Micro LED开阔新视界！工研院串联产业链攻AR/VR显示应用

Micro LED 两大应用并进，电视墙显示器率先走入量产

SONY 在今年年初推出大尺寸拼接型显示器“CLEDIS”（Crystal LED Integrated Structure），为 Micro LED 显示应用开创新格局，加上应用场域广，吸引不少业者投入开发，台厂也不落人后。工研院电光所“智能应用微系统组”研发副组长方彦翔博士指出，电视墙（Video wall）是第一个将 Micro LED 导入的产品，目前 LED 驱动 IC 厂聚积科技、PCB 厂欣兴电子与半导体厂錼创科技，已在工研院建立试量产线，四方合作开发无蓝宝石基板的 Micro LED 拼接型电视墙显示应用。

不过，Micro LED 每个制程环节都是挑战，因此做起来相当不易。方彦翔表示，Micro LED 晶粒的重点在于将晶圆做得很均匀，但技术相当困难，目前高均匀度晶圆由錼创执行开发，现已完成单一颜色试片，预计今年 11 月底前完成另外两色。Micro LED 在无蓝宝石基板下厚度仅约 3 μm 至 5 μm，无法采用传统逐颗接合方式，因此工研院负责以巨量转移技术将 Micro LED 晶粒转移到欣兴的 PCB 板上，却也因为传统 PCB 板粗糙度（roughness）较大，得由板厂调整制程解决，难度相当高；聚积则负责开发 Micro LED 适用电流范围的驱动 IC，其他包括材料、检测等各个细节都有技术障碍有待排除。

“等我们把 RGB 全彩板子做出来，那就会是全世界除了 SONY 以外，第二个用无蓝宝石基板 Micro LED 所制成的拼接型显示产品，”方彦翔说明，工研院与三厂合力开发的电视墙显示器，LED 晶粒尺寸比 SONY CLEDIS 稍大一些，约落在 50 μm 至 100 μm 之间，间距（pitch）则比 CLEDIS 小，约在 800 μm 以下；模组大小为 10 cm x 10 cm 内，主要锁定 130 吋以上室内应用，可视需求自由拼接。据了解，目前已有国外客户下单，预计 2018 年 6 月导入试量产成功后，便可正式投入量产。

看好 AR/VR 显示应用潜力，Micro LED 将成主流显示光源

除了大尺寸电视墙显示器外，工研院所聚焦的另一 Micro LED 关键应用就是扩增实境（AR）与虚拟实境（VR）显示应用。Micro LED 具备高亮度、高效率低功耗、超高解析度与色彩饱和度、使用寿命较长等特性，在 AR/VR 领域会比 OLED、LCD 等显示技术更能发挥优势，有望取代两者成为未来显示光源主流技术。Facebook 旗下 Oculus 与中国康得新光电，去年已相继透过收购 Micro LED 显示技术公司，加速展开 AR/VR 领域布局。

“AR/VR 显示应用将做为未来 AI 人工智慧时代的传播媒介，也会愈做愈薄，Micro LED panel 旁更可整合多种感测器，达到多工效果，”方彦翔再次提到 Micro LED 具有整合传感器的微组装（micro assembly）技术特性，加上高分辨率、高亮度等优点，OLED 与 LCD 实在很难比拟。再者，市场预测 2020 年 AR/VR 市场产值上看 1,200 亿美元规模，别具发展价值。

他指出，AR/VR 显示装置未来将达到 8K4K 解析度，以 Micro LED 单色来说晶粒数量将超过 3,000 万颗，若以 RGB 彩色计算则将近 1 亿颗。不过，方彦翔认为应以单色 Micro LED 加上量子点（QD）色转换材料，才能相对提高成功机率。主要原因除了 RGB 三色本身的良率问题，以及转移后可能产生其他问题外，Micro LED 均匀度也难以掌控，容易产生漏电而影响色彩呈现，加上电流非线性，驱动条件不一很难控制颜色与亮度，所以较不建议采用 RGB 三色 Micro LED，以单一颜色结合量子材料进行色转换的良率会比较高。

然而，合适的色转换材料也并非唾手可得，因为市场上较成熟的色转换材料含镉，效率也较高，但含镉的材料受到欧盟管制，以后中国与其他国家也可能实施管制，所以需朝无镉材料研发，只是目前效率较差，色彩转换效率好不好还得持续测试开发。目前工研院 Micro LED 单色解析度可达 qHD（960 x 540）等级，LED 尺寸最小可缩至 5 μm。

方彦翔透露，工研院现正串联国内外厂商建构产业链开发 AR/VR 显示应用并展开测试，预计 2018 年底可达 4K2K、画素密度约 1,000 ppi，2019 年达到 8K4K、画素密度约 2,500 ppi，全采用单色 Micro LED 搭配量子材料实现色转换。只是 Micro LED 若要实现 AR/VR 显示应用商业化量产，也同样还有许多技术瓶颈待突破，不仅显示技术本身，还包括传输技术、VR 晕眩等问题，最快恐怕还需要 5 年才能走入量产。

Mini LED 为过渡技术？实与 Micro LED 大不同

尽管 Micro LED 显示技术潜力备受看好，其技术门槛仍是无法早日实现量产的一大关键，于是近半年来，市场上开始出现“次毫米发光二极体”（Mini LED）技术，有望做为 Micro LED 的过渡技术，导入大尺寸显示器、车用显示器、手机背光等应用。不过，Mini LED 产品之所以可以较快推出，主要是因为所采用的仍是 LED 传统制程，在切割上不断朝小尺寸精进，最小约可做到 5 x 6 mil 相当于 127 x 152 μm 左右，差不多快达极限，以含蓝宝石基板的 LED 来说，再切小会因劈裂问题而影响良率。

方彦翔认为 Mini LED 的宗旨与 Micro LED 完全不同，前者主要做为背光应用，因为含基板所以 LED 尺寸相对受限，除非尺寸能继续缩小，画素密度才有提高的可能，分辨率也才能更高，但以传统制程来说不易突破极限；后者则是颠覆传统 LED 制程工艺，也不需蓝宝石基板，LED 尺寸相对不受上述限制，要实现高解析仍非 Micro LED 不可。更重要的是，Micro LED 技术能整合多种感测器，应用更加广泛，这不仅是传统 LED 所无法达成的精神，同为自发光显示的 OLED 技术也一样难以超越。

工研院在去年 10 月中旬成立 Micro Assembly 联盟“CIMS”（Consortium for Intelligent Micro Assembly System），跨领域串联产业链建立交流平台。时隔一年，Micro LED 技术有了新进展，应用领域也有不一样的发展契机，今年 11 月 3 日工研院首次以 AR/VR 做为 Micro LED 论坛主轴，邀请讲者来自加拿大系统整合商 VueReal、美国玻璃基板厂康宁（Corning）、色转换技术商 VerLASE、日本奈米材料商 NS Materials、晶圆检测设备厂东丽工程（Toray Engineering）等，共同探讨 Micro LED 于 AR/VR 显示领域的技术发展与布局，期望在这创新生态链中凝聚产业力量，为 Micro LED 技术开创新局。