Touch Taiwan
Micro/Mini LED注入新血 台灣顯示器產業轉危為安
Micro LED具備LCD與OLED兩大顯示技術優點,還可補其不足,被視為繼OLED之後的新世代顯示器技術,其關鍵技術的突破與量產解決方案也一直是眾人關注的焦點。台灣是Mini/Micro LED產業重要聚集地,Mini LED背光技術經過近3年的開發後,將正式在顯示器領域與OLED直接競爭。
台灣顯示器產業聯合總會(TDUA)副秘書長王信陽表示,隨著蘋果(Apple)積極導入新世代Micro LED顯示器,台廠也打破韓廠長期壟斷蘋果產品顯示器供應的局面,未來可望再爭取iPhone等蘋果產品顯示器訂單,帶動許多台廠供應鏈爭相投入開發,台灣顯示器產業年度盛事「2019智慧顯示展」(Touch Taiwan)將於8月28~30日於台北南港展覽館一館一樓隆重登場,展覽期間「Micro/Mini LED產品與解決方案」專區規模也倍增,專區內將展出Micro與Mini LED Display的應用產品、解決方案、關鍵零組件、製程材料、生產設備、巨量移轉設備、AOI檢測設備及驅動IC晶片等項目,打造一站式採購平台。
TDUA副理事長梁茂生指出,Micro LED與Mini LED新技術的發展,加上政府的推動,對於近幾年台灣顯示器產業供過於求的景氣,有望轉危為安,促進新興商機。目前Mini LED已經進入商品化的階段,可以看到一些電競螢幕的背光應用等等。至於Micro LED成本仍高,3~5年後可望看到商機爆發。
2019年晶電(EPISTAR)首度攜手元豐新科技以EPISTAR 2.0的形式參展,展出實現LED微小化應用所需的獨特技術;隆達電子(Lextar)也將展示全系列mini LED背光應用、以及mini RGB LED小間距顯示器應用,更將推出Micro LED顯示器技術,為本次Touch Taiwan增加更多話題。2019年首度參展的日本Toray Engineering也針對Micro LED 提出完整解決方案的產品,在本次Touch Taiwan中將介紹適合Micro LED生產之相關設備作為大量生產之最佳解決方案;其他首度於「Micro/Mini...
MiniLED顯示器無縫拼接衝4K 高對比驅動方案即將量產
晶粒尺寸(LED Chip Size)落在100~200微米左右的MiniLED,除了被使用在LCD顯示器的背光應用之外,也有廠商將小間距LED顯示器的像素間距(Pixel Pitch)與晶粒尺寸壓低至MiniLED等級,並導入大型看板應用之中。以晶粒尺寸125×225微米的MiniLED而言,能做到130寸的4K顯示效果;搭配驅動方案更能使其顯示效果接近HDR 10高對比。
聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱表示,聚積科技目前已與多家國際專業影音設備廠商合作,聚積的LED顯示驅動IC也已準備好迎接MiniLED的量產,預計2019年第一季可望有完整的MiniLED解決方案上市。同時,也有望能在2019年度發表MicroLED顯示器的驅動方案。
聚積科技於近日展出晶粒尺寸125×225微米、像素間距0.75mm、箱體尺寸為30×30cm與60×30cm的MiniLED顯示器。並宣布箱體壞點方面有長足的進步,MiniLED生產良率已不再是挑戰。
MiniLED顯示器的可視角高達178°,能無縫拼接成任意形狀與尺寸,目前最大已可組合成130吋的4K顯示器,逐漸應用在室內廣告看板、電影院等商用空間,未來更朝螢幕背光應用等發展。黃炳凱指出,在室內看板相關應用中,窄邊框LCD拼接顯示器依然可以看到1公分左右的拼接縫隙,但MiniLED顯示器則能做到完全無縫拼接,並且能做到比投影顯示更高對比度與亮度。
由聚積科技所推出的驅動IC MBI5359顯示效果即可達到16-bit灰階,對比度也高達25,500:1,畫面表現更細緻;實際量測色域範圍可達84%的BT.2020,色彩飽和度更濃郁,為現階段最接近HDR 10的顯示效果。
搶進車用/電視市場 群創AM miniLED開革命第一槍
日前群創(Innocom)在甫落幕的2018 Touch Taiwan展會上,先聲奪人發表業界首款主動矩陣式(Active matrix, AM miniLED,為汽車與電視市場注入新氣象。有別於一般市場上miniLED設計方式主要採用被動式矩陣(Passive Matrix, PM)方式,群創採用的AM-miniLED方法可說是miniLED技術革命,可同時縮小LED之間的間距,並降低整體設計成本。
群創執行副總丁景隆表示,一般小間距的顯示螢幕結構簡單,電路板正面會鑲嵌進多顆LED,而背面就會有許多驅動LED的驅動IC。當LED之間的間距越小,則LED數量就會越多,背後的驅動IC數量也會跟著增加,最後將可能導致背後的驅動IC排不下去,而為了要解決縮小驅動IC,則會延伸出成本問題。
這也意味著,市面上一般看到PM-LED顯示螢幕雖然普遍,但卻無法在符合成本效益的情況下,持續縮小LED間距提升性能。丁景隆認為,唯一的路就是透過AM-LED的方式,並採用薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)驅動電路,進而符合成本要求。
丁景隆分析,該公司AM-miniLED的特點除了採用TFT驅動外,其miniLED也是封裝好的,可降低後續製程上的難度;此外,該產品亦可實現於軟板上,可做為車載應用曲面背光源,取代OLED在車用市場的發展。
丁景隆表示,OLED具有物理上的限制,在高溫環境材料會產生劣化,但因現階段汽車產業一直找不到完美的曲面顯示方案,故不得不尋求OLED實現曲面顯示的可能性。不過,AM-miniLED的出現,將成為一個新的替代方案,提供車廠曲面顯示的最佳選擇,預計兩年後AM-miniLED在車用市場將大幅成長。
另一方面,在電視市場來看,目前8K領域OLED全球銷售不到一成,其關鍵要素在於成本上的考量。丁景隆指出,由於OLED有其技術上的難題有待克服,故需要增加許多研發成本,導致產品價格居高不下,使其商品成本高出LCD電視許多倍。而AM-miniLED的出現,價格剛好位於這兩項技術產品的中間位置,不僅具備高解析度與效能,更可滿足成本需求。他透露,該公司搭載AM-miniLED的電視預計2019年第二季進行商品化。
台廠聯手解技術難題 MicroLED蓄勢待發
在2018年各大消費性電子或顯示技術展會中,MicroLED顯示器以及MiniLED背光源的液晶(Liquid Crystal Display, LCD)螢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。
MicroLED在技術壽命、對比度、能耗、反應時間與可視角等均勝過LCD和有機發光二極體(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月底登場的智慧顯示與觸控展(Touch Taiwan 2018),更首度新增了「MicroLED/MiniLED產品與解決方案」主題專區,眾台灣LED與面板大廠皆參戰展示最新技術與解決方案。根據研究單位LEDinside報告預估,至2022年MicroLED以及MiniLED的市場產值將會達到13.8億美元(圖1)。
圖1 MicroLED與MiniLED產值預估
資料來源:LEDinside
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)營業暨市場行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燈泡與螢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,儘管現今業界普遍認為尚需5~6年MicroLED顯示器才能量產並普及,然而依照目前的技術發展速度,MicroLED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。
台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。在台灣,更有著非常豐富的LCD、LED生產經驗,掌握了相當多關鍵技術;再加上強健的設備製造產業,在未來有望在MicroLED製程的精密機械製造領域占有一席之地。
台大光電研究所副所長黃建璋(圖2)指出,台灣是難得少見在LCD與LED產業都非常完備的區域,因此,在MicroLED顯示技術的發展過程中,台灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機械進行布局。
圖2 台大光電研究所副所長黃建璋指出,在MicroLED顯示技術的發展過程中,台灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機械布局。
然而,目前LCD製造所涉及的精密機械製造技術多為日本廠商掌握,儘管台灣的精密機械製造廠商生產品質優異,但多以生產工具機為主。加上目前巨量轉移技術未定,因此台灣業者多還在觀望,少有廠商開始投入資源展開研發。
不過黃建璋認為,儘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,而台灣廠商在精密機械製造的表現優異,因此將有很大的發揮空間,也將是台廠在MicroLED產業鏈中成為關鍵製造商的重要切入點。
由於看好台灣LED人才與技術資源,許多國外大廠也開始在台投入更多資源,搶攻MicroLED製造市場。默克(Merck)全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠(圖3)便指出,無論是由LED或是顯示器製造市場看來,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於亞洲區域。
圖3 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或是顯示器製造市場看來,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。為了時時提供台灣客戶最新LED相關材料,並且讓實驗結果回饋更加即時,因此默克在台灣設立了三座實驗室。其中包含在桃園的液晶原料研發實驗室,以及2017年在高雄創立的積體電路(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並即時提供解決方案。
OLED經驗為助力 MicroLED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產業在台發展近50年,許多現今正熱議中的MicroLED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,台灣在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。台灣廠商雖已難在OLED顯示器生產鏈中成為關鍵供應商,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於MicroLED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 晶粒製程為重要挑戰
MicroLED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製程,在轉移後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、長晶製程階段的重要挑戰。
黃兆年也表示,MicroLED由LED的晶粒製程開始,便與傳統的LED製程大有不同。例如,在長晶過程中必須導入弱化結構,使晶粒易於抓取,後面的轉移過程才能夠順利進行。
另一方面,KLA-Tencor產品行銷經理Mukund Raghunathan指出,在MicroLED技術中,每個LED晶片構成一個像素,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製程工程師面臨的重要任務。
降低巨量轉移難度 玻璃基板成MicroLED小尺寸主流
由於玻璃基板相較於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、智慧手表等中小尺寸MicroLED顯示器的首選方案。
研調機構集邦科技綠能事業處研究協理儲于超(圖4)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MicroLED看板。例如,索尼(Sony)在2017年便展出了「CLEDIS」(Crystal LED Integrated Structure)顯示器,並宣告即將開始開賣;三星也宣稱The Wall即將在2018年下半開賣,大型MicroLED顯示器即將量產。
圖4 研調機構集邦科技綠能事業處研究協理儲于超指出,在2018年許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED看板。
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。由於Sony CLEDIS所使用的PCB板尺寸已是目前的極限,MicroLED的晶粒等級已小於30微米(Micrometer, μm),更採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於MicroLED巨量轉移至PCB板的過程。
儲于超進一步說明,由於PCB板的平整度不高,因此MicroLED晶粒難以直接轉移至PCB板。以Sony小於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MicroLED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MicroLED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,以此方式降低製造成本。正因如此,目前在如智慧手表的中小尺寸MicroLED顯示器開發上,玻璃基板已成為主流方案。
大型看板以PCB為主流 解析度需求逐漸提升
儘管玻璃基板能夠降低巨量轉移難度,然而,若採取玻璃基板拼接製成大型顯示螢幕,也可能會遇到許多尚未解決的技術問題。因此在大型看板(Signage)應用中,將依然以PCB基板方案為主。
目前傳統LED大型看板市場已相當成熟,並且對於RGB LED晶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,對於相關廠商而言,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體事業部經理黃炳凱(圖5)指出,對於解析度要求較高的室內大型看板市場是該公司目前的重要經營方向。現今室內大型看板的主流像素間距(Pixel Pitch)為0.9~1.5mm,而Pixel Pitch越低需要搭配越高階的驅動方案。
圖5 聚積科技微發光二極體事業部經理黃炳凱指出,對於解析度要求較高的室內大型看板市場是該公司目前的重要經營方向。
由於對大型看板顯示品質的要求逐漸提升,然而RGB...