式顯示器,大至數位看板顯示屏 (Digital Signage)等,並且表現會較LCD或OLED為佳。

圖片來源:自購圖庫

工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅表示,Micro LED為自發光顯示技術,其原理主要是將LED 結構設計進行薄膜化、微小化與陣列化,將LED縮小到至少原本LED的百分之一,因此具備低功耗、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、效率較高等特性,不僅可降低量產成本,更可提升整體解析度,可望取代OLED、LCD等現行顯示光源,成為未來的主流顯示光源。

吳志毅進一步指出,以低功耗特性為例,Micro LED尺寸與寬度極小,相近於一根頭髮或更小,未來隨著技術不斷發展,甚至可以做到人眼無法看見的顆粒大小,但發光效能卻遠遠優於OLED,兩者相差可達二至三倍,因此在同樣亮度的顯示屏而言,Micro LED電池壽命高出二至三倍,有助於解決電子顯示屏最被詬病的功耗問題。

又以生產效率來看,吳志毅說明,Micro LED生產時不受面板廠尺寸限制,且透過「巨量轉移」(Mass Transfer)技術,Micro LED廠房可以塑膠基板或矽基板取代玻璃基板,因此不用投入動輒新臺幣百億甚至千億的資金,建置大尺寸面板廠房,初估大約只要新臺幣數十億元,就可以建置一個可規模量產的Micro LED廠房。

就應用面而言,Micro LED隨著不同的畫素尺寸與週期,可以應用於不同領域,小至穿戴式產品如頭戴式顯示器(Head-mount Display;HMD)、手環/手錶顯示面板、抬頭顯示器(Head-up Display;HUD)等,大至數位看板顯示屏 (Digital Signage)、電視等應用皆可,表現並且會較LCD或OLED為佳,例如,Micro LED的高解析度、可任意拼接且無拚接縫等特性,適用於零售、精品業店內廣告屏幕,對於取代現有LCD屏幕方案,具備強大競爭力。

 

工研院加速技術與應用創新 與全球並進

為掌握LED微型化潮流,臺灣於Micro LED的投入也非常積極,除了友達、群創、晶電等大廠,早於2009年便投入Micro LED開發的工研院,至今也已經累積相當的製程技術與經驗。吳志毅強調,工研院以化合物半導體製程技術結合發光二極體微晶片與場效電晶體基板,目前已成功發展出可達2,000 ppi的單色Micro LED技術,並且成功將自製單色Micro LED陣列產品整合至 HMD 與 HUD 系統上,進行測試。

而在三色RGB全彩技術方面,工研院已發展出446 ppi解析度的相關技術,高於iPhone的326 ppi解析度,這意味Micro LED已可應用於高階手機,也顯示出工研院無論於單色或全彩顯示面板的開發,皆屬於佼佼者。

吳志毅進一步指出,儘管工研院在Micro LED的技術與應用創新上,已經有很好的表現,但是這樣還不夠,為解決目前Micro LED產業化的既有瓶頸,工研院研究團隊還繼續投入資源進行創新,力求達到降低生產成本與提高生產良率,以及讓產品均勻度更高、尺寸可以更縮小等目標,致力於使工研院成為Micro LED產業化的主要推手之一。

早於2009年便投入Micro LED開發的工研院,至今也已經累積相當的製程技術與經驗。圖片來源:工業技術與資訊

籌組Micro LED國家隊 奠定臺灣產業競爭力

除了在技術發展上走在市場前端,工研院也致力於攜手產業界,打造我國完整的Micro LED供應鏈體系,2017年與聚積科技合作,布局Micro LED數位顯示技術,期能使臺灣在Micro LED全球市場競爭中,占得一席之地。

「實現更小間距顯示屏的目標,不僅考驗顯示屏製造商的研發能力,產業鏈供應商也必須有相應解決方案。」聚積科技董事長楊立昌表示,如果要製造P1(點間距1mm)以下的小間距LED顯示屏,目前已遇到技術和成本瓶頸,即使有LED顯示屏廠生產出P1以下的顯示屏,也都還不到量產階段,無法廣泛推廣,而塊缺口這正是Micro LED的機會,因此聚積科技掌握市場機會,加速著手開發Micro LED的驅動IC。

聚積科技總經理陳企凱補充,這次透過與工研院合作,發展使用Micro LED的超小間距LED顯示屏技術,除有助內部研發Micro LED專用驅動IC,並可提前布局由Micro LED所帶領的「次世代顯示潮流」。

與個別廠商的合作之外,2016年底開始工研院就以籌組Micro LED國家隊的想法,串連20多家顯示、LED、半導體及系統整合廠商組成的「巨量微組裝產業推動聯盟」,此一聯盟將聚焦在Micro LED領域,力促Micro LED國家隊的成形。吳志毅表示,Micro LED國家隊第一階段將以平台的角色,串連上、中、下游廠商,讓產業鏈可以藉此平台進行交流或互相提供技術資源,由於臺灣電子產業供應鏈一直十分完整,許多廠商都具備相當實力,因此若能在Micro LED串聯產業上下游的資源,相信將為臺灣Micro LED的發展,帶來很大的助益。

舉例來說,Micro LED微晶粒可直接以巨量轉移技術,將不同LED移轉到較大的PCB背板之上,降低生產成本並大幅提高生產良率,因此是Micro LED產業化的關鍵技術之一,但是至今巨量轉移技術仍未到位,目前工研院自行開發的轉移設備,已可成功完成巨量轉移 Micro LED,由此可見,未來臺灣如能透過國家隊共同進行巨量轉移技術研發,就有更大機會走在產業前端。

綜觀來看,過去幾十年來面板顯示器技術不斷演進,每當一個可實際應用又合乎成本的前瞻性技術成熟,取代既有技術大量普及,便會顛覆既有產業的競爭樣貌,因此,當Micro LED即有機會成為下一個顛覆產業的新興顯示技術,臺灣面板產業應該積極佈局,加速臺灣Micro LED產業鏈的成形,過程中工研院也將持續投入創新與整合資源,攜手產業界,共謀Micro LED技術為面板產業帶來的新契機。

(本文經工業技術與資訊授權轉載《工研院攜手產業組Micro LED國家隊》)

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