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陈立宜创办Mikro Mesa 突破 MicroLED 技术瓶颈

来源:电子时报、科技新报、LEDinside 时间:2016-10-17 10:23 [编辑:ellie] 【字体: 】 我来说两句

  Micro LED被视为是抵御OLED的终极武器,目前国际大厂与台厂纷纷鸭子划水默默研发,更是吸引LCD与LED两大阵营分头进击。不过,现阶段的Micro LED还有许多技术瓶颈待突破,近期有台厂在研发上突破重围,已可将Micro LED的发光面积缩到全球最小,并进一步解决巨量移转(MassTransfer)问题,将有助于翻转显示器产业的现况。

  韩厂在OLED技术上大幅领先,三星显示器(Samsung Display)更是小尺寸OLED面板技术的全权主导者,由于领先差距太大,其它厂商难以追赶,加上苹果(Apple)也担忧,若是今后iPhone手机全都改用OLED面板,将有可能被三星掐住脖子,因此苹果也在默默研发MicroLED技术。

  Micro LED具有每一点划素都能寻址控制及单点驱动发光的特性,具有高亮度、低功耗等特点,同时也可进一步结合软性基板,实现如OLED般弯曲可挠的可能性。纵使目前国际大厂站上台面大谈Micro LED的业者不多,但是鸭子划水默默在进行技术布局的并不少。

  苹果购并的LuxVue已开发Micro LED多年,另外,台厂象是友达、群创、晶电、镎创、工研院等都在研发;国际大厂方面,例如日亚化、夏普(Sharp)、Sony、京东方、华星光电也没缺席,甚至OLED阵营的拥护者三星显示器与乐金显示器(LG Display)也在进行开发。

  Micro LED的技术是将划素与光源进行结合,目前业界普遍遇到巨量移转与Micro LED亮度过高的问题,前者解决方法各显神通,后者的解决方案,则多采用缩小发光面积方式借以降低功率,但缺点是可能产生边缘漏电,造成功耗过大及发光效能变差的问题。

  据了解,象是苹果、Sony等均是采用缩小发光面积的方式因应,但目前业界一般能做到的尺寸是50umx50um,苹果实力较为雄厚,已经能够将尺寸缩小至10umx10um。但若是要进入到室内用途的显示器,业界评估,至少需做到5umx5um以下的尺寸,且又不能够漏电,此已成为业界研发MicroLED技术的新挑战。

  近期,有台厂解决了这个问题。Mikro Mesa创办人陈立宜表示,目前实验室已可做出3umx3um发光面积的显示器用发光划素,此为全球最小的尺寸且解决了漏电问题,这将使得Micro LED技术除可进一步应用到上看80寸的大尺寸电视产品外,亦可进一步推进至小尺寸的穿戴式装置如智能型手表、手环甚至是智能型手机上。

  陈立宜透露,其与苹果相同都是采用垂直发光型LED,而非采用Flip-Chip的LED来做,后者目前能够做到最小的尺寸仅为80umx80um,而前者已可在实验室做出3umx3um发光面积的产品,同时发光电流可来到50奈安,若相同技术使用在5寸手机面板上,耗电量则可降低至0.1瓦。

  Mikro Mesa投入Micro LED的研发已超过两年半的时间,目前拥有11项美国专利。陈立宜说,MicroLED与OLED相比,是比较直接不用走弯路的解决方案,其成本较OLED低,效率也更好,同时更是结合LCD与LED两大成熟产业的技术,开发技术所需承担的资金风险较低。

  据评估,若是Micro LED要商品化的话,55寸单板的机台投资金额仅需新台币5亿-6亿元即可开发完成;若是要导入在8.5代厂上,TFT-LCD生产线的现有制程约70%无需转换,亦即多数机台可共享,估计新的制程机台开发金额约30亿元,即可量产MicroLED显示器,投资金额远较兴建一座OLED面板新厂动辄上千亿元的资本支出低得多。

  值得注意的是,韩国面板厂引领OLED潮流,除了在手机上已蔚为风潮外,目前韩厂正在致力扩大OLED应用,若OLED顺利在其它应用上外扩的话,多数竞争者仅能望韩厂项背,难以追赶,而Micro LED正是有机会能够翻转显示器产业现况的技术,这也是吸引众多业者默默耕耘且积极布局的原因。

  台厂群创相当看好MicroLED的未来发展,群创董事长王志超说,苹果自己砸钱做Micro LED,整个Micro LED的基础建设才刚开始,虽然MicroLED还未成熟,但未来很有希望。他认为,台湾如果要组国家队或进行集成,就要选这种前瞻技术来做。

  友达董事长彭双浪则说,目前在小尺寸、移动装置如手机、穿戴与虚拟实境(VR)等应用上,OLED有其独特之处,所以OLED面板会有其生存空间,但MicroLED的好处是投资金额比OLED少很多,不过要生产Micro LED的困难度不低,目前还有许多技术瓶颈要突破。

  Micro LED揭显示技术新页,多方联盟推动商业化量产

  LED在传统液晶显示器(LCD)中做为背光应用,由于须通过偏光片、液晶、彩色滤光片等层层转换,以致效率耗损仅剩不到8%,因而促使新兴显示技术崛起。

  其中,次世代显示技术微发光二极管(MicroLED)潜力备受看好,有望改善显示效率问题并开启无限应用空间,未来也将颠覆既有产业链结构,藉由跨领域技术整合加以推动实现。对台厂来说挑战虽大,却也是打破产业成长僵局的契机。

  台湾具产业优势,发展Micro LED技术创造附加价值

  传统LCD采用冷阴极管(CCFL)或LED做为背光源,自有机发光二极管(OLED)技术出现后,显示技术开始转向自发光型态发展,接着量子点发光二极管(QLED)、MicroLED技术也相继崛起。

  TrendForce集邦科技旗下绿能事业处LEDinside研究协理储于超在近日出席LEDinside所举办的LEDforum时表示,韩系厂商将绝大部分资源投入开发OLED及QLED技术,台湾则拥有成熟完整的产业供应链包括LED、面板、半导体等,若积极发展Micro LED技术,进展有望比其他国家更为快速。

  Micro LED显示技术若能实现,将大幅提升光效率、降低整体结构厚度,而制程也会有所简化。储于超以55寸4K电视为例,说明其像素尺寸为200μmx200μm,LED采用3030封装规格,即3,000μmx3,000μm,两者面积相差225倍,而在LED点光源转换至面光源的过程当中,会造成效率大量耗损。在MicroLED显示技术下,LED微缩至50μmx50μm小于像素尺寸,可接合在TFT或CMOS基板上,实现每一点划素(pixel)寻址控制及单点驱动发光。

  储于超认为,Micro LED除了显示应用外,还能创造更多附加价值,发展OLED或TFT-LCD难以进入的利基应用市场。LEDinside依据市面上相关产品尺寸及ppi要求,推算出LED尺寸及像素数量,反映LED尺寸愈大、像素数量愈少的应用,实现商业化量产的速度可能相对较快。

  技术课题为关键,巨量转移讲求高良率与精准度

  为了开发更好的显示技术解决方案,台湾半导体公司錼创科技(Play Nitride)成立两年以来,也积极开发Micro LED技术,并以“PixeLED”为名申请专利。

  该公司执行长李允立说明,Retina显示器具有400ppi高像素密度,而錼创所开发的Micro LED技术,理想上可达1,500ppi以上甚至2,000ppi,能够因应虚拟现实(VR)显示器需求;亮度超过5,000nits,使划面在阳光下依然清晰可视;能耗仅占传统LCD10%,也比OLED能耗低了一半。其他包括LED尺寸可微缩到10μm以下、快速切换on/off,色域范围比NTSC标准高近20%,以及实现可挠曲等特点。

  錼创主要研发范畴涵盖磊晶、微小芯片到巨量转移(MassTransfer)技术,其中又以巨量转移技术最具挑战。

  李允立强调,巨量转移技术讲求高良率及转移率,尤其对于显示行业来说,转移良率达99%仍然不够,必须达到99.9999%(即“六个9”)的程度才算达标,而每颗芯片的精准度又必须控制在正负0.5μm以内。正因为如此,李允立将巨量转移技术视为“艺术”(art),而并非以“科学”(science)角度看待。

  不仅巨量转移技术有待突破,李允立也提出LED晶圆均匀度的重要性,期望达到无微粒(particle)、不必分bin的程度。此外,修复坏点、开发新基板、设计电路驱动、检测等,都是相当重要的技术课题。

  跨领域串联共同作战,Micro Assembly联盟即将成军

  台湾工研院也同样专注发展Micro LED及巨量转移技术,从2009年起经过多年研发,直到2013年出现技术突破,做到主动驱动、分辨率达VGA(640x360)等级,LED尺寸缩至10μm、间距12.8μm,近年来更持续提升分辨率,现单色已达qHD(960x540)。彩色RGBMicroLED方面,目前分辨率达100x100,LED尺寸10μm、间距19.2μm。

  台湾工研院电光所微组装系统部经理方彦翔博士指出,Micro LED最大精神在于巨量转移,无论哪种应用都需一次进行上万颗转移,精准度要求相当严格。

  台湾工研院采用物理性转移方式,将所开发的巨量转移模块与量产设备FCbonder整合,现阶段达到单色Micro LED每次转移54万颗,彩色Micro LED每次转移1万颗,而过去三色转移良率不到90%,现在均已提升至99%以上。

  在物联网(IoT)发展趋势下,未来穿戴式装置势必结合更多传感器,对空间需求也更为提高,而Micro LED间距足以整合许多组件,能在穿戴式装置、智能型手机或其他应用中发挥优势,而这也是工研院正着重发展的“微组装”(Micro Assembly)技术,并计划于2016年10月中旬成立Micro Assembly联盟“CIMS”(Consortium for Intelligent Micro Assembly System)。

  方彦翔表示,Micro LED和微组装技术相当复杂,无法靠单一产业实现,因此必须跨领域串联半导体、面板、LED、系统整合等厂商,共同建立跨领域产业交流平台,将台湾打造成全球Micro Assembly产业链供货重镇。CIMS将结合产官学研资源,不仅提供技术发展趋势及应用市场最新信息,也提供快速试制服务、推动开发解决方案等。

  Micro LED应用想象空间广,结合各产业领域技术可望推动发展,加速实现各种可能应用。至于未来Micro LED能否成为主流显示技术,将取决于技术成熟速度,以及成本是否具竞争力。这场显示技术竞逐赛,就此展开。

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