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產業追蹤/Micro LED研發瓶頸 有解

2021-06-20 00:30經濟日報 吳志毅
LED
  • 晶粒
  • 顯示器

Micro LED具有優異的顯示功能、低耗能與產品壽命長等優點,被視為下世代顯示技術霸主。Micro LED是將LED微縮化和矩陣化的技術,將數百萬乃至數千萬顆小於100微米,比一根頭髮還細的LED RGB晶粒排列整齊放置在基板上。與現階段OLED技術相比,Micro LED同樣是自主發光,卻因使用的材料不同,可解決OLED最致命的「烙印」問題,同時還有低功耗、高對比、廣色域、高亮度、體積小、輕薄、節能等優點。

面板是我國發展的重點產業,面對下世代面板的新技術挑戰,經濟部技術處看好Micro LED 的優勢,尤其是Micro LED結合LED晶粒製造、IC驅動設計、封測及組裝等供應鏈,是台灣產業既有的優勢利基,若能掌握發展契機,就可助台灣顯示產業創造高產值。技術處多年前即支持工研院投入Micro LED關鍵技術的研發,深知Micro LED要變成下一代主流,需先克服巨量轉移跟檢測這兩大關卡,不管是改善效率或良率,有沒有辦法跟現有產品競爭。

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談到Micro LED時,一定會提到關鍵技術「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LED,過去LED大型顯示看板採單顆單顆裝設的方式,效率慢、成本高,因此動輒幾百萬元。未來要生產超高解析度或超大型面板時,最好做法是一次就能抓取大量LED晶粒,就是所謂的巨量轉移。

巨量轉移之所以困難,一是在於數量,即使一次轉移1萬顆,都還要做2,400次。二是良率,不只是大量抓好放上去,還要電流可通過成功發亮,只要一不小心,稍微高一點、低一點,一顆就會壞掉,因此在巨量轉移後,如何更有效率做巨量檢測又是另一個關卡。

工研院與與錼創、欣興(3037)、聚積等產研機構合作讓技術再進化,成功將Micro LED晶粒直接轉移至PCB基板,創下全球首例,並突破大部分製造瓶頸已達到可量產階段。巨量移轉至PCB基板的技術突破,在於比起平整的玻璃基板,PCB的翹曲度非常高,將極小的Micro LED安裝上去時,可能基板的彎曲程度都比Micro LED晶粒本身還大,而且根據不同解析度,需要巨量轉移數十萬到數百萬顆Micro LED,困難度遠比玻璃更高。

為提升並確保Micro LED顯示器良率,檢測與修復是製程中的關鍵步驟,如何檢測並修復巨量而細小的Micro LED晶片是艱鉅挑戰。以20微米尺寸乘以10 微米的空間來估算,一片4寸的晶圓上約有800萬顆晶粒,以現行檢測技術電性檢測,其檢測時間約需花一天,雖優點為檢測率高,但檢測時間過長不符合量產效率且檢查尺寸亦有其限制;而光性測試檢測速度雖然快,卻可能因光性遺漏造成檢測效率不佳。工研院結合多年製程經驗及累積的數據分析,開發出一套巨量檢測技術以解決傳統檢測所會遇到的問題,可同時擁有電性檢測之檢測率以及光性檢測之速度,剔除Micro LED晶片不良品。

針對未來包括虛擬實境(VR、AR、MR)等應用,工研院在技術處支持下,以提供全彩微型顯示器之完整解決方案為前提,突破相關技術,如量子點與5微米之Micro LED整合、每次超過1萬顆之非接觸檢測、電流回饋與補償之積體電路驅動設計等技術,完成960 X 540 全彩AR、MR用微顯示模組。

Micro LED技術須結合半導體、材料、高精密設備及面板等四大產業,這些都是台灣強項。工研院已盤點整個顯示器產業鏈,從上游的磊晶、晶粒製造,中游的IC設計、驅動與封裝,再到下游面板與系統,並鏈結上中下游廠商,透過工研院團隊建置之晶粒製作及巨量轉移實驗平台,與產業共同訂定研發規格及先期開發,以確保開發完成後之產業銜接。

隨著愈來愈多廠商投入,將可加快Micro LED商品化時程。(作者是工研院電子與光電系統研究所長)

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