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巨量转移有解 Micro LED拚2022年量产
 

【作者: 籃貫銘】2020年03月10日 星期二

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尽管万众瞩目,但今年Micro LED大概也只能多走那麽一小步,因为它是一门非常仰赖基础科学与系统整合经验的技术,除了不断实作外,没有捷径可走。所以2020年真正的Micro LED显示产品,依然不会进入终端市场。


回顾一下去年的进度。在2019年,陆续进行的结盟与合作,以及更多显示业者宣布投入研发,是去年最重要的产业进展。尽管有少数的新创业者声称取得新的巨量转移技术,但仍未有实际导入量产的成果,因此仍是处於研发的早期阶段。


但这些结盟策略与新业者的投入,意味着技术的可行性已被确认,不再是「评估中」的项目,而是要真枪实弹投入资本的商业专案。例如台湾的??宝与??创共同发展Micro LED的穿戴产品;工研院携手聚积、欣兴电子、??创,推出拼贴式小间距Micro LED显示器;晶电与中国利亚德成立利晶微电子合资公司,发展Mini与Micro LED的显示解决方案。



图一 : 三星的拼接式Micro LED显示器。(source:三星)
图一 : 三星的拼接式Micro LED显示器。(source:三星)

此外,日本的JDI也宣布投入Micro LED的研发,并锁定汽车的显示应用;LG也首次展示Micro LED的显示技术;中国的康隹也发表了Micro LED大型显示器系列产品。


巨量转移有谱 量产时间将落在2022年

虽然都是原型展示与策略发布,但有了更多资金与业者的投入,Micro LED的发展进度也就更加明确化,从去年的几家业者的发言,就可窥知一二。例如友达表示,Micro LED约在2年内可以实现量产;晶电也认为能在2021年之後进入量产;LG同样也规划在2年後量产。


而归纳主要业者的进度,目前最可能的大规模量产时间,将会是在2022年。


既然量产的时间被明确化,代表量产的挑战也有了应对的方法,换句话说,就是Micro LED的巨量转移流程已不再是问题,目前只待良率提升而已。更具体的讲,现阶段就是要专注在设备的建置与生产叁数的调教,量产的方法算是找到了。



图二 : 主要业者的Micro LED量产进度表。
图二 : 主要业者的Micro LED量产进度表。

目前市场几个较具商用潜力的巨量转移技术,仍是以采用应力吸附并转移的方式为主,尽管单次吸附的晶粒数量较少,但可支援的晶粒尺寸却更小,同时也更精确,若透过可扩展的架构来实施,商用量产的机会非常大。


以隆达为例,除了在晶粒的微型化上着墨外,也已研发出自有的巨量转移技术。根据该公司的说法,其是采用静电转移的应力方式,把晶粒从基板上取下,并进行後续的转移。


而工研院在今年CES 2020所展示的拼装型Micro LED显示模组,是使用新一代RGB三色晶粒巨量转移技术的全彩显示面板,转移的良率达到99%以上。该技术是由「巨量微组装产业推动联盟」(CIMS)所共同研发,而其转移的技术基础也是使用应力原理。


美国新创公司Rohinni,是目前最受注目的Micro LED技术供应商,该公司不仅与中国京东方合作,成立Micro LED的合资公司,也与其他领域的业者,共同推动Micro LED新型应用。而其最受关注的,就是专利的高速高量产的贴合技术。


台湾一家新创公司Mikro Mesa Technology,去年也宣布成功开发新的巨量转移技术,声称能够转移直径3微米(um)的LED晶粒,他们使用一种「无压合低温键结」技术,能够提高良率、降低成本,且单次转移尺寸接近4寸,一次可完成数百万颗以上的转移,并可进行多次多色的转移,增加了大尺寸全彩色显示器的量产性。该公司目前正与中国大陆面板厂中电熊猫合作,预计两年後推出产品。


其他如友达、??创、晶电、LG、首尔半导体和三星等,都已宣布自行研发巨量转移的技术,并陆续展示相关的样品,其中首尔半导体还透过子公司Seoul Viosys,进行小批的量产。但整体来说,都不外??采用吸附、贴合的方式。显见使用这类以基础力学原理为基础的转移技术,在设备的研发与生产良率方面较合??量产的需求。


大型显示先发 车用与穿戴式後至

至於终端应用方面,从目前的发展来看,先攻大尺寸的户外与商用显示,已成为业界的普遍共识,尤其是传统的显示业者。例如三星、LG和Snoy等,就先推出超大型的商用与户外Micro LED显示方案。


这类显示方案严格来说,还不属於真正Micro LED显示的等级,它其实是一种拼接型的LED显示幕。它透过极小的「间隔」来拼接模组化的LED萤幕,使之看起来没有接缝,非常适合大型的户外或商业显示用途。


这种拼接显示器的晶粒尺寸大约在50~100微米左右,间距则约百微米,解析度并不细致,但同样保有LED高亮度与高反应速度的特性,若从远距观看,仍具有相当的竞争力。而且其采用拼接的型式,也有易於搭配环境的优势。


例如三星在CES 2020所展示的新一代「The Wall」显示器,其尺寸达到了292寸,且换算的解析度来到了8K的等级,此外也有使用玻璃背板,尺寸为75寸与93寸的主动式Micro LED显示产品,更重要的是,LED本身晶粒的尺寸也持续缩小。


LG的「Real Micro LED Display」,的显示尺寸达到145寸,采48片LTPS面板拼接而成,且LG声称晶粒尺寸小於50μm;Sony则展示了220寸的显示产品,换算解析度来到了4K。



图三 : Micro LED的晶粒尺寸示意图。
图三 : Micro LED的晶粒尺寸示意图。

台湾工研院的Micro LED显示模组也是采用拼接式的架构,但它是全球首款直接以Micro LED晶片,巨量转移到PCB载板上的Micro LED显示模组。其利用15个小尺寸的Micro LED模块(100μm的RGB晶片),拼接成30 x 30公分的Micro LED显示器,而解析度为480 x 480画素(pixel)。


同样着眼於高亮度与广视角的特性,多家的显示业者都正积极发展车用的Micro LED显示方案,主要的应用场景为汽车的车载资讯系统显示幕。包含台湾的友达、群创,以及日本的JDI都正积极研发相关的技术,其中友达与群创都以展示过原型样品,友达更预计会在5年内量产。


不同於大尺寸显示有较长的观看距离,因此车用的Micro LED显示器必须在解析度上有相对应的提升,因此量产的难度大,同时研发的时程也较长,预估至少要到2023年之後,才会有更明确的商用时程。


除了车用显示之外,穿戴式装置与其他新兴的显示应用也会是Micro LED的试金石。该领域目前投入的业者有??宝与Luumii等,前者主攻智慧表与智慧手环显示,後者则是聚焦消费型的特殊显示应用。



图四 : 台湾工研院的Micro LED显示模组采用拼接式的概念,是全球首款直接以Micro LED晶片,巨量转移到PCB载板上的Micro LED显示模组。(source:工研院)
图四 : 台湾工研院的Micro LED显示模组采用拼接式的概念,是全球首款直接以Micro LED晶片,巨量转移到PCB载板上的Micro LED显示模组。(source:工研院)

对於智慧表与手环这类的穿戴式装置来说,Micro LED最大的优势还是在足以匹敌日照的高亮度特性,以及极轻薄的显示结构。再者,就是仅作为显示资讯的用途,并不需要太高阶的色彩与解析度,因此只要整体的生产成本能够满足系统商的需求,Micro LED就有机会可以进入穿戴式装置市场。


而Micro LED显示其实还有很多的应用值得探索,不见得非得要在传统的显示应用上打转,Rohinni与科嘉的合资企业Luumii,就把Micro LED用於笔记型电脑键盘背光,以及标志照明的应用上。透过Micro LED体积小和功耗低的特性,让系统产品的开发人员可以有不同的显式设计思考。


结语

「显示技术的革命才刚刚开始」一位产业界的先进如此说,而这句话套在Micro LED技术上是一点都没错。经过这几年的演进,Micro LED真的还是在刚刚要起步的阶段,但它更够不够资格被称作革命?这就是必须要问的问题。


如果从制程的角度来看,那Micro LED真的堪称是一种革命性技术,因为要完美的制造并组合数千万颗微米级的LED晶粒,这几??是不可能的任务。但现在看来,却是有机会做到的。


但若从应用的角度来看,那Micro LED真的没有任何一点革命的成分,因为它只是沿袭了既有的显示思维,再加上更好的规格而已,并没有增添其他新意。尤其在当前的主流的LCD与OLED显示技术已十分成熟的前提下,强硬的布局成本极高的Micro LED,就显得非常不合理。


因此,寻找创新应用和发展差异化,将是Micro LED显示技术接下来最重要的课题,如果不能有更宽广和更具突破性的应用思维,那麽Micro LED恐怕会只停留在非常局限的领域,而台湾显示产业所期待的愿景,将会很难实现。


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