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台湾厂商错失OLED局势是好事,MicroLED抢占下一波先机

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-04 10:45   来源:新电子  浏览次数:322
   由于OLED具备比LCD屏幕更好的色彩对比与显色度,俨然已成为显示技术新宠。 然而OLED面板寿命短且专利由少数厂商掌握,使得应用发展亦有局限与风险。 同样拥有自发光优势的MicroLED技术正在稳定进展中,有望成为另一个主流显示技术。
 
  有机发光二极管(OLED)凭借着液晶(LCD)无法达到的高对比度、高显色显示特性,声势逐渐升高,并且随着苹果(Apple) iPhone X使用OLED面板后,无论是在大尺寸或小尺寸市场, OLED面板的声量都被推向有史以来的最高峰。
 
  目前,OLED面板的专利多由三星(Samsung)与乐金(LG)二韩厂掌握。 尽管台湾早期有发展OLED技术,然而如今已落后许多。 反观MicroLED技术,不旦台厂具备一定的技术优势,OLED所标榜的高对比度MicroLED技术也能够办到,并且具备更长的使用寿命。 因此,各国际大厂亦纷纷投入MicroLED的技术研发。 例如,Apple于2014年并购掌握众多小尺寸MicroLED制程专利的LuxVue;索尼(Sony)2016年展出大尺寸MicroLED显示屏幕;鸿海亦随后于2017年收购eLux,希望抢占MicroLED商机。 各家厂商皆在努力改善制程良率并布局专利群,技术发展各自为营。 另外,MicroLED晶粒几乎能够放在所有不同材质的基板上,其中包含玻璃基板、PCB基板或是具备弹性的基板。 正因如此,未来MicroLED技术也有机会制作出可挠式面板。 对于台湾厂商而言,若能在2019年前将相关产业链建构完整,台湾半导体厂商有望在OLED为王的今日抢登下一波先机。
 
  掌握既有优势 以MicroLED迎战OLED
 
  根据工研院IEK研究指出,到了2020年时,中小尺寸AMOLED面板市占将达4成,并且将占中小尺寸面板整体营收5成。 此变化对于日厂而言的影响最为剧烈,台湾面板厂商也会受影响。 然而,MicroLED面板所需技术皆为台湾所能掌握,因此,MicroLED也将会是未来台湾面板技术发展的一大重心。
 
  工研院产经中心经理林泽民表示,为因应面板产业的变化,台湾业者必须积极思考对策。 林泽民认为,建设一AMOLED面板厂,大约需要投入1,200亿以上资金,必须要投入非常庞大的成本,若要发展可挠式AMOLED面板制造,所需要的资金更是天价。 对于台湾而言,并不是最好的对策(图1)。
  图1 工研院产经中心经理林泽民表示,只要能够在2020年前掌握MicroLED相关供应链的串联与商业模式,MicroLED将是台湾面板产业非常具有优势的技术领域。
 
  然而,台湾已累积扎实的各类半导体技术基础,MicroLED面板所需要的生产技术皆为台湾业者的强项,因此,非常适合发展MicroLED面板。 林泽民指出,台湾业者在LED、驱动IC、基板等等技术皆累积了成熟的经验与技术,终端品牌也对于MicroLED技术相当有兴趣,只要能够在2020年前整合材料、系统等国内外厂商,并且掌握商业模式后, MicroLED将是台湾面板产业非常具有优势的技术领域。
 
  在新面板技术开发的路上,台厂已经以利基型产品打下一定基础,接下来必须要以台湾的优势走出新的技术发展方向。 IEK分析,台湾面板产业附加价值率,大致与台湾制造业平均附加价值率相同,但营业盈余率(营业盈余/产值)仅2~5%,反观日、韩等领导厂商持续朝向AMOLED等高精细、低耗能、结构简单、高单价的产品发展, 建议台湾业者应提高布局具技术门坎的高阶制程,创造差异化、利用技术升级提高本身产品与整体的附加价值。

  转移/修复技术为最大考验
 
  目前MicroLED制程还有许多问题待厂商携手共同突破。 其中,巨量转移(Mass Transfer)与坏点修补是影响MicroLED屏幕良率的关键技术,也是最迫切等待突破的困境。 工研院电子与光电系统研究所所长吴志毅指出,目前一次转移的数量已经能做到2,500颗,估计在2018年能够做到一次转移10,000颗(图2)。 MicroLED相对于OLED来说另一项很重要的优点在于,MicroLED屏幕坏点可以针对但一像素单独修复,OLED则无法办到,这也是大尺寸OLED成本一直居高不下的原因。 然而,黄炳凯说明,若是MicroLED转移良率无法提升,也将会大幅提高坏点修复的成本。
  图2 工研院电子与光电系统研究所所长吴志毅指出,目前一次转移的数量已经能做到2,500颗,估计在2018年能够做到一次转移10,000颗。
 
  黄炳凯进一步解释,目前修复坏点的方式分为两种,理想的修复(Repair)程序是必须要把坏点挑除,换上好的LED;但在实务上,皆是以热熔的方式剔除坏点,然而热熔的残渣将会阻碍LED良品的安置,因此, 目前的主流做法是采用备援修复(Redundancy)机制。 但是备援修复只是短时间内的权宜之计,治标的做法还是必须提高转移良率,以降低修复成本(图3)。 尽管MicroLED的转移良率已达99.9%,但依然未达商用水平。 目前业界共识是必须要达到99.99999%才是可量产的理想良率。
  图3 聚积科技微发光二极管事业部经理黄炳凯指出,Redundancy修复方式只是短时间的权宜之计,治本的做法还是必须提高转移良率,降低修复成本。
 
  制程专利工研院有一套
 
  由于各国际大厂的投入,目前在MicroLED制程中以巨量转移的专利量最大,各大厂皆有独家的转移专利。 另外,在修复、备援修复程序与驱动技术上,亦有另外一群专利。
 
  不同的巨量转移技术,将需要不同的修复、备援修复技术为搭配。 不同套路需要遵守不同的专利群,而工研院亦掌握了一套完整的生产技术专利。
 
  目前掌握最多专利的厂商应为Apple旗下的LuxVue,并且集中在中小尺寸相关的技术。 吴志毅指出,以工研院的评估看来,LuxVue掌握了许多较为基础的MicroLED相关制程专利,在从事相关技术开发时,确实需要避开某些专利冲突。 不过,工研院亦掌握了一套专利群,因此对于台厂而言,制程专利并不会是发展MicroLED技术的局限。
 
  Mini-LED为过渡解决方案
 
  正是因为目前正面临以上困境,因此MicroLED尽管前景看好,依然迟迟未见相关产品量产。 目前各大厂皆积极布局转移制程,但由于转移数量、转移良率、晶粒尺寸皆无法达到商用水平,因此厂商纷纷将对晶粒尺寸的要求放宽至150微米,抢先让「 类MicroLED」问世,待种种技术局限有所突破,并且能够稳定量产时,再往晶粒尺寸在100微米(?m)以下的MicroLED规格迈进。 而所谓「类MicroLED」即为Mini-LED。
 
  黄炳凯指出,就磊晶段而言,MicroLED与Mini-LED所涉及的是相同的技术,不同的是MicroLED的晶粒尺寸更小、移转难度更高。 由于现阶段MicroLED在巨量转移所遇到的技术挑战依然难以突破,Mini-LED晶粒尺寸较大因此移转较为简便,另外,在Mini-LED制程中,LED厂商能够以现有设备完成移转的程序,初期投资成本也相对较低。 因此,精准来说,2018年将会开始量产的是Mini-LED产品而非MicroLED。
 
  驱动IC为高效率功臣
 
  黄炳凯分享,聚积科技以开发LED的被动式矩阵驱动IC为主力业务,目标为MicroLED的大型显示器提供优良的驱动质量。 未来也将积极针对以下三方向优化:
 
  . 增加单颗芯片点亮像素
 
  目前单颗驱动IC能同时控制512个像素点,但由于MicroLED显示器量产之后,LED灯泡布建密度增加,因此单颗IC能够控制、驱动的像素量必须持续提高,并进一步缩减IC布建空间与组件数量。
 
  . 增强电流稳定度
 
  目前单一颜色平均横流驱动最低可至15微安培(uA),未来将持续增强稳定度,使显示画面的对比度与均匀性更细致,同时也能达到低功耗的效果。
 
  . 降低耗电量
 
  由于LED照明设备以省电著称,因此目前LED显示器最为人诟病的就是耗电问题。 此落差是由于全彩显示器与白光照明不同,并不能随时将电流控制在效率最佳点,同时还必须兼顾三原色光(RGB)之间的亮度匹配,因此无法达到LED的最佳效率。 未来,驱动IC将持续精进显示器效率,同时也降低IC本身运作时的耗电量。
 
  另外,黄炳凯强调,LED的效率与电流密度有很大的关系,当晶粒尺寸缩小,电流密度就会拉高,这时候显示器的效率也随之增强。 因此,MicroLED能够比Mini-LED达到更高效率、更低耗电量。 这也是MicroLED始终为LED显示器终极目标的原因所在。
 
  大型广告牌将为首要商转应用
 
  近年来,终端显示需求不段攀升,MicroLED成为显示器产业注目的焦点之一。 MicroLED具备高亮度、高效率低功耗、高分辨率与色彩饱和度、使用寿命长等特色,非常适合运用于室内超小间距显示屏,特别是可以任意拼接且无拼接缝的优点,非常适合零售、精品页作为店内广告屏使用。 MicroLED特性对于取代现有LCD屏幕方案具备强大竞争力,在大屏幕拼接显示有望成为未来主流技术。
 
  黄炳凯认为,在2018年出现的第一个MicroLED产品将会是大型广告牌(Signage)。 由于目前大型广告牌要求仅要求40~70ppi,因此在巨量转移良率、坏点修补大困境上都能够较快突破。 接下来才有可能是100~200ppi的电视显示器,再往下到300~400ppi的手机屏幕。 唯一的例外是扩充实境/虚拟现实(AR/VR)所使用的头戴式显示器。
 
  MicroLED为AR/VR显示器首选
 
  随着AR/VR应用起飞,相关的显示需求也受到相当大的重视。 由于AR/VR所使用的头戴式装置屏幕距离眼睛非常近,显示器最理想的画素密度上看2,000ppi。 尽管如此,但由于头戴式装置显示屏的转移方式与电视、手机屏幕不同,因此转移良率能够大幅提升。 最快将在2019年之前便能够看到MicroLED头戴式显示器出现。 也由于目前LCD、OLED显示器皆无法达到2,000ppi画素,但MicroLED却有机会达成这个目标。 因此,MicroLED将很有机会成为AR/VR头戴式装置优先选用的显示技术。
 
  吴志毅分析,AR/VR的头戴显示器主要有两大显示质量要求:响应速度与画素密度。 LCD本身的材质特性无法达到AR/VR所需要的速度门坎,因此其显示延迟可能会造成某些用户头昏;OLED的响应速度虽快,但画素密度大约在1,000ppi便达到极限,难以达成AR/VR所需要的2,000ppi。 然而,以上两点要求皆是MicroLED能够满足的,因此,AR/VR应用将成为MicroLED显示器的重要战场,也是工研院未来几年的重要目标。
 
  吴志毅进一步提到,尽管Micro LED在AR/VR领域独具优势,然而最大的市场永远是手机、电视等消费型产品。 而在该消费型市场,LCD与OLED皆已发展相当成熟,若MicroLED要加入竞争,必须等到成本降低至与LCD、OLED接近的地步,才有达成普及的机会。 吴志毅认为,MicroLED电视大约在2020年就有机会出现在市面上,然若是要成为主流显示技术,最快也要到2022年后。
 
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关键词: OLED MicroLED
 
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