好顯有你》Micro LED 前瞻應用競出籠,巨量轉移、檢測技術瓶頸成突圍關鍵

作者 | 發布日期 2021 年 07 月 13 日 9:00 | 分類 3C螢幕、電視 , 光電科技 , 晶圓 Telegram share ! follow us in feedly


Micro LED 為近期顯示器產業眾所矚目的前瞻技術,克服既有技術障礙,走向量產,為業界最終的目標:而在今年的智慧顯示展上,也可以看到友達、群創、錼創等大廠輪番「大秀軍火」,展示多樣 Micro LED 前瞻應用,讓人視覺感受一亮;也意味著在產業上下游的攜手合作之下,Micro LED 不再是「只聞樓梯響」,而是一步步邁向商用化目標。

MicroLED 前瞻應用紛於 Touch Taiwan 2021 亮相

面板大廠友達於 Touch Taiwan 2021 智慧顯示展覽會上,大秀包含居家娛樂、車用等尖端 Micro LED 顯示技術應用。像是與錼創攜手合作研發的 1.39 吋全球最高畫素密度 338PPI 正圓形 Micro LED 顯示器,可搭配中控台做為電子旋鈕應用;且獨特的異形切割技術,能提供車廠客製化的解決方案,適合針對不同車用座艙儀表作多樣化設計,提升駕駛操作的直覺和安全性。

▲ 友達開發正圓形、可用於穿戴設備的 Micro LED 顯示器。(Source:友達)

另外,正圓形 Micro LED 顯示器模組亦可提供行動穿戴裝置使用,高達 338PPI 畫素密度、超廣視角及可高亮度顯示的表現,大幅擴大行動穿戴裝置的使用情境。無論是靜態或動態的活動、豔陽天或雪地中,Micro LED 均能清晰顯示資訊,大幅提升使用者的視覺體驗。

此外,友達也在會中展示 12.1 吋 169PPI Micro LED 顯示器。此為單片式 Micro LED 顯示器,採用色轉換技術,具有高耐候性與高穩定性,加上 LED 高亮度,即使在陽光下,仍能滿足駕駛對於行車安全資訊的可視性,應用情境為車用儀錶板或是中控台顯示器。

▲ 友達也於智慧顯示展中展出車用 Micro LED 顯示器。(Source:科技新報)

另一方面,群創也不落人後,在今年的展會上首次發表首款 92.4 吋 P0.6mm 4K 量子點 AM-Micro LED 無縫拼接顯示器,超越既有 LCD、OLED、小間距 LED 螢幕的技術限制,具備 3D 立體感受、廣色域、超高對比、流暢動態影像、視網膜級高畫質、大型無縫拼接等特色,將搶攻 8K 劇院、電競中心、大型安控中心、博物館數位藝術展示、與金字塔高階客群等大型顯視器市場。

▲ 群創於智慧顯示展發表量子點 AM-Micro LED 無縫拼接顯示器。(Source:科技新報)

至於錼創,展出產品包括 89 吋 5K PixeLED Matrix 全球首台超寬曲面 Micro LED 顯示器、PixeLED Matrix 可互動 SenMirror 智慧展示鏡等。首先是 PixeLED Matrix,是由錼創獨立開發,並採無縫拼接 Micro LED 顯示技術。本次展出的 89 吋 5K PixeLED Matrix 全球首台超寬曲面 Micro LED 顯示器,由 168 片 matrix module 無縫拼接而成的 32:9 超寬比例,搭配機構設計,呈現曲率半徑 2,500mm 的曲面,亮度高達 2,000nits,可使用在多工、電競、看板等應用情境。

▲ 89 吋 5K 超寬曲面 MicroLED 顯示器。(Source:錼創)

而同樣採用 PixeLED Matrix 技術的可互動 SenMirror 智慧展示鏡,是藉由 PixeLED Matrix 的高亮度與尺寸的自由度,結合鏡子與手勢感測器所展出的互動顯示鏡,可同時當鏡子與顯示器使用。

Micro LED 商用化,巨量轉移仍是攻克關鍵

Micro LED 擁有更寬的色域、帶來更高的亮度、更低的功耗、更長的使用壽命、更強的耐用性和更好的環境穩定性,得以實現更好的視覺體驗,以及各種智慧應用,因而成為顯示產業的當紅炸子雞。

只不過,觀望目前 Micro LED 顯示器發展,其中一大技術瓶頸仍為巨量轉移技術。在 Micro LED 顯示器的生產過程中,巨量轉移可說是最耗時的一段,假設以一台解析度為 3840×2160 的 4K 顯示器為例,總共需轉移二千多萬顆 Micro LED。若是巨量轉移速度若不夠快,光是將這兩千多萬顆的 Micro LED 轉移至背板的過程,就需要花上幾天(甚至幾周)的時間;而在轉移速度不夠快、生產量不夠大的情況下,也會使 Micro LED 產品售價居高不下。

也因此,如何「精進」巨量轉移技術,成為 Micro LED 日後能否量產的重要關鍵,而這也是近年來許多大廠投入研發,催生巨量轉移技術百家爭鳴的原因。現階段的巨量轉移技術包括流體組裝、雷射轉移、滾軸轉寫、拾取放置技術(Stamp Pick & Place)等,可應對不同的客戶需求。

拾取放置原理是利用微機電陣列技術進行晶片取放,不過傳統的 LED 取放技術,瓶頸在於取放速率。以每小時約可轉移 25,000 個晶片的速率來看,先不提上述的 4K 顯示器(3840×2160),若一個高解析度(1440×2560)的智慧型手機面板(約需 1,100 萬個 Micro LED),就需轉移約 19 天的時間。

也因此,許多廠商進而發展新的轉移機制,像是蘋果收購的 LuxVue,便採用靜電轉移方式。靜電轉移是指利用靜電力將 Micro LED 自載體基板(或稱為中間基板)拾取並且釋放至目的基板,複數個靜電轉移頭形成靜電轉移頭陣列,可同時完成大量的 Micro LED 陣列轉移,以滿足高解析度顯示器的需求。當然,除了 LuxVue 之外,還有其他的拾取轉移技術,像是凡得瓦力轉印、電磁力轉移等。

而雷射轉移,顧名思義便是使用雷射束將 Micro LED 從原始基板快速且大規模轉移 Micro LED 到目標基板;同樣地,雷射轉移也衍生數種不同的流派。像是美國新創公司 Uniqarta 所研發的雷射轉移技術(LEAP),可以透過單雷射光束,或者是多重雷射光束的方式做移轉;以高精度、超快速的雷射轉移置晶系統突破了傳統取放貼裝的技術瓶頸,同時透過以非接觸方法大批量放置晶粒,使轉移速率變得更快。

▲ Uniqarta 的雷射轉移技術打破傳統轉移瓶頸。(Source:K&S

QMAT 則是採用雷射定址釋放法(Beam Addressed Release, BAR),原理也是使用雷射光束將 Micro LED 從原始基板快速且大規模轉移 Micro LED 到目標基板。特別的是,為了確保巨量轉移製程的零 ppm 缺陷及高產量目標,QMAT 提出轉移、檢測並行的概念,發展 PL/EL 檢測方案,在轉移之前先行檢測及確認,確保轉移的 Micro LED 是良品,以減少後續維修時間和加工成本。

至於流體組裝技術則是以 eLux 為主。eLux 利用熔融焊料毛細管的介面,以便在組裝期間藉由流體懸浮液體當介質對電極進行機械和電器連接,可快速的將 Micro LED 捕獲及對準至焊點上,成本較低同時也可實現高速組裝。滾軸轉寫製程技術則為南韓機械研究院(KIMM)獨創的專利技術,係利用滾軸對滾軸方式,將 TFT 元件與 LED 元件「轉寫」至基板上,最後形成可伸縮主動矩陣 Micro LED(AMLED)面板。

▲ eLux 流體組裝設備。(Source:eLux

高效率巨量檢測技術同樣不可或缺

除了巨量轉移之外,為了提升並確保 Micro LED 顯示器的良率,檢測技術也是另一個重點。由於 Micro LED 產品使用的晶片數量眾多,要能「正確且快速」的檢測並修復巨量而細小的 Micro LED 晶片,依然是一項艱鉅挑戰。

針對 Micro LED 測試,目前業界常用的方式有兩種,分別是光致發光測試(Photoluminescence, PL)及電致發光測試(Electroluminescence, EL),然而這兩種方式都未盡完美。PL 特點在於,可在不接觸 LED 晶片的情況下進行測試,如此一來較不易損壞晶片,但測試效果不如 EL;至於 EL 則剛好相反,可透過通電 LED 晶片來進行測試,能找出更多缺陷,卻可能因接觸而造成晶片損傷。

為了提升 Micro LED 檢測效率,不少技術開發人員與設備製造商持續精進巨量檢測技術。新創公司 Tesoro Scientific 便開發了非接觸式的 EL 檢測方法,使用載體基板的結構和整合層來導入電流,並測試 LED 元件;根據測試結果,可以模擬已知良好晶片的良率,顯示功能正常的 Micro LED,進而提高 Micro LED 巨量轉移良率。

當然, 除了 PL、EL 檢測之外,也有專家另闢蹊徑,研發新的檢測技術。像是中國廈門大學與國立交通大學的研究團隊合力研發了一種攝影機型顯微成像系統供 Micro LED 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 Micro LED 晶片的亮度。

▲ 採用攝影機型顯微成像系統的 Micro LED 測試方式。(Source:IEEE Access

總而言之,Micro LED 顯示器在商用化的路上仍有許多技術問題待克服,但這些挑戰都不是無法克服的,而是需要時間逐步解決;而今年顯示展上亮相的 眾多 Micro LED 前瞻應用,也代表著產業鏈合作的成果,反應當前業界為突破技術瓶頸,強化上下游結盟的策略。隨著投入的資源、研發時間愈來愈多,相信巨量轉移、檢測維修等關鍵技術瓶頸突破指日可望,加上產業鏈愈加成熟之後,未來 Micro LED 將無處不在。

本文與Micro LEDforum 2021次世代顯示技術論壇合作

由集邦科技LEDinside主辦的Micro LEDforum 2021將於9月8日登場,在這場年度研討會中將全面探討Micro與Mini LED各供應鏈上的成本結構分析、機會與挑戰、重點應用市場趨勢,與面對OLED 來勢洶洶的競爭壓力下的未來展望。

(首圖來源:錼創)