μLED完勝所有顯示技術(shù)成本與量產(chǎn)是唯一挑戰(zhàn)

Micro LED技術(shù)被炒得震天價響，儼然是次世代的顯示技術(shù)霸主，更是2018年的顯示明星。然而，目前Micro LED依然存在許多的難題，不管是制程技術(shù)、檢驗標(biāo)準(zhǔn)，或者是生產(chǎn)成本，都與大量商業(yè)應(yīng)用有著很大的距離，而其中一個最主要的挑戰(zhàn)，就是如何導(dǎo)入大量生產(chǎn)，以降低其制造成本，而此一環(huán)節(jié)被稱為「巨量轉(zhuǎn)移」。

要理解巨量轉(zhuǎn)移，當(dāng)然要先知道什么是Micro LED，以及它跟傳統(tǒng)的LED有何不同之處。Micro LED的英文全名是「Micro Light Emitting Diode」，中文也就稱作是微發(fā)光二極體，也可以寫作「μLED」。

與一般LED最大的不同之處，當(dāng)然是尺寸。但是多少的尺寸才能稱作Micro LED，目前仍未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此都是制造商各自表述的情況。以***晶電的定義為例，一般的LED晶粒是介于200～300微米（micrometer, μm），Mini LED（被稱為Micro LED前身）約50～60微米，而Micro LED則是在15微米。

μLED完勝所有顯示技術(shù)成本與量產(chǎn)是唯一挑戰(zhàn)

由于晶粒尺寸的差異，其各自的應(yīng)用也就有所不同。一般的LED芯片以照明與顯示器背光模組為主；至于Mini LED則也將會運用在背光應(yīng)用上，但會是在高階的消費產(chǎn)品，或者是車用市場，如群創(chuàng)光電的AM miniLED就是運用在車用顯示上；至于Micro LED，其應(yīng)用概念跟前兩者則完全不同，將會是一種全新的顯示技術(shù)，而它的競爭對象則會是OLED。

從技術(shù)規(guī)格與應(yīng)用概念來看，μLED在亮度、反應(yīng)速度、電耗與耐用度上皆完勝目前市面上的顯示技術(shù)，幾乎可以說是具備完全取代LCD和OLED顯示的潛力，但唯一的問題就是其生產(chǎn)成本與量產(chǎn)的能力。

圖一

目前μLED最大的生產(chǎn)挑戰(zhàn)就在于如何把巨量的微米等級的LED晶粒，透過高準(zhǔn)度的設(shè)備，將之布置在目標(biāo)基板或者電路上，而此一程序被稱為巨量轉(zhuǎn)移（Mass Transfer ）。

事實上，巨量轉(zhuǎn)移是一個學(xué)術(shù)名詞，經(jīng)常用于物質(zhì)處理流程的工程設(shè)計上，它涉及物理系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)或粒子的擴散和對流。

更具體的說，巨量轉(zhuǎn)移是在描述一個化學(xué)或物理的機制，它是一種運輸?shù)默F(xiàn)象，它意指大數(shù)量的點（分子或粒子）從某一端移動到另一端。它可以是單一階段，或者多重階段，且涉及一個液體或者氣體的階段，有時候也可能在固體物質(zhì)中發(fā)生。

一個經(jīng)典的巨量轉(zhuǎn)移范例，就是水的「蒸發(fā)」，透過蒸發(fā)現(xiàn)象，能讓大量的水分粒子移動到另一個物質(zhì)上，同理，擴散也是如此。

如何搬運數(shù)千萬顆微米級LED晶粒的挑戰(zhàn)

而用在μLED的生產(chǎn)上，就是要把數(shù)百萬甚至數(shù)千萬顆微米級的LED晶粒正確且有效率的移動到電路基板上。以一個4K電視為例，需要轉(zhuǎn)移的晶粒就高達2400萬顆（以4000 x 2000 x RGB三色計算），即使一次轉(zhuǎn)移1萬顆，也需要重復(fù)2400次。

***的工研院目前也正在著手研發(fā)巨量轉(zhuǎn)移的相關(guān)技術(shù)，而主要負責(zé)的單位則是電子與光電系統(tǒng)研究所。電光所所長吳志毅博士就表示：「目前LED與顯示面板的制程已相對成熟，最大的困難就在于如何將如此大量的μLED晶粒進行轉(zhuǎn)移?！?/p>

吳志毅博士指出，雖然生產(chǎn)微米級μLED晶粒不易，但仍是有設(shè)備可以做到，只是良率與產(chǎn)量的問題，例如紅光LED微縮至微米級會有矽材質(zhì)易碎的問題，但還是有法可行，唯有巨量轉(zhuǎn)移目前仍沒有一個好的解決方案。

就因為巨量轉(zhuǎn)移的良率與效率具備很高的技術(shù)難度，因此目前包含蘋果、三星和索尼都正積極研究突破之道。

吳志毅博士表示，要達成巨量轉(zhuǎn)移的原理其實很簡單，就是產(chǎn)生一個作用力將μLED晶粒精準(zhǔn)的吸附起來，然后將之轉(zhuǎn)移到目標(biāo)背板上，再精準(zhǔn)的釋放。而可以使用的原理有：真空、靜電、沾黏、UV和電子作用等。

關(guān)鍵的問題就在于良率可以達到多少，以及產(chǎn)能是否合乎成本。

如果不考慮產(chǎn)能的話，透過目前的轉(zhuǎn)移設(shè)備，如Pick-and-Place的方式，也是可以制作出μLED顯示面板，但其成本將會非常昂貴，除非對于價格很不敏感的客戶和應(yīng)用，否則很難有商業(yè)發(fā)展的空間。

目前已有幾家業(yè)者宣布其在小尺寸面板上取得初步的成功，包含***的錼創(chuàng)科技（PlayNitride）、晶電、蘋果收購的LuxVue、日本的索尼，以及韓國的三星，但這些業(yè)者皆沒有透露其轉(zhuǎn)移的形式與技術(shù)，當(dāng)然產(chǎn)量與產(chǎn)能也沒有公布。

而在今年CES 2018展上，三星展示的146吋Micro LED電視「The Wall」，其是使用模組化拼接的方式，達成了大尺寸面板效果。

相較于μLED急需巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)來解決其量產(chǎn)的問題，晶粒尺寸在50～60微米間的Mini LED則完全可使用既有的生產(chǎn)設(shè)備來進行量產(chǎn)，因此目前的LED制造商皆先選擇投入此一過渡的產(chǎn)品，甚至三星和索尼先前發(fā)表的Micro LED產(chǎn)品，可能都是屬于Mini LED等級并透過現(xiàn)有設(shè)備來生產(chǎn)的產(chǎn)品。

這些國際大廠頻頻的動作當(dāng)然引來市場的關(guān)注，但在μLED技術(shù)的研發(fā)上***其實并沒有落后，甚至還可能有超前的機會。工研院早在2009年就開始投入μLED技術(shù)的研發(fā)，只是一開始沒有要往主流顯示應(yīng)用發(fā)展，但隨著市場與技術(shù)的演進，也逐漸意識到其市場的潛力。

「當(dāng)時我們認為OLED可以，LED也一定可以?！箙侵疽悴┦空f道。

他指出，理論上，LED能夠取代目前所有的OLED顯示產(chǎn)品，唯一的問題就是制造成本和所謂的C/P值，如果做出的產(chǎn)品售價居高不下而乏人問津，那就沒有發(fā)展的價值。幾年前的OLED電視幾乎就是這樣的情形。

而對于巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，吳志毅博士則透漏，目前工研院也已有相關(guān)的解決方案，但他仍無法透漏相關(guān)的資訊，僅回應(yīng)今年將會有相關(guān)的技術(shù)發(fā)表，請大家拭目以待。

但他認為，目前巨量轉(zhuǎn)移最可行的制程還是在6吋到8吋晶圓上，并以小尺寸的顯示應(yīng)用為主，大尺寸的顯示應(yīng)用只能透過拼貼的方式來進行，才能解決生產(chǎn)成本的問題；至于使用的技術(shù)形式，則是會是以吸附轉(zhuǎn)移的方式，也就是利用靜電、凡得瓦力或其他的作用力來轉(zhuǎn)移。

μLED應(yīng)用市場將呈現(xiàn)M型化發(fā)展

也由于轉(zhuǎn)移的技術(shù)不易，且產(chǎn)量和良率受限的緣故，因此μLED的應(yīng)用市場將會呈現(xiàn)M型化來發(fā)展，也就是先從極大和極小的兩個尺寸開始，最后才會逐漸往數(shù)量最大的消費性電子和電視的尺寸來發(fā)展。但能不能發(fā)展至主流消費性電子產(chǎn)品市場，甚至取代目前的OLED電視或LCD電視，則需視屆時的生產(chǎn)成本。

圖二

吳志毅博士表示，由于LED的特性就是發(fā)光面積小于元件面積，因此非常適合以拼接的方式來生產(chǎn)超大尺寸的顯示面板，尤其是戶外或者是公共空間的大尺寸顯示幕，再加上這些應(yīng)用對于價格的敏感度不高，因此將會是μLED顯示的第一個商用市場。

而接在超大尺寸之后，就會是超小型的顯示應(yīng)用，例如穿戴式和AR/VR裝置，尤其是AR和VR。吳志毅博士表示，μLED的高亮度、低功耗和高反應(yīng)速度特性，非常適用于這些應(yīng)用，不僅能克服日光下顯示的問題，也能改善電耗，同時也能滿足游戲的高速顯示需求。

只不過吳志毅博士并不認為μLED會大量進入消費性電子市場，尤其是一般的家用電視市場。他認為，目前μLED的生產(chǎn)成本仍十分昂貴，就算制程成熟，也是會高于LCD面板甚多，就算顯示性能極佳，也不易說服消費者購買，因此仍需一段時間來觀察。

但至少現(xiàn)在可以清楚的知道一件事，就是在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)成熟之前，μLED的產(chǎn)品和應(yīng)用都距離實際商用市場十分遙遠，最快也要等到今年下半年之后，才會有更具體的技術(shù)細節(jié)被揭露。而在那之前，所有關(guān)于μLED的一切，恐怕都只是個愿景和話題而已。