- Advertisement -
首頁 標籤 MicroLED

microLED

- Advertisment -

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。
0

開拓顯示應用新藍海 MicroLED大膽突圍

MiniLED已經成功商品化,代表顯示器的技術進展到新的階段。LED晶片的尺寸縮小,朝著Micrometer的等級前進,而MicroLED仍需要突破巨量轉移等技術瓶頸,盡可能縮短生產時間、提升良率,進一步降低成本並確保產品的品質與使用壽命,同時找到具有發展優勢的應用藍海,就能邁向商品化的目標。由於MicroLED晶片尺寸小,製程設備與技術都需要升級,才能滿足高精度及高均勻度的標準,但是整個生產流程優化的速度不一,導致目前的良率仍不夠高,且檢測耗時又容易產生誤差,導致生產成本居高不下。 應用方面,公共環境及個人應用的顯示器數量不斷增加,因此應用場景從觀看距離及室/內外兩個層面,可以細分出多元的市場,因此MicroLED可以藉由拓展新的市場應用,邁向規模經濟,進而同時透過日漸成熟的技術及規模化商機降低成本,強化普及應用的動能。 技術瓶頸仍待克服 現階段MicroLED仍處於克服技術瓶頸的階段,距離商品化有一段漫漫長路。Trendforce研究經理楊富寶(圖1)指出,MicroLED面臨技術與成本的挑戰,因為晶片尺寸縮小,從製程、巨量轉移等方面,精度的要求更為嚴苛,廠商需要投入更多的資金與時間,更新設備及技術。然而MicroLED整體製程的提升,仰賴每個生產環節升級設備與技術,但是實際上各個生產環節的優化速度不一,例如背板技術符合要求,但是可能晶片良率還不符合標準,因此需要每個生產流程都升級到可以順利生產MicroLED顯示器的程度,才能解決技術瓶頸。 細究MicroLED晶片的生產過程,良率與檢測是兩個重要但不容易克服的挑戰。過去傳統LED晶片的良率很高,但是MicroLED的晶片需要達到較高的均勻度,老舊設備難以達成目標,導致低良率且高成本的現況。此外,LED晶片需要通過光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL)來減少外觀及訊號瑕疵,但是現有的檢測技術測試MicroLED的時候容易產生誤差,而且檢測要花很久的時間,時間成本高,因此品質維護不易。工研院電子與光電系統研究所所長吳志毅(圖2)解釋,技術成熟度與成本高度相關,業界雖然認同MicroLED顯示器的表現明顯優於OLED及LCD,但是成本太高,需要發展更成熟的技術,MicroLED產品的價格才有機會降低,進而邁向普及。 多元應用現商機 優顯科技執行長陳顯德(圖3)說明,生產一個晶圓的成本是固定的,所以縮小晶圓上的LED晶片尺寸,就可以在晶圓上放更多晶片,理論上每個晶片的成本就會降低。但是當LED晶片的尺寸小於100μm,就需要開發新的技術,導致成本增加。因此原有的LED技術可以達到的最小尺寸就是MiniLED,但是MiniLED尺寸小,應用在顯示器產品上時,需要搭配額外的周邊技術,包含製程、驅動等,所以即便占總成本六到七成的晶片成本下降,周邊技術的成本仍需要花費幾年時間,待技術成熟後才有機會降低總成本。 另一方面顯示器的應用仍有多元的發展空間,因此規模經濟是技術能力之外,另一個降低MicroLED成本的角度。顯示器的觀賞距離遠近、戶外大型看板、商場內、會議室、客廳等等,都存在不同的顯示器應用空間,技術應用可能從現有的傳統LED,升級到MiniLED,接下來則會有部分的應用過渡到MicroLED,部分則持續沿用MiniLED技術。例如智慧型手機或手表,使用者的觀看距離近,且產品本身的體積很小,所以一定要採用MicroLED。而大樓外牆的看板不一定需要使用小尺寸的LED晶片,但是注重亮度,才能確保在遠距離且戶外的觀看情境下,清楚顯示內容。 隨著資訊時代來臨,需要傳遞與接受的資訊爆炸性成長,顯示器的數量變多,過去的顯示器應用場景大多粗略分為商用及家用,現在則可以區分得更為細緻,而能找到MicroLED獨具優勢的一片藍海。例如台北地下街的廣告燈箱,可以歸類在室內且近距離觀看的應用場景,如果固定的海報燈箱改成使用MicroLED顯示器,除了畫面變得更精緻、對比更鮮明,還能依照不同時段經過的客群調整廣告內容,就能提高廣告牆面的廣告效益。 車用顯示也是MicroLED的應用機會之一,吳志毅提及,MicroLED顯示器對比度及亮度高,除了適用於大型看板,車用螢幕也能採用,協助駕駛在日光充足的時候,也能清楚看到螢幕內容。同時汽車的成本空間較大,因此有機會成為率先導入MicroLED的應用。工研院也投入研發MicroLED的AR/VR眼鏡等小尺寸、高解析度的應用,用藍光LED轉換出紅、藍、綠三色,試圖找到具有開創性的應用方向。 拓展市場差異化商機 楊富寶分析,從品牌廠的策略與動態,可以推測市場對MicroLED應用的期待。例如三星(Samsung)從電視著手,推出高價的MicroLED電視。接下來可以觀察在大型廠商推出高階產品後,產品的價格下降的時間點,就代表技術有所突破,因而能降低生產成本。不同的區域市場關注的應用也不同,歐美市場較為熱衷AR/VR相關應用,蘋果(Apple)、Google、Facebook等廠商就是其中的重要角色。中國市場則關注電視及手表等產品,積極發展採用新興顯示技術的電視與穿戴裝置。 回顧2021年MiniLED及MicroLED的趨勢,大致可以總結MiniLED進入到新的階段,成功商品化,而MicroLED則較為停滯,需要拓展新的應用藍海,才能增加廠商研發的意願,以及未來走向量產的動能。現階段MicroLED仍有許多技術瓶頸,加上產量少,導致成本高昂,只能用在少數的高階產品中,距離商用化仍有一段漫漫長路。2020~2021年,MicroLED相較MiniLED受惠於疫情帶動的電子設備需求,有意願投入開發MicroLED的廠商受到疫情衝擊,可以投入研發的資源減少,放緩研發MicroLED的腳步,決策也變得較為保守。 吳志毅認為,MiniLED可說是發展MicroLED練功的過程,雖然目前MicroLED因為成本因素,應用集中在高價的大型室內看板,與MiniLED的消費電子應用市場不同,但是技術發展高度相關。一旦顯示器廠商有能力大規模量產MiniLED產品,小尺寸LED晶片的技術成熟,就代表MicroLED的技術也有所突破,因此也可以從MiniLED的發展趨勢觀察MicroLED的技術進展。雖然MiniLED及MicroLED的技術進展關聯緊密,但是應用方面,MiniLED的應用不一定會全面過渡到MicroLED。陳顯德表示,一方面是MiniLED相較MicroLED具有明顯的成本優勢,加上不同的顯示器應用場景,依照觀賞距離、室/內外的差異,可以細分成多元的市場,應用的需求也不同。因此MicroLED需要積極拓展新的應用場域,才有機會在這一波的顯示器技術革新中脫穎而出,成功商品化。
0

工研院資通所所長闕志克:為台灣資通訊產業鋪平道路

高科技可以說是台灣這幾十年最重要的產業,工研院多年來協助國內產業發展,提供技術服務、人才,面對產業挑戰接踵而來,工研院資通所所長闕志克針對半導體新興小晶片(Chiplet)產業模式、5G開放架構、人工智慧晶片、新興應用測試技術與設備等,希望可以協助國內高科技產業面對眼前與未來的挑戰,持續忠實扮演台灣資通訊產業最佳幫手的角色。 工研院資通所所長闕志克表示,工研院希望開發的技術不是針對單 一廠商,而是能夠協助一個產業、一群廠商,幫國內高科技產業面對眼前與未來的挑戰。 Chiplet模式降低IC設計廠產業競爭門檻 傳統上IC設計就是許多矽智財(SIP)的集合,但是隨著半導體製程不斷演進,先進製程成本越來越高,導致小型IC設計公司競爭門檻不斷提高,Chiplet設計就是讓IC設計公司只專注在自己專長的部分,包括設計與生產都透過最具競爭力的方式,其他IP過去需透過授權取得,未來就直接交易裸晶,再使用系統級封裝(System in Package, SiP)技術生產出完整晶片。 在這個模式底下,IC設計公司可以節省IP授權費用,直接購買裸晶或用交易的方式取得其他功能電路,在最終晶片出貨時才需支付費用;同時專注將自己專長的小晶片電路量產,可降低製造時間、成本;事實上,相關作法在大型IC設計公司已經行之有年,但發展適合小型IC設計公司的Chiplet產業鏈(ecosystem)與商業模式(Business Model)對台灣整體IC設計產業的發展更有幫助。 Chiplet的設計模式會對現有的商業模式帶來衝擊,以IP公司為例,過去授權費是主要收入來源,而在Chiplet模式下,不僅損失授權收入,還要負擔硬體的庫存。然而,現有的半導體先進製程,對中小型IC設計公司來說負擔太高,用不起先進製程在產品競爭力上就矮人一截,帶動Chiplet產業鏈發展越來越具體。另外,每個小晶片會用自己最佳化的製程生產,不再像過去強迫使用同質製程做成SoC,透過半導體異質封裝技術進行整合,也會讓晶片成本下降,適合中小型IC設計公司投入。 Chiplet是在每一個功能電路尋求最適合的製程,所以精神是在效能與成本中取得最佳化,可能因為某些功能電路採用較差的製程,而犧牲部分晶片的效能,因此更適合中小型IC設計公司,因為領導廠商的旗艦產品也希望在效能上取得領先,而中小型IC廠的產品通常都不屬於這個類別,反而是設計、製造的彈性,且能在某些電路上享受先進製程的效能。 建構5G開放架構底層技術 5G產業化的過程帶動開放架構的發展,過去大型電信設備商硬體、軟體、服務一條龍的銷售模式,帶來一些挑戰與質變的聲音,第一個階段是希望將硬體與軟體解構,硬體希望盡量標準化,可以降低成本。接取網路(Radio Access Network, RAN)又分成無線電單元(Radio Unit, RU)、中央單元(Centralized Unit, CU)、分布單元(Distributed Unit, DU)三個部分,標準化/開放的過程中,首先受惠的就是台灣的網通與伺服器廠商。 相較於2G、3G、4G時代,國內產業對技術規格、標準的掌握度不高,但5G標準就有很大的進展,台灣大概從2014年就投入5G標準的制定工作,而且切入最底層技術難度也較高的實體層(Physical Layer)與Layer 1協定技術開發,甚至貢獻了部分研發成果到國際標準制定組織,過去這些技術台灣的掌握度都很低,此舉有助於台灣廠商在5G O-RAN發展的過程中,建立良好的競爭基礎。 而應用與市場的發展,開放架構在企業專網會更有機會,由於一般公網要求更多功能包括:移動性、覆蓋率等,專網運作範圍相對較小,而且多數用途為智慧製造,所以並不要求移動性,網路功能要求較公網低,技術挑戰也小,而企業專網要求自主性與低成本,更有意願採用開放架構。 協助晶片廠導入AI技術 而未來AI應用無所不在,不管是哪個領域都會有AI的需要,現階段不是所有晶片公司都擁有AI技術團隊,因此工研院開發了一個AI解決方案,希望能對產業有所幫助;分成三個層面,第一是AI晶片架構分析工具,適合大型IC設計公司如瑞昱、聯發科,想要自己開發AI晶片;第二類是中型的IC設計公司就與工研院合作開發AI晶片,如神盾;如果廠商只想要一個通用型的AI引擎,也可以透過軟硬體參考設計輕鬆導入。 AI底層的硬體,如何協助AI模型更有效的運作非常重要,目前多數台灣廠商的需求,不是要開發一個純AI晶片,而是希望在各自原有的技術產品上加入AI功能,尤其工具與編譯器(Compiler)這部分台灣廠商的能力都相對不足。另外,針對影像處理,希望透過算法的設計,降低運算的負擔,以車輛辨識為例,沒有必要把每個影像都當作獨立的運算單位,這樣太浪費處理器資源,可以參考前一個處理結果,只處理變化的內容,有效降低運算需求。 建立高階測試能力與設備研發實力 展望未來幾年,資通所想要發展關鍵技術的測試能力,包括新興產業的測試方法與測試設備,如5G、Micro LED與電動車電池等,這兩年台灣5G技術的發展,算是有一些成果,未來5G系統運轉,對於系統的效能測試,可以藉由先前累積的技術協助產業。另外,台灣半導體產業實力毋庸置疑,但是台灣在IC測試設備還是仰賴國外的廠商,自製設備的市占率僅約2%,要能測試晶片,設備的技術等級通常要更高階,尤其測試設備的晶片,技術等級更高。這部分的市場量不大,但是技術門檻高,市場競爭對手少,產品毛利率也高,台灣未來應該朝向高質化領域發展。 Micro LED近期成為產業熱門話題,一小片螢幕就有上百萬顆LED,如何點亮?如何進行快速的瑕疵檢測?也是未來Micro LED產業化之後一個重要的議題。最後,越來越多電動車上路,裡面的電池淘汰之後,還有很多利用價值,如何回收測試利用也是非常重要的一環。台灣多年來在晶片測試領域表現領先,但是相關設備一直未能自給自足,有能力自行生產測試設備,對於更長久的產業競爭優勢非常重要。
0

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...
0

AR/車載HUD帶動微型顯示需求大爆發

在擴增實境、汽車抬頭顯示(HUD)應用的帶動下,研究機構Yole Developpement預估,在2020~2025年間,全球微型顯示器市場將以17%的複合年增率(CAGR)成長。到2025年時,全球微型顯示器市場的規模將達42億美元。 據Yole分析,目前微型顯示器最大的應用是企業應用(Incumbent Application),許多企業都已經導入AR設備,以提高員工在現場工作的效率。但這個市場已經趨於飽和,在2020年,此一市場的規模已達18億美元,到2025年時,仍將維持此一規模。 帶動微型顯示器市場大爆發的動力,主要來自車用HUD與消費性AR設備。目前這兩種應用所使用的顯示技術,絕大多數是基於DLP跟LCOS的投影技術。但許多業者都在積極投入OLED on Si、MicroLED,盼藉由相關技術突破,把HUD跟消費性AR的市場做得更大。 Yole認為,這些技術具備改變市場的潛力,且將在未來兩三年內出現重大突破。因此,設備OEM廠商必須做好相關準備。相較於企業市場幾乎沒有成長,車載HUD市場在2020~2025年間的CAGR將達到107%;消費性AR市場的CAGR則為110%。  
0

顯示真實世界 Xilinx發表FPGA時序控制器解決方案

近年來,感光元件與顯示器持續發展高動態範圍(High Dynamic Range, HDR)技術,希望呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界,業界晶片、顯示面板、PC、系統廠商均參與制定HDR標準。在同一個場景,人眼可以感受到的明暗變化範圍較大,相較於目前的感光元件能夠看到更明亮的光位、更深黯的暗位,以及最亮與最暗的明顯對比,賽靈思(Xilinx)發表FPGA時序控制器(Timing Controller, TCON)解決方案,提供顯示器廠商更豐富的顯示效果。 圖1 高動態範圍HDR是結合廣色域WCG與高亮度範圍HLR 為了呈現更貼近人眼所觀察到的真實世界,忠實表現出從太陽光射到無光射陰影處這樣大的範圍,各家影音製造廠商無一不以提高影像的動態範圍為目標,Xilinx大中華區核心市場事業部市場及業務開發總監酆毅表示,HDR可以還原更多的圖像細節,在較暗色度區域獲取更多的細節表現,顯示出更多的深度和內容。 酆毅強調,HDR的概念,非常容易被誤解為高對比或高亮度,但真正的HDR應該是廣色域加上高亮度範圍,事實上是一個二維色度範圍,再加上一個一維的亮度範圍,兩個整合在一起,變成三維的概念。以圖1(左)為例,傳統的高解析顯示器所能看到的是REC709,是這個圖裡最小的三角形。但是UHD或者4K,是外部這個更大的三角形。到了8K,或者REC2020,能看到的是更大的三角形。對於亮度範圍,一般稱為伽馬曲線,對於攝影機的採集內容,實際上是一個光電傳輸函數,對於顯示器來說,是一個電光傳輸函數,所謂的光電轉換和電光轉換,正好是相輔相成相轉換的。 不同的顯示技術有自己的電光轉換曲線,與顏色表現曲線,以目前主要的三種顯示技術LCD、OLED、MicroLED為例,酆毅提到,OLED的亮度約800nits,MicroLED則可以做到4000nits,量子點可以做到1000nits。但是對於黑色表現來說,OLED可以做到接近於0或0.0001,但是量子點或LCD螢幕,則可能做到0.005,也就是說每一種螢幕的色度空間和亮度範圍,動態範圍是不一樣的,可以把它分解成兩部分,一個是亮度轉換,另外一個是顏色轉換。 顯示器基於其顯示原理與技術架構,都必須要進行顏色轉換,面對不同的顯示技術,必須解決TCON晶片裡面的色調映射和色量轉換問題,而這個轉換是根據每個顯示技術的不同,螢幕的種類不同和每個面板廠的設計不同而有所差別。酆毅指出,由於FPGA邏輯的可程式設計性,不管是LCD的演算法、OLED演算法、MicroLED演算法,FPGA TCON可以搭配任何面板、背光與介面。 TCON的影像處理就是色域色調的轉換,有些TCON還會整合圖像的縮放功能,比如說smart TCON。傳統的TCON架構是四級的設計,包括三個晶片;搭配FPGA的TCON設計,結構可以簡化成三級,少掉V-by-One晶片,只剩下兩個晶片,可以在FPGA設計裡完全被剔除掉,可以簡化智慧電視的設計。
0

看好Mini/Micro LED前景 Rohinni橫向整合前進商用

Micro LED和Mini LED目前正面臨不同的挑戰,於尺寸、市場準備和消費者接受程度方面,兩者正處於截然不同的階段。正如在2020年國際消費電子產品展(CES 2020)上所看到的,Mini LED產品正在慢慢商業化。Micro LED技術大致上尚處開發階段,因為元件更小且更難以精確、快速地貼裝。總體來說,Mini LED和Micro LED若欲邁向商業化,需要供應鏈上下游均採用,並且得到理解和廣泛接受,進一步支援新技術的基礎持續發展。 美國Micro LED技術商Rohinni執行長Matthew Gerber對此表示,針對未來兩年Micro LED市場發展,Micro LED技術將開始顛覆供應鏈,就像Mini LED技術已經做的那樣。他認為Micro LED的採用需要供應鏈上下的努力,從製造商再到提供產品給消費者。人們已經看到供應商採用他們的技術,為Micro LED技術的顛覆做好準備。用於支援新技術的系統和流程與支援Mini LED的不同。該公司將繼續開發可以按照商業產品所需的精度和速度來貼裝顯微晶片的技術解決方案。 由於Micro LED元件更小且更難以精確、快速地貼裝,因此橫向整合供應鏈,方能實現商業化 與此同時,Gerber也認為,Micro LED將在數個應用領域得到廣泛應用。他認為顯示器技術終會採用Micro LED技術,因為更小的元件將允許直接發射顯示器實現更小的尺寸和更廣泛的應用。該公司團隊認為,Micro LED的應用範圍涵蓋從VR眼鏡、小型顯示器到大尺寸直接發射螢幕,因為其尺寸只是Mini LED的一小部分。而許多產品應用還未被發現,因為人們才剛剛開始能自由地使用如此小的元件來設計產品。 此外,因為Mini LED擁有更小的空間、更高的可靠性和更好的影像品質,因此業界預測到2023年,Mini LED的收入將達到10億美元。而巨大的市場潛力已吸引許多公司開發技術。而Rohinni便致力於讓Mini LED的貼裝過程變得更簡單,該公司端到端流程從非常簡單的概念開始,並且與競爭對手的解決方案相比,Gerber對此表示,該公司的產品已證明能提供更高良率、更準確的貼裝和更快的速度。超過99.999%的貼裝良量已經在該公司內部生產線,以3...
0

JDI手機面板廠轉售夏普 以償還蘋果預付款

日前頻果(Apple)供應商JDI,決定將白山的手機面板廠的廠房及土地,以3.9億美元出售給夏普(Sharp),廠房設備以2.85億美元出售給據傳是蘋果的客戶。這項交易將為JDI帶來6.68億美元的收入,並降低廠房閒置所帶來的成本壓力。 JDI將手機面板廠轉售夏普 JDI的白山工廠自2019年7月起便停止運作。作為周轉計畫的一部分,JDI原本預計在今年三月底前出售工廠,但新冠肺炎疫情導致談判延緩。當時JDI宣布將設備出售給不具名的客戶,同時持續與夏普洽談。而日本政府也支持國內的LCD產業重整,以面對市場新的技術需求,JDI同時為下一代蘋果的高階手機將改用OLED螢幕做足準備。 建造白山工廠時,蘋果用預付款支付了大部分的費用,金額大約是1,700億日圓。2016年底工廠開始營運,每月生產約700萬片智慧型手機面板,但後續產量開始下滑。因此JDI將透過出售工廠的資金減輕其財務負擔,用於償還蘋果的預付款。 總部位於大阪的夏普,目前是鴻海的子公司。收購JDI白山工廠後,夏普計畫在白山整合iPhone的LCD生產,並向蘋果租借設備。儘管LCD 面板的前景不受期待,但是夏普認為白山工廠是其開發及生產下一代顯示器的基礎。夏普現正開發Micro LED等高解析度的技術,該技術在單一顯示器中使用數百萬個微型LED。 白山工廠閒置的空間,剛好與蘋果生產螢幕所需的零件尺寸相同,易於安裝新的設備。而夏普規劃在10月分拆LCD面板的業務,以籌措技術開發所需的資金。
0

Micro LED專利申請激增 中韓台加快研發腳步

根據產業調查公司Yole Développement針對Micro LED(µLED)的報告指出,Micro LED的專利申請件數激增,截至2019年底,已有350多個不同廠商與研究單位提出近5500項Micro LED技術專利,其中有大約40%的專利申請在2019年提出。 光電協進會指出,Micro LED可以在顯示器和其他成像應用中做為單一像素的發光二極體。在高解析度的平面顯示技術中,Micro LED具有比傳統LCD/OLED更寬的色域、更高的亮度、更好的電源效率,以及更高的對比度。不僅如此,它們也可用於輕巧型、高解析度,以及亮度需求高的其他應用領域,例如VR/AR顯示器,以及智慧手表等應用。 示意圖 OLED顯示螢幕。來源:LG Yole認為,顯示器製造商積極投入研發加速了近期專利申請的成長,其中中國京東方的申請件數位居榜首,僅在2019年就出現近150個新專利家族,但其他競爭對手包括、友達、三星,以及其他公司也積極研發,力求維持競爭優勢。Yole指出這是大多數以顯示為導向的公司,最初都不願使用Micro LED,但在此之後,由於Micro LED在高階顯示市場表現出與眾不同的潛力,因此使得他們不得不加快腳步。 在Yole的報告中還強調了中國廠商在Micro LED專利競賽中有長足的進步,該公司指出,這部分反映了中國現在掌握全球將近一半的顯示產能。該公司認為許多中國Micro LED專利並非毫無問題,但是其中許多專利所表現出來的創新,可以顯示出中國增加競爭力的企圖。 從專利申請案的技術領域還可以提供了一個有趣的現象,可以了解當前的光電市場以及未來的發展方向。Yole在此領域追蹤的專利家族中,近四分之一跟傳輸與互連技術有關,這反映出Micro LED仍需解決一些基本的製造問題,以實現其市場潛力。 由於Micro LED的尺寸很小,因此一個關鍵生產瓶頸是將帶有Micro LED的晶片從晶圓巨量轉移到顯示器背板。此類轉移涉及數百萬個Micro LED,並且必須以微觀的精度執行。因此,傳統的巨量轉移速度很慢,在單一顯示器的製造中要花費數週的時間,使得每家廠商都在尋求更好的方法。 Yole指出,與巨量轉移相關的專利繼續主導著µLED的IP活動。此外,使用雷射從晶圓上分離µLED以及與光鑷相關的技術都有人提出討論。光電協進會也表示,在全球強大的競爭中,台灣是否能成功抓住優勢,成為全球Micro LED產業的領導者,將有賴各界配合,加速串聯產業鏈。
0

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,...
0
- Advertisement -
- Advertisement -

最新文章

- Advertisement -

熱門文章

- Advertisement -

編輯推薦

- Advertisement -