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巨量轉移

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搜索低成本/高效益解方 MicroLED技術瓶頸打通關

台灣在LED與LCD產業同時占有舉足輕重的地位,然而技術與應用的成熟讓兩者在近年的市場發展同時遭逢困境,MicroLED顯示器由形成個別畫素的微型LED陣列組成,使用氮化鎵(GaN)LED技術,具高亮度、高動態範圍、廣色域、快速更新率、廣視角和低功耗等特點,也可發展折疊式面板,被看好是下世代顯示器明日之星,連Apple都積極投入技術開發,因而引發各界矚目。 MicroLED被看好成為兩個成熟且高度競爭產業的救贖,台灣的LCD與LED產業同時擁有研發能量與完整產業鏈。過去幾年,晶粒微小化、小間距排列與巨量轉移等技術挑戰持續有進展,2020年MicroLED從特殊商用產品踏出商品化的關鍵腳步,未來幾年持續為大量消費性應用發展暖身,接下來的三~五年將是台灣產業是否能搶占灘頭堡的關鍵。 巨量轉移流派眾多各自登山 傳統的LED技術與應用已進入成熟期,將晶粒微小化成MiniLED或MicroLED開創產品全新的應用,清大材料科學工程系教授陳學仕(圖1)表示,一般而言MicroLED的定義在於晶粒尺寸小於50μm或不使用基板,製程上則與傳統LED幾乎一致,難度在於晶粒微小化之後發光效率如何維持,巨量轉移的便利性與修復技術,模組化的良率與成本如何降低等。 MicroLED轉移近年來一直是技術發展的重點之一,業界投入許多資源,陳學仕指出,目前巨量轉移技術還是有多個流派,如壓印式轉移、磁力轉移、靜電力轉移、滾印轉移等多種技術,屬於百家爭鳴的狀況,每個技術原則上都可行,卻也都存在明顯的缺陷,其中關鍵的技術良率與成本還是未臻理想,等於個個有機會,但人人沒把握。 另外,檢測技術的發展也差不多,陳學仕舉例,中國廈門大學與台灣交大的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統進行MicroLED測試使用,該系統結合了電腦、電流、數位攝影機、電流供應棒與顯微鏡搭配支援軟體,能夠捕捉並分析顯微鏡影像,測量MicroLED晶片的亮度。美國新創公司Tesoro提出製程檢測方案,結合了非接觸型EL測試與波束定位(BAR)的轉移方法,能夠只將好的MicroLED晶片高速轉移到目標基板上。 日本設備廠Toray則推出MicroLED檢修解決方案,以光線自動檢測工具進行零接觸檢測,檢測完以後使用其雷射修剪工具,根據檢測結果剔除MicroLED晶片不良品。整體而言,陳學仕認為,MicroLED的檢測技術發展不會出現跳躍式的技術改善,而是線性的進步,所以預計還需要幾年時間發展。 量子點協助跨越巨量轉移瓶頸 在LED晶粒長晶完成後通常要將晶粒從晶圓基板取下,再將LED轉移到電路板或TFT基板上,既然在轉移的過程中出現技術瓶頸,目前也有廠商提出不轉移的做法,直接將晶圓片上長出的晶粒做成LED面板,並使用螢光粉轉換出其他顏色,或者減少轉移次數,即是只移轉同樣顏色的晶粒,比如移轉藍色的晶粒再透過轉換螢光粉轉換出紅色與綠色,如此可以減少兩次移轉成本並達成良率提升的綜效。 也有一些作法是透過量子點(Quantum Dots, QDs)以類似彩色濾光片的方式,進行LED晶粒的顏色轉換。陳學仕說明,量子點是一種奈米晶體,並可以用尺寸來控制能隙,其顏色是決定於能隙,所以只要控制尺寸的均勻性就可以控制色純度,其中控制尺寸是材料合成中最重要的一個階段,典型的量子點結構如圖2所示。 量子點可以協助各種顯示技術提升色彩展現能力,近年LCD TV加上量子點就變成QLED電視,OLED電視也透過量子點變成QD-OLED電視,都可以有效提升色彩展現能力,尤其在大尺寸面板上,色彩的豐富度直接影響顯示的細膩程度。而MiniLED或MicroLED顯示器,則是透過量子點協助色轉換,不需要使用RGB三色的晶粒進行多次巨量轉移,可以有效降低成本。陳學仕認為,未來各種技術顯示技術,量子點的利用是產品成敗的關鍵之一。 巨量修復又快又好才可勝出 巨量修復(Mass Repairment)是MicroLED另一個關鍵的技術,MicroLED貼裝後,回焊(Reflow)以前階段的不良重工,視覺系統檢驗出回焊以前的不良晶粒,精密Pick & Place可以移除個別有問題的晶粒,移除不良晶粒後,在PAD上點膠小量錫膏,可調整晶粒單位的Pick & Place將良品晶粒貼裝在正確位置。 由於MicroLED晶粒體積小,如何在挑出缺陷晶粒之後有效維修並替換,也成了一項艱巨任務。MicroLED顯示器廠商目前使用的修復方案包括紫外線照射維修技術、雷射光融斷維修技術、選擇性拾取維修技術、選擇性雷射光維修技術及備援電路設計方案等。另外,巨量修復可以說是巨量轉移的升級版,不只是能夠大面積地撿取LED晶粒,更要做到大面積指定位置撿取LED晶粒,並替換大量好的晶粒技術。
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突圍技術瓶頸 Micro LED穩健邁向量產

先前筆者曾探討了顯示器技術一路從映像管(CRT)、電漿顯示面板(PDP)、液晶顯示器(LCD),進展到今天的有機發光二極體(OLED)、迷你發光二極體(Mini LED)乃至微發光二極體(Micro LED)和Micro-in-mini。從目前產業界的發展來看,手表、手機,已經被OLED的技術所占據,已擁有一定的規模經濟和成本優勢,相較於LCD又有更省電的優點,在可攜式裝置的應用領域,其餘的顯示器技術在短時間內將很難與之抗衡。而Tablet、Notebook、TV的市場價格敏感度相當相當的高,除了LCD之外,目前其他顯示技術也很難撼動、滲透。因此,Micro LED可切入的市場將聚焦在極大和極小的應用領域,意即Public Information Display(PID)和AR/VR。然而,AR/VR是一個極度系統性整合設計的應用領域,全世界目前僅有幾家大品牌廠商有此實力可以進行整合性開發,而且如此高的解析度對TFT而言是極困難的,所以將會是CMOS的天下。所以,Micro LED最早產業化的應用領域將會是PID,這是無庸置疑的,那目前的Micro LED邁向產業化的路上還有哪些技術瓶頸有待克服呢?雖然這些技術瓶頸在其他應用領域會遇到的技術障礙有其重疊之處,但是解決方案可能會因其應用領域特性的不同而有所差異。 .巨量轉移(Mass Transfer) .接合(Bonding) .維修(Repair) .紅光Micro LED發光效率 巨量轉移的技術先前已經探討過,因此本篇文章不再贅述,將會聚焦在後面三項。 三種接合各有優勢 顧名思義,Bonding就是將Micro LED的電極和電路基板電性上接合、導通。目前在半導體、LED、TFT LCD業界常見的Bonding方式有: .異方性導電膠(ACF) .錫膏回焊(Sn-paste Reflow) .共晶接合(Eutectic Bonding) 首先,以下來談ACF。如圖1所示,ACF的原理是將大小數微米(~μm)的塑膠小球表面鍍上Ni或Ni/Au,然後混入膠中,當對這個ACF加壓加熱時,塑膠球會被壓扁,上面Micro LED的電極透過塑膠小球表面的Ni或Ni/Au導通至下面的電路基板,同時,膠受熱固化,把上下電極和塑膠小球牢牢抓住、固定住,維持電性導通。因應Micro LED的特性,塑膠小球的尺寸、密度、整體厚度、黏性,都有別於以往的ACF,需要特別為了Micro LED重新開發。但是它的缺點是壓力大及價格高,針對這些需求及弱點,筆者亦有申請並獲得數個日本及美國關於ACF的專利,來解決上述問題。 圖1 Micro LED利用ACF進行接合 其次,錫膏回焊是一個很成熟的SMT技術,具體的做法是將薄鋼板依電路基板的電極相對位置挖洞,對準、覆蓋在電路基板上,將錫膏刷上去,錫膏會透過鋼板上的洞附著在電路基板的電極上,然後將電子元件或晶片置於其上,進迴焊爐,將錫膏中的溶劑加熱去除,接著Sn和上面的晶片電極與下方的電路基板電極化合形成合金。但是這個技術受限於鋼板開孔尺寸無法縮小,就算是採用噴錫的方式,依舊無法縮小到Micro LED電極尺寸的量級,僅能適用於Mini LED大小的晶片,所以,Micro-in-mini是一個可能可以適用SMT錫膏迴焊技術的解決方案。 Eutectic Bonding,也就是共晶接合,常見的共晶系統有SnCu、SnAu、SnNi等,在共晶溫度下,二種金屬會以液態的方式融合在一起,然後降溫變回固態、接合在一起。 考量到Thermal Budget的問題,目前有許多人在Micro LED的接合上採用InAu的Eutectic Bonding,如圖2所示,因為它有一個相的Eutectic...
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顯示技術新世代倒數計時 迎接Micro LED商業化時代

19世紀末Karl Ferdinand Braun用陰極射線讓真空管上的螢光粉發光,直到1940年代,CRT映像管電視才開始流行;1888年,奧地利化學家Friedrich Reinitzer發現了液晶,1960年代第一台液晶顯示器(LCD)誕生,2006年液晶電視才開始普及,成為現在顯示器的主要技術來源。每個技術的開發到其應用,其實都受到當時的環境、相關配套技術的發展成熟度、人們的生活方式等因素的影響。1962年有了第一個發光二極體(紅光),1980年代實用型OLED開始開發。而下一世代的主流顯示技術會是什麼,成為最近人們熱烈討論的話題,Micro LED會取代現有的顯示技術嗎? 應用場景決定顯示技術發展 從1980年代起,IT資訊產業,無論是軟體或硬體皆快速發展,個人電腦普及率大幅提升,LCD也讓筆記型電腦走進實用化(最早的筆電其實是PDP)這時CRT與LCD還沒有替代關係。直到顯示器從CRT過渡到LCD時,桌上型電腦用的顯示器是最先開始更換的。隨著網路的進步、人們工作形態的轉變,筆記型電腦、手機使用率與普及率大幅上升,LCD的確是一個不錯的技術應用。隨著LCD的製程技術越來越成熟,電視也就開始大量地從CRT移轉到LCD了。但在2000年代,電視市場上還有PDP電漿電視的競爭。 2000年代初期,因LCD工廠的玻璃世代線不大(5世代線,Gen 5),能做的電視尺寸也不大,影像品質不如電漿電視。但隨著全球LCD面板廠的大量投資,玻璃世代線越蓋越大(到2020年量產生產線的主流世代線為Gen 8,另外還有5條Gen 10+),上下游供應鏈亦趨成熟完整,最終電漿電視不敵LCD,在2014年全面退出市場。當時LCD與PDP對技術的競爭與進步都是持續在進行的。但若從應用面來看,LCD在個人電腦的顯示器、筆記型電腦、手機都已有很高的滲透率,且出貨量還不斷成長。對於面板廠來說,產品彼此之間的技術與製程基本上差異不大,所以LCD在各產品領域的應用及布局,對比PDP來說是要完整許多。就可攜式移動產品來說,功耗是很關鍵的指標,而以PDP的驅動顯示原理來看,應該很難應用在手機、筆電等產品。 OLED目前在手機與電視都有產品量產,這幾年也開始應用在AR/VR的產品上。但不論是手機、電視或是未來的AR/VR,都是屬於高階的產品。而除了手機外,其他的市場占有率都不高。價格高是主要的因素。但高價格的背後是在於OLED能提供給消費者超過LCD的價值有多少?如果差距不大,那價格還是普及的一個關鍵要素,因此若OLED想成為顯示主流技術,整個OLED產業鏈是否能提供足夠成本競爭力是最大關鍵。 目前全球有將近30座OLED工廠,其中只有2座Gen 8有實際在生產運作,其餘的都是Gen 6以下的世代線,生產以手機面板為主。OLED的生產線投資較高,大尺寸的OLED生產線投資更高。從機台設備、材料、相關零組件都比LCD廠高,所以OLED的產品成本自然也就不低。價格降不下來,市場上較難成為主流產品,目前使用OLED面板的智慧型手機約只占全部手機市場的35%。未來OLED的生產線要擴展也主要在Gen 6以下的投資來提高OLED手機的滲透率。 而大世代線的工廠只有韓國LGD的2座Gen 8生產大尺寸電視。OLED TV從2014年量產發展到現今的市占率不到2%,再加上LGD近期對於Gen 8+OLED產線的擴產投資暫緩及延後,可以看出對於大尺寸OLED的策略還在觀察,這樣一來設備、材料的成本難以降低,OLED的生產線的投資也就還是一直居高不下。這讓OLED產品在市場上局限於智慧手機的應用,無法擴大OLED的應用領域,將難以形成主流技術。 手機、筆記型電腦、Pad等可攜式的產品需求在於輕、薄、省電,因此OLED自發光的特性,相較於LCD只需一片玻璃,是不錯的選擇;而在大尺寸顯示器,像是在電視的應用上,除了輕薄外,暗態更暗,可視對比更高,動態影像的畫質表現都比LCD要好。但OLED在大尺寸顯示器及電視的占有率卻沒有手機市場來得高。成本、價格高固然是一個因素,但從市場消費行為的角度來看,消費者對於一個產品是屬於個人專屬的要比起多人共同使用的,更願意付出較高的價格換來更高階的產品。所以在大尺寸的應用上,OLED的滲透率就不高。Micro LED與OLED一樣,屬於自發光型態的顯示器,擁有極黑的暗態畫面、可視對比高、動態影像畫質優異等優點,在顯示器的應用上是相當不錯的技術,應用領域上從穿戴式的手表、AR/VR、手機到大尺寸的電視,以及戶外看板等,理論上應用領域比OLED更廣。但Micro LED的發展要比OLED來得晚,整體產業鏈還不夠成熟完整,與OLED產品一樣初期面臨著成本過高的問題使得市場難以打開。雖然現在Micro LED的樣品展示從小尺寸的車用螢幕、可攜式產品的應用到大尺寸的電視都有,但目前還沒真正看到商業化成為消費等級的產品出現,消費者對Micro LED的產品還不熟悉,尚未感受到Micro LED帶來的優勢與好處。第一個應用Micro LED的商業化產品就相當關鍵了。Micro LED的晶粒尺寸小,對於畫素極小、極高Pixel Per Inch(PPI)的AR/VR顯示器應用來說相當適合。然而AR/VR屬於高階且是特殊領域的應用場景,而LCD的技術成熟、產業鏈完整、價格極具優勢,Micro LED要從目前的大眾產品出發,推廣普及也會面臨挑戰。 Micro...
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橫向整合/技術改善齊發 Micro LED構建產業鏈拚量產

微發光二極體(Micro LED)具備多項技術優勢,如高亮度、省電及可做出光機微型化模組,且其自發光特性架構簡單,在大型化的顯示上更優於OLED與LCD,待Micro LED技術成熟後,將有機會成為顯示技術的新主流。因此近年來吸引大批廠商投入發展,在逐步邁入量產的階段,各家廠商除了透過結盟打群架,也持續強化Mini LED厚植技術與市場實力,產業動態好不熱鬧。 而台灣在LCD與LED產業同具雄厚實力,被看好最有條件成功發展Micro LED產業鏈,國內近年也掀起Micro LED發展熱潮;本文將從產業發展現況與巨量轉移技術發展動態,以及生產設備進展等面向,觀察國內廠商投入與發展樣貌,一窺Micro LED產業的「超前部署」。 產業結盟打群架 Mini LED試水溫讓子彈飛 近來許多廠商如三星(Samsung)、LG等皆在展會中發表Micro LED螢幕,也紛紛發布量產計畫,集邦科技研究副總儲于超(圖1)對此表示,現階段市場的大型顯示螢幕價格仍居高不下,因此尚未獲主流消費市場回響,2020年許多廠商傾向於以技術難度較低的Mini LED作為商業化重點,如高階電競螢幕。 圖1 集邦科技研究副總儲于超表示,Mini LED產品的打頭陣,將會是各方決定是否投入Micro LED量產的關鍵指標 另外,許多廠商透過結盟強化技術開發進度,儲于超認為像三星及蘋果(Apple)等品牌大廠,較傾向於獨立發展關鍵技術,建立自身的供應鏈,決定產品規格後再串連上下游供應鏈。至於近期許多廠商結盟的動態,他認為總體而言是好事,但結盟較常見於主力於代工的台廠及中國廠商,因其無法獨立掌握整條供應鏈,如三安與京東方、晶電與利亞德便為實例。 環視各國產業區位,從本質上來看,Mini LED及Micro LED皆屬於競爭替代的技術,因此韓國雖長期傾力發展OLED面板技術,相對壓縮台面板廠生存空間,但也因此在Micro LED技術發展態度上呈現搖擺,難以全力主攻Micro LED技術的研發;日本以索尼(Sony)為主要大廠,但其傾向廠內自行研發,外界較難一窺發展動態;而中國除了以政策扶植搭配大量資金挹注的策略,地方政府及相關廠商雖進一步投入技術研發,並持續進行人力挖角,同時近年內技術專利數量快速上升,但技術層面現階段與台廠仍有落差。至於台廠實力則是結合LED、面板及半導體廠,可組成堅實完整的供應鏈,加上Micro LED技術實力相對領先,很有機會搶占有利位置。 至於外界傳2022及2023年將可能實現Micro LED產品的量產,光電工業協進會(PIDA)分析師林政賢(圖2)則認為,Micro LED技術的決勝關鍵在於消費市場的導入,台廠需盡快掌握市場先機,將技術導向量產。進一步回顧近期消費性市場,由於近幾個月以來武漢肺炎疫情重創全球,除了波及供應鏈零組件供貨進度外,面板消費需求隨著疫情攀升,2020年第一季已重挫15%。因此,消費需求的轉變勢必打擊現階段各國主流面板大廠的士氣。 圖2 光電工業協進會分析師林政賢表示,由於面板需求因疫情消退,台廠應把握機會搶占先機 進一步審視台廠的產業定位,林政賢說,台灣具有紮實的LED技術及跨產業供應鏈,因此看好台廠研發前景。但他指出欲穩健發展的Micro LED技術,必要條件為品牌大廠的拋磚引玉,因其具一定程度的資金與資源,能夠承受技術前期的盈虧浮動,因此台廠的劣勢同時亦體現於代工起家的先天條件,沒有諸如索尼、三星這類大廠可以作為領頭羊。因此,為克服先天劣勢,跨領域產業的整合勢在必行,如工研院於2016年便協同多領域跨國廠商,共組巨量微組裝產業推動聯盟(CIMS),從設備、晶粒、IC、半導體製程著手,期望串聯系統與品牌廠,盼能建置完整產業鏈,為台廠帶來新契機。 轉移流派各有優勢  產品特性/價格為導向 除了需橫向、平台式整合產業鏈外,Micro LED技術障礙尚包含背板材質、PCB基板的高度/平整度、接合(Bonding)、驅動IC設計等問題,其中又以巨量轉移技術為最關鍵的環節。工研院電光系統所副組長方彥翔(圖3)說明,Micro LED的應用可依產品特性及價格需求導向作為分野,因此製程中各巨量轉移技術各具優勢。 圖3 工研院電光系統所副組長方彥翔表示,Micro LED技術所需的良率取決於產品特性及價格需求 但由於各技術流派所能達到的良率及產品所需條件不同,意即高/低解析度產品各有不同良率,如車載螢幕必須能面對潮濕環境條件以及氣候因素,將對其可靠度產生影響。以低解析度產品為例,其良率標準為99.9%,高解析度則須達99.99%,若搭配修補技術,良率將可達到100%。以下則針對巨量轉移相關技術流派延伸探討。 雷射轉移 此技術由於過程中能量較強,因此溫度亦會較高;在升溫的同時其能量亦可能造成原先排列已相當密集的LED晶粒損傷,產品應用解析度為中等。 電磁吸取 採用磁力,利用電磁效應以電力產生磁場,但若要產生磁場的電流需要以高電流通電,對於模組能否承受則是一個關鍵的問題,適合應用於高解析度產品。 流體裝配 以流體作為轉移媒介,但是由於藉由浮力控制,操作存在高難度,因此亦較適合用於低解析度產品。 靜電轉移 為蘋果使用的專利技術,使用靜電力,為巨量轉移技術中能吸取LED晶粒中大小最小的方式,良率也最高,因此適用於高解析度的產品。但若欲產生靜電力的前提,必須要以電壓差產生靜電,因此在晶粒間距非常小的前提下容易被電壓噴飛,因此需克服高電壓的問題。 滾軸轉移 採取類似滾輪的方式滾平,由於需多次反覆執行,除非精密機械加工技術良好,否則其中存在的壓力將較易使晶粒之間的間距不一,而LED需要精密排列,存在較難對準的問題,因此該轉移方式較適合用於低解析度、容忍度較高的產品。以優顯科技為例,執行長陳顯德(圖4)表示,該公司採用的技術是以選擇性雷射剝離技術搭配滾軸轉移技術,適用於大多數的製程,並可彈性決定轉移數量(如1顆或是1,000顆皆可),較不同於現行供應端大廠紛紛致力於開發特殊技術,拉開彼此競爭差距的狀況。 圖4 優顯科技執行長陳顯德表示,台灣需要整合LED廠及TFT廠的「橋樑」 微轉印 其以藍寶石為基板,在目前的巨量轉移技術中,較普遍使用凡德瓦力或是具有黏性且有凹凸結構的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,...
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巨量轉移/修復齊頭並進 Micro LED利基市場先行

目前Micro LED顯示器,最大的挑戰仍在降低成本。從生產設備的改良、檢測方式的革新以及巨量轉移的開發等,都是廠商正積極努力的方向。由於短期內降低成本的困難度仍高,因此利基型的大尺寸小間距顯示器產品與穿戴式裝置,成為最有機會率先導入市場的應用類別。 工研院電光系統所組長林建中(圖1)表示,市場應用端接受度的高低會影響一個技術的發展,以Micro LED顯示器而言,大尺寸小間距顯示器很可能會是最早進入市場的應用。比方說現有的LCD沒有辦法做出100吋的顯示器,因此Micro LED就可以找到一個利基點進入市場。 圖1 工研院電光系統所組長林建中表示,Micro LED在穿戴式裝置具備良好潛力。 錼創科技(PlayNitride)營運長陳銘章表示,新一代顯示技術Micro LED具備高可靠度、高亮度、對比度和輕薄等優勢,初期市場以高階產品為導向,在顯示技術中將從LCD與OLED較不擅長的領域起步,例如戶外高亮度需求的顯示,或需要高可靠度的車載應用和超大尺寸螢幕等。 小間距顯示器/穿戴式裝置率先登場 在2019年可以看到的Micro LED應用應該會是室內小間距顯示器,另一個則是穿戴式裝置,如智慧手表等。林建中進一步說明,Micro LED在功耗、亮度、對比度、反應和壽命等方面都非常有潛力,比目前看到的LCD或OLED更好。但是整體而言,接下來幾年應該都還是會看到LCD、OLED和Micro LED並存於市場的趨勢。因為LCD長期投入了大量的資本,也已經達到了一定的規模與成熟度,在很多應用上不是新技術容易取代的,加上OLED在過去10年也投入了大量資本,這幾年才看到OLED的市場與應用出現,現在正是要收成的時節。因此儘管Micro LED潛力強大,但若是要談論Micro LED取代LCD或OLED則還有點太早。 林建中指出,三星(Samsung)和LG在2019年都開始用Micro LED做展示用顯示器(75吋或更大),但價格還是偏高。另外,Micro LED在穿戴式裝置的應用是非常有潛力的,由於Micro LED在戶外也能有極好的亮度表現,功耗也非常低,可以持續長時間使用而不用充電。但是商品發表或上市時程還是要看各家大廠的打算,因為穿戴裝置的價格敏感度較高,Micro LED成本偏高,也因此LCD在市場上還是有成本的絕對優勢。 聚積科技(Macroblock)董事長楊立昌(圖2)表示,Micro LED相較於其他顯示技術而言,在顯示器中最重要之亮度、功耗、對比度、壽命、反應速度這幾方面最為突出,也因此蘋果(Apple)、索尼(Sony)、Samsung、FB等國際大廠皆相繼投入此技術之研發;唯獨成本上高於其他顯示技術,也因此須鎖定LCD、OLED較無法切入的利基型產品為主。 圖2 聚積科技董事長楊立昌表示,Micro LED將以大尺寸小間距顯示器為市場最有機會先出現的應用。 楊立昌指出,如果考慮目前現有的技術能力,Micro LED初期將會有兩大應用方向,一是室內小間距顯示器,例如Samsung於2019年CES展出的75吋「The Wall」,在解析度、亮度、對比度上都具有優良的性能。二則是可穿戴市場,也有消息指稱蘋果將在未來的Apple Watch和iPhone上使用Micro LED技術;從短期來看Micro LED市場集中在小型顯示器,從中長期來看,Micro LED的應用領域非常廣泛,橫跨穿戴式設備、室內小間距顯示器、電競螢幕、車載顯示、AR/VR等多個領域。 各廠巨量轉移技術鴨子划水 Micro LED的成本要下降,巨量轉移就要做得好,同時磊晶的品質也非常重要,磊晶要做到光電特性均勻、發光波長均勻,這些都是做LED基本的要求。林建中說明,Micro...
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Micro LED巨量轉移鴨子划水 聚積良率目標99.99%

Micro LED相較於其他顯示技術而言,在顯示器中最重要之亮度、功耗、對比度、壽命、反應速度這幾方面最為突出,也因此蘋果(Apple)、索尼(Sony)、三星(Samsung)、FB等國際大廠皆相繼投入此技術之研發;唯獨成本上高於其他顯示技術,也因此須鎖定LCD、OLED較無法切入的利基型產品為主。 聚積科技(Macroblock)董事長楊立昌表示,如果考慮目前現有技術能力,Micro LED有兩大應用方向,一是室內小間距顯示器,例如Samsung於2019年CES展出的75吋「The Wall」,在解析度、亮度、對比度上都具有優良的性能。二是可穿戴市場,也有消息指稱蘋果將在未來的Apple Watch和iPhone上使用Micro LED技術;從短期來看Micro LED市場集中在小型顯示器,從中長期來看,Micro LED的應用領域非常廣泛,橫跨穿戴式設備、室內小間距顯示器、電競螢幕、車載顯示、AR/VR等多個領域。 楊立昌指出,目前Micro LED良率以及產量主要可分為晶粒與巨量轉移兩大部分,前者的克服方式為一片晶圓(Wafer)的晶粒波長均勻性一致性比例須提升,如此可提升晶圓利用率並降低成本,最好是能做到100%的良率;後者為為巨量轉移的轉移次數或是單次轉移數量要增加,又或是縮小晶粒尺寸提升可修補空間,另外巨量轉移的良率與PCB板的平整度也有直接的關聯;但由於兩大問題並未這麼容易可解決,因此檢測與修補設備開發需求就因應而生,檢測設備須縮小可檢測晶粒之尺寸與速度;修補設備則須提升可修補之精度;因此綜合上述所說,若要提升良率、產量必須要從晶粒、巨量轉移、檢測、修補四大方向突破與克服。 楊立昌進一步說明,從基板的角度來看,平坦的程度由高到低是矽基板、玻璃基板、PCB板,穿戴式裝置顯示器可以做在矽基板上,因此會相對只能做在PCB板上的大型顯示器好做。但目前看起來,手表這類穿戴式裝置的市場還是由三星或蘋果等大廠一手包辦。另外,現在已經可以看到的Micro LED應用還有中控室大廳的小間距顯示器,新聞主播背後的顯示器,和車展中心的展示螢幕等等。 Micro LED降低成本的方式可藉由縮小晶粒提升一片wafer的利用率,以及提升每次巨量轉移的數量、次數與良率。同業研究目標集中在巨量轉移上,有各種方式,包括了雷射轉移、電磁吸取、滾軸轉移、流體裝配等不同技術,目前無法得知個別技術的成熟度,但僅能就外觀觀察接合良率與晶粒是否破損,至於電性上是否成功接合仍有待進一步考證。目前在巨量轉移技術的工具和設備都要客製化,廠商須自己開規格,各廠呈現鴨子划水的局勢各自努力。目前聚積與開發夥伴致力於用真空吸取的方式來實現,在可量產性已取得成果,計畫在2019年底前完成巨量移轉線的設置試產。目前聚積巨量轉移技術的良率可以達到99.9%,3個9的水準,2019下半年有望達到4個9的目標。 楊立昌補充,Micro LED產業橫跨面板、LED與半導體,此三大產業台灣皆擁有非常完整且技術含量非常強大的產業鏈,也因此台灣相較其他國家而言擁有得天獨厚的優勢,同時工研院於2009年就投入Micro LED技術,聚積藉由與工研院合作並基於工研院先前研發的經驗來縮短開發時程,聚積也參與工研院於2016年成立全球第一個Micro LED聯盟以加速發展Micro LED面板技術與產品,以及Micro LED驅動IC的開發,就現階段而言在台灣可以算是取得相當的發展基礎;市場機會部分,從目前Apple、Samsung、FB等國際大廠皆投入Micro LED研發可發現他們非常看好此技術。從中長期來看,Micro LED的應用領域非常廣泛,橫跨穿戴式設備、室內小間距顯示屏、電競螢幕、車載顯示、AR/VR等多個領域,因此也將帶出具有龐大商機的產業需求,市場前景無可限量。 大尺寸室內小間距顯示器是Micro LED切入市場的利基點之一。  
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Micro LED克服轉移挑戰 巨量修復是下一關

新一代顯示技術Micro LED具備高可靠度、高亮度、對比度和輕薄等優勢,初期市場以高階產品為導向,在顯示技術中從LCD與OLED較不擅長的領域起步,如戶外高亮度需求的顯示,或需要高可靠度的車載應用和超大尺寸螢幕等等。而Micro LED製程當然也與傳統LED不同,除了巨量轉移之外,更不能輕忽的是巨量修復的技術。 錼創科技(PlayNitride)營運長陳銘章表示,巨量轉移經常被視為一大挑戰,是因為現在市面上並沒有現成的設備可以購買,廠商要進行巨量轉移,必須從設備的開發與改造開始。但是目前錼創已經克服了巨量轉移的挑戰,現在正致力於精進巨量預估和巨量檢測的技術,由於Micro LED已經不再適用傳統LED的製作方式,不可能繼續用單顆檢測的方式,現在必須要能做到一次檢測非常多顆,或一次預估很巨量LED的特性。 錼創科技行銷總監劉應蒼說明,巨量轉移技術的成功只是拿到了Micro LED的門票,會做巨量轉移代表能夠成功地做出產品,但是若要大量生產,必須掌握巨量修復的技術。針對此技術,錼創已經申請了一個巨量修復技術的解決方案專利SmarTech。進行巨量轉移,良率達到99.9%是一個基本的要求,儘管會繼續改善,但是不足的部分就要靠修復來完成。巨量修復的方式和巨量轉移一樣有很多種類,但是基本的概念就是單次複數顆的修復。並非單顆單顆地進行修復,而是在特定面積中若有20顆需要修復,就在對應位置轉移20顆晶粒取代。可以說巨量修復是巨量轉移的升級版,不只是能夠大面積地取LED晶粒,更要做到大面積指定位置取LED晶粒。 另外,劉應蒼指出,Micro LED成本難以下降的主要原因還是生產量不夠,良率是工程經驗的結晶,隨著時間發展,生產量提高,良率也會跟著提升,成本就會慢慢降下來。另一個問題則是總材料成本難以下降,因為總材料成本和需求量是相關的,所以會從高階市場開始,當量開始增加,成本就會開始降低,就可以開始導入價格需要較低的市場。 陳銘章進一步說明,Micro LED第一年成本仍會很高,但第一年的產品推出考量不會是成本導向,而是品牌導向。各大品牌還是會考量在成本極高的情況下推出旗艦機種,搶占市場先機。但是長遠來看,現在65吋電視的價格大概是5000美金左右,估計兩三年後Micro LED技術的電視有希望可以降到這個價格區間。 Micro LED初期市場將會從高階產品起步,主攻戶外、穿戴式、超大尺寸、車載等應用。  
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Micro LED利基市場先行 小間距顯示器首先登場

目前Micro LED顯示器,最大的挑戰仍在降低成本。從生產設備的改良、檢測方式的革新以及巨量轉移的開發等,都是廠商正積極努力的方向。由於短期內降低成本的困難度仍高,因此利基型的大尺寸小間距顯示器產品,成為最有機會率先導入市場的應用類別。 工研院電光系統所組長林建中表示,市場應用端接受度的高低會影響一個技術的發展,以Micro LED顯示器而言,小間距顯示器很可能會是最早進入市場的應用。比方說現有的LCD沒有辦法做出100吋的顯示器,因此Micro LED就可以找到一個利基點進入市場。 林建中進一步說明,在2019年可以看到的Micro LED應用應該會是室內小間距顯示器,另一個則是穿戴式裝置,如智慧手表等。Micro LED在功耗、亮度、對比度、反應和壽命等方面都非常有潛力,比目前看到的LCD或OLED更好。但是整體而言,接下來幾年應該都還是會看到LCD、OLED和Micro LED並存於市場的趨勢。因為LCD長期投入了大量的資本,也已經達到了一定的規模與成熟度,在很多應用上不是新技術容易取代的,加上OLED在過去10年也投入了大量資本,這幾年才看到OLED的市場與應用出現,現在正是要收程的時節。因此儘管Micro LED潛力強大,談論取代LCD或OLED還有點太早。 林建中指出,三星(Samsung)和LG在2019年都開始用Micro LED做展示用顯示器(75吋或更大),但價格還是偏高。另外,Micro LED在穿戴式裝置的應用是非常有潛力的,由於Micro LED在戶外也能有極好的亮度表現,功耗也非常低,可以持續夠久而不用充電。但是商品發表或上市時程還是要看各家大廠的打算,因為穿戴裝置的價格敏感度較高,Micro LED成本偏高,也因此LCD在市場上還是有成本的絕對優勢。 林建中說明,Micro LED的成本要下降,巨量轉移就要做得好,同時磊晶的品質也非常重要,磊晶要做到光電特性均勻、發光波長均勻,這些都是做LED基本的要求。但Micro LED要求又會比一般LED更高,因此對晶圓廠來說,就要更努力去達到這個目標,但是成本的降低和產量也非常有關,當生產量提升,也可以逐步提升良率。因此若能找到應用讓產量提升,相信不久的未來就可以突破這些技術上的問題。 另外,林建中也提到台灣的供應鏈目前還在建構的階段,台灣有穩健的基礎和實力可以做Micro LED,包括LED的晶圓廠、晶粒製作技術都有很好的基礎,如隆達(Lextar)、晶電(Epistar)等公司都做得非常好。同時台灣在微組裝技術也有很強的基礎。但除此之外,也希望系統廠和品牌可以進入供應鏈,與大家一起努力。因為要利用Micro LED這個獨特的技術發展應用,只有從應用端出來才能將需求帶出來,通常是系統廠和品牌廠能夠帶出應用端和訂出規格,他們有與消費者接觸的第一手資料,因此最能知道技術要應用在什麼場景,系統廠和品牌的加入,對於串起整個產業鏈將會有很大的幫助。 工研院電光系統所組長林建中表示,小間距顯示器很可能會是Micro LED最早進入市場的應用。  
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Micro LED從利基市場起步 2023年市值上看42億

目前顯示器市場面臨供過於求的局面,市面上充斥著標準規格的產品,如何創造差異化成了廠商的重要課題。在入場快速且競爭激烈的情勢之下,也刺激了新技術的發展,而Micro LED便是廠商可以選擇用來提升附加價值、提高競爭力、做出差異化的選項之一。 集邦科技綠能事業處研究協理儲于超表示,Micro LED要普及目前最大的問題還是在成本,使用Micro LED技術的面板商品化已經實現,但成本高居不下,消費者普遍仍難以接受。以三星(Samsung)為例,在成本高的情況下,三星也將售價拉高到一個螢幕上千萬台幣的價格,將目標先放在高階利基型市場,鎖定企業等消費能力高的客群,並持續尋找解決方案,若成本能下降到5、6萬,一般消費者能夠負擔,Micro LED面板就能夠普及。持續改良更新技術,Micro LED有望逐步商業化量產,2023年Micro LED市場產值更有機會達到42億美元。 儲于超指出,Micro LED新技術也帶來了新的製程,造成了供應鏈的改變。舉例來說,過去並沒有巨量轉移技術,但Micro LED的製程一次可能必須搬運上百萬乃至上千萬顆的LED晶體,和過去一次只有幾顆的規模完全不同,轉移的效率必須大幅地提升。也因此,巨量轉移的速率和良率提升就顯得至關重要,另外,為了提升轉移的效率,檢測和修復的技術也須要一同提升。 儲于超進一步說明,短期內Micro LED將從利基市場開始,如高階顯示器、大尺寸電視、AR等,後續也將應用於穿戴式設備或是車用面板,估計2023年有機會看到Micro LED應用於手機螢幕。但以現在的技術來看,大尺寸或是小尺寸都相對容易,反而是手機螢幕這類中小型尺寸卻要求高解析度的應用才是最困難的,現在的手機至少都有500、600ppi,要放入那麼多Micro LED晶體,又要全彩,價格也需要合理,困難度可見一斑。
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K&S推MiniLED轉移設備 速度有望5倍提升

看好MiniLED背光未來為商機,半導體封裝設備廠商庫力索法(Kulicke&Soffa, K&S)於近日與Rohinni攜手推出MiniLED轉移設備PIXALUX。該MiniLED解決方案相較於傳統的單顆取放(Pick&Place)轉移方法相比,速度可以提升3~5倍。   Kulicke&Soffa(K&S)集團高級副總裁張贊彬說明,目前傳統的LED背光電視大約使用50顆LED,然而隨著MIniLED於背光應用的普及,LED背光數量將提升至2萬顆以上。因此,將需要更有效率的轉移方式。PIXALUX解決方案一秒能夠轉移50顆LED晶粒,轉移速度是Pick&Place方法的3~5倍,更重要的是,該解決方案能夠在轉移過程同時完成目揀(Sorting)程序,為轉移節省更多作業時間,進而降低生產成本。   Rohinni副總裁Brad Telin則指出,目前該解決方案可以做到100×100微米(Micrometer, ㎛)尺寸晶粒的轉移工作,並且良率可以達到99.9999%。在未來,也將隨著MicroLED的發展持續推進該轉移技術,期望能在縮小晶粒尺寸的同時維持其轉移良率。   Telin進一步提到,事實上目前PIXALUX設備已能夠做到50微米MicroLED晶粒的轉移,在MicroLED的技術發展中,主要的技術局限依然在於晶粒製程的技術能力,而非轉移設備。因此,只要晶粒廠商能夠量產MicroLED等級的晶粒,PIXALUX就有能力轉移。在未來3年將會是MiniLED的技術開發關鍵時期,並將由大型顯示器優先開始導入MiniLED應用,該市場也將是PIXALUX最初實現的應用範疇。
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