比頭髮還細的小零件 竟是顯示技術的明日之星

03 / 12 . 2020
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美國消費性電子大展(CES)一向是各家大廠「秀肌肉」的大好時機,也是年度科技產業的風向球。Micro LED(微發光二極體)無疑是今年CES最受矚目的顯示技術,工研院在現場展出全球第一款將Micro LED晶粒直接轉移到PCB基板的顯示看板,相較同場競技的LG、三星等大廠所展出以玻璃基板為基底的Micro LED產品,PCB基板製程難度更高,且有成本低,應用尺寸無上限的優點,未來發展潛力十足。

工研院電子與光電系統研究所博士林建中指出,Micro LED要應用在大尺寸面板,首先的重要關鍵就是把LED製程「半導體化」。半導體是一項非常精密的產業,隨著技術越來越進步,同樣一片晶圓可以容納的IC越來越多,Micro LED也是同樣的道理,林建中表示,如果在同樣一片面板上,放入的LED晶粒愈多,同樣尺寸的面板就可以創造更亮、更細緻的顯示效果。

不過,當晶粒愈來愈小,製程上的難度也會隨之提高,這是發展Micro LED技術上需要克服的地方。如果以實體事物來類比,傳統的LED顆粒大小相當於樓房,而mini LED是磚塊,Micro LED則只有砂粒般的大小。舉例來說,一個20坪的空間,可能只需要一棟20坪的房子就能填滿,但變成磚塊的時候,可能要好幾百塊,可想而知,如果變成砂子的時候,填滿空間所需的數量就更為驚人了。

在這樣的狀況下,要能把數百萬乃至數千萬顆小於100微米,比一根頭髮還細的Micro LED好好的依序排列在基板上,壞的時候還能挑起來修補,而且還要能快速生產,就需要更高深的功夫!

首先,將大量Micro LED晶粒整齊排列在基板上的關鍵技術稱為「巨量轉移」,以一塊4K解析度的LED螢幕來說,需要安裝2,400萬顆Micro LED,也就是若一次轉移1萬顆,也必須移轉個2,400次,一次可轉移的數量將決定製程的效率。此外, 2400萬顆如砂粒般大小的Micro LED排列整齊,不能高低不平,電流可以通過成功發亮,是良率的關鍵所在。

種種關卡難度都不低,工研院在經濟部技術處科技專案支持下,歷經長時間研發, Micro LED顯示屏良率已顯著提升,並且在工研院與聚積科技、欣興電子和錼創科技攜手合作下,完成將Micro LED巨量移轉到PCB板這項獨步全球的創舉,比起以玻璃基板為基底的技術,轉移到PCB板將具有製程成本低、模組化PCB可任意拼接成不同尺寸顯示面板的優點,業界看好其商業價值。

Micro LED前景看好,臺灣廠商各擅勝場,為了要群聚產業力量,共同進攻大尺寸Micro LED市場,工研院在2016年成立 「巨量微組裝產業推動聯盟(CIMS)」,聯合上下游產業鏈約30家廠商,並在2018年起協助廠商試量產,幫助廠商提早跨入Micro LED的領域。

林建中指出,Micro LED因為耐受度、可靠度、透明度以及對比度都好,所以電競螢幕、車載顯示器還有AR等是可以優先受惠的利基市場,今年底應該就能看到mini LED相關的產品試行,只要時機成熟,未來5年Micro LED的應用有機會遍地開花。