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臺廠連手解技術(shù)難題 MicroLED蓄勢待發(fā)；MicroLED被視為次世代的顯示技術(shù)。 臺灣具備豐富的LED制造經(jīng)驗(yàn)，已建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈，面對近年來OLED顯示器的崛起，正積極投入MicroLED技術(shù)搶搭下一波商機(jī)。 然而，目前由于種種技術(shù)局限，業(yè)界共識是至少要5年后才能看到MicroLED顯示器正式量產(chǎn)，在MicroLED正式量產(chǎn)之前，將MiniLED背光導(dǎo)入LCD的顯示產(chǎn)品將率先上市。

在2018年各大消費(fèi)性電子或顯示技術(shù)展會中，MicroLED顯示器以及MiniLED背光源的液晶(Liquid Crystal Display, LCD)屏幕無疑是鎂光燈的焦點(diǎn)。 包括三星(Samsung)、索尼(Sony)、友達(dá)(AUO)等大廠皆展示相關(guān)的概念性產(chǎn)品。

MicroLED在技術(shù)壽命、對比度、能耗、反應(yīng)時(shí)間與可視角等均勝過LCD和有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)，全球各大龍頭廠商早已積極布局， 鴻海更砸重金打造MicroLED全產(chǎn)業(yè)鏈，皆有助推進(jìn)MicroLED商業(yè)化進(jìn)程。 在2018年8月底登場的智能顯示與觸控展(Touch Taiwan 2018)，更首度新增了「MicroLED/MiniLED產(chǎn)品與解決方案」主題專區(qū)，眾臺灣LED與面板大廠皆參戰(zhàn)展示最新技術(shù)與解決方案。 根據(jù)研究單位LEDinside報(bào)告預(yù)估，至2022年MicroLED以及MiniLED的市場產(chǎn)值將會達(dá)到13.8億美元(圖1)。

圖1 MicroLED與MiniLED產(chǎn)值預(yù)估
數(shù)據(jù)源：LEDinside

LED技術(shù)進(jìn)展神速，如今LED燈泡的滲透率已比幾年前預(yù)期的還要快上許多。 晶元光電(Epistar)營業(yè)暨市場營銷中心產(chǎn)品管理群資深處長鄧紹猷認(rèn)為，在2005年時(shí)，業(yè)界普遍認(rèn)為LED通用照明(General Lighting)市場將在2020年達(dá)到飽和，然而時(shí)至今日， 市場上LED燈泡與熒光燈管的價(jià)格已經(jīng)不相上下，LED通用照明市場的飽和比預(yù)期提早了2~3年發(fā)生。 因此，鄧紹猷亦指出，盡管現(xiàn)今業(yè)界普遍認(rèn)為尚需5~6年MicroLED顯示器才能量產(chǎn)并普及，然而依照目前的技術(shù)發(fā)展速度，MicroLED顯示器很有可能將會如同LED通用照明的發(fā)展歷程一般提早發(fā)生。

臺LED產(chǎn)業(yè)鏈完整 精密機(jī)械市場有潛力
從映像管(Cathode Ray Tube, CRT)顯示器當(dāng)?shù)赖臅r(shí)代，一直到近期的OLED顯示器崛起，亞洲的廠商一直都在顯示器產(chǎn)業(yè)鏈中扮演相當(dāng)重要的角色。 在臺灣，更有著非常豐富的LCD、LED生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，掌握了相當(dāng)多關(guān)鍵技術(shù)；再加上強(qiáng)健的設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)，在未來有望在MicroLED制程的精密機(jī)械制造領(lǐng)域占有一席之地。

臺大光電研究所副所長黃建璋(圖2)指出，臺灣是難得少見在LCD與LED產(chǎn)業(yè)都非常完備的區(qū)域，因此，在MicroLED顯示技術(shù)的發(fā)展過程中，臺灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機(jī)械進(jìn)行布局。

圖2 臺大光電研究所副所長黃建璋指出，在MicroLED顯示技術(shù)的發(fā)展過程中，臺灣廠商將更有能力往終端品牌與精密機(jī)械布局。

然而，目前LCD制造所涉及的精密機(jī)械制造技術(shù)多為日本廠商掌握，盡管臺灣的精密機(jī)械制造廠商生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)異，但多以生產(chǎn)工具機(jī)為主。 加上目前巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)未定，因此臺灣業(yè)者多還在觀望，少有廠商開始投入資源展開研發(fā)。

不過黃建璋認(rèn)為，盡管目前巨量轉(zhuǎn)移眾流派各自發(fā)展，何種轉(zhuǎn)移技術(shù)將會是未來的主流尚未出現(xiàn)定論，但是無論未來何種技術(shù)方法成為主流，在轉(zhuǎn)移過程中皆會需要高度精密的物理對準(zhǔn)處理，因此精密機(jī)械的市場需求潛力將相當(dāng)龐大， 而臺灣廠商在精密機(jī)械制造的表現(xiàn)優(yōu)異，因此將有很大的發(fā)揮空間，也將是臺廠在MicroLED產(chǎn)業(yè)鏈中成為關(guān)鍵制造商的重要切入點(diǎn)。

由于看好臺灣LED人才與技術(shù)資源，許多國外大廠也開始在臺投入更多資源，搶攻MicroLED制造市場。 默克(Merck)全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠(圖3)便指出，無論是由LED或是顯示器制造市場看來，亞洲都還是最重要的區(qū)域，因此默克近年來逐漸將LED與顯示相關(guān)的業(yè)務(wù)主管駐點(diǎn)于亞洲區(qū)域。

圖3 默克全球識別與照明科技銷售處長楊貴惠指出，無論是由LED或是顯示器制造市場看來，亞洲都還是最重要的區(qū)域市場。

楊貴惠也提到，由材料供應(yīng)到量產(chǎn)的過程中，應(yīng)用測試(Application Test)是最為重要且費(fèi)時(shí)的階段。 為了時(shí)時(shí)提供臺灣客戶最新LED相關(guān)材料，并且讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果回饋更加實(shí)時(shí)，因此默克在臺灣設(shè)立了三座實(shí)驗(yàn)室。 其中包含在桃園的液晶原料研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，以及2017年在高雄創(chuàng)立的集成電路(IC)材料應(yīng)用研究與開發(fā)中心，期盼能藉此近距離與客戶合作并實(shí)時(shí)提供解決方案。

OLED經(jīng)驗(yàn)為助力 MicroLED驅(qū)動IC發(fā)展更快
隆達(dá)電子技術(shù)中心副總經(jīng)理黃兆年指出，LED產(chǎn)業(yè)在臺發(fā)展近50年，許多現(xiàn)今正熱議中的MicroLED技術(shù)發(fā)展方向以往都曾嘗試過，然而當(dāng)時(shí)資源、設(shè)備、材料尚未到位，因此未具體實(shí)現(xiàn)相關(guān)概念，看見商用成品。 但時(shí)至今日許多條件已滿足，因此過往所累積的技術(shù)能量將逐漸看到成果。

舉例而言，臺灣在10年前曾經(jīng)投入過OLED顯示技術(shù)開發(fā)，然而近年來該顯示技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備與材料由韓國廠商控制的產(chǎn)業(yè)狀況已底定。 臺灣廠商雖已難在OLED顯示器生產(chǎn)鏈中成為關(guān)鍵供貨商，然而當(dāng)初投入該顯示技術(shù)研發(fā)時(shí)所留下的研究成果將有助于MicroLED顯示技術(shù)發(fā)展，例如驅(qū)動IC的架構(gòu)便是一個(gè)重要的項(xiàng)目。

巨量轉(zhuǎn)移方法多 晶粒制程為重要挑戰(zhàn)
MicroLED顯示技術(shù)的發(fā)展備受矚目，其中巨量轉(zhuǎn)移無疑是眾廠商迫切需要突破的技術(shù)瓶頸。 業(yè)界普遍認(rèn)為轉(zhuǎn)移良率必須要達(dá)到99.99999%才算是及格，然而目前無論是何種轉(zhuǎn)移方法，良率皆尚未突破99.999%。 不僅如此，不同的轉(zhuǎn)移方法將對應(yīng)到不同的晶粒制程，在轉(zhuǎn)移后的壞點(diǎn)修復(fù)方法也有所差異，提升良率的挑戰(zhàn)不僅是在轉(zhuǎn)移過程。

鄧紹猷便指出，如何在將LED微型化的同時(shí)，依然保有一樣的效能，便是LED在磊晶、長晶制程階段的重要挑戰(zhàn)。

黃兆年也表示，MicroLED由LED的晶粒制程開始，便與傳統(tǒng)的LED制程大有不同。 例如，在長晶過程中必須導(dǎo)入弱化結(jié)構(gòu)，使晶粒易于抓取，后面的轉(zhuǎn)移過程才能夠順利進(jìn)行。

另一方面，KLA-Tencor產(chǎn)品營銷經(jīng)理Mukund Raghunathan指出，在MicroLED技術(shù)中，每個(gè)LED芯片構(gòu)成一個(gè)像素，只要一個(gè)缺陷或污染粒子就可以導(dǎo)致像素?fù)p壞。 因此，生產(chǎn)無缺陷的磊晶晶圓也是制程工程師面臨的重要任務(wù)。

降低巨量轉(zhuǎn)移難度 玻璃基板成MicroLED小尺寸主流
由于玻璃基板相較于PCB基板而言，較容易實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移，因此已成為眾廠商們的技術(shù)優(yōu)化方向。 玻璃基板更已經(jīng)成為手機(jī)、智能手表等中小尺寸MicroLED顯示器的首選方案。

研調(diào)機(jī)構(gòu)集邦科技綠能事業(yè)處研究協(xié)理儲于超(圖4)指出，在2018年比較值得留意的是，許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED廣告牌。 例如，索尼(Sony)在2017年便展出了「CLEDIS」(Crystal LED Integrated Structure)顯示器，并宣告即將開始開賣；三星也宣稱The Wall即將在2018年下半開賣， 大型MicroLED顯示器即將量產(chǎn)。圖4 研調(diào)機(jī)構(gòu)集邦科技綠能事業(yè)處研究協(xié)理儲于超指出，在2018年許多廠商開始展示拼接式的大型MicroLED廣告牌。

儲于超認(rèn)為，在所有目前所展示過的產(chǎn)品中，以Sony的CLEDIS顯示器之技術(shù)最為成熟。 由于Sony CLEDIS所使用的PCB板尺寸已是目前的極限，MicroLED的晶粒等級已小于30微米(Micrometer, μm)，更采用了主動式驅(qū)動方案。 以此技術(shù)架構(gòu)而言，未來會遇到比較大的挑戰(zhàn)依然將在于MicroLED巨量轉(zhuǎn)移至PCB板的過程。

儲于超進(jìn)一步說明，由于PCB板的平整度不高，因此MicroLED晶粒難以直接轉(zhuǎn)移至PCB板。 以Sony小于30微米的晶粒尺寸而言，在晶粒轉(zhuǎn)移至PCB板的過程中，必須要先轉(zhuǎn)移至一個(gè)暫時(shí)的基板，才有可能再次轉(zhuǎn)移至PCB板上。 而MicroLED晶粒轉(zhuǎn)移至玻璃基板的程序則相對比較容易，因此，目前眾廠商們皆在思考，未來若是MicroLED成本要降低，可能必須考慮將PCB板換成玻璃基板，再以玻璃基板去做TFT的主動式驅(qū)動方案，以此方式降低制造成本。 正因如此，目前在如智能手表的中小尺寸MicroLED顯示器開發(fā)上，玻璃基板已成為主流方案。

大型廣告牌以PCB為主流 分辨率需求逐漸提升
盡管玻璃基板能夠降低巨量轉(zhuǎn)移難度，然而，若采取玻璃基板拼接制成大型顯示屏幕，也可能會遇到許多尚未解決的技術(shù)問題。 因此在大型廣告牌(Signage)應(yīng)用中，將依然以PCB基板方案為主。

目前傳統(tǒng)LED大型廣告牌市場已相當(dāng)成熟，并且對于RGB LED芯片的需求量非常龐大。 因此短時(shí)間內(nèi)，該市場將是重要的LED產(chǎn)能出海口。 而LED的微型化趨勢，對于相關(guān)廠商而言，先將目前的市場經(jīng)營妥善，再慢慢往較小的晶粒尺寸的方案前進(jìn)，也無非是一個(gè)應(yīng)戰(zhàn)的好策略。

聚積科技微發(fā)光二極管事業(yè)部經(jīng)理黃炳凱(圖5)指出，對于分辨率要求較高的室內(nèi)大型廣告牌市場是該公司目前的重要經(jīng)營方向。 現(xiàn)今室內(nèi)大型廣告牌的主流像素間距(Pixel Pitch)為0.9~1.5mm，而Pixel Pitch越低需要搭配越高階的驅(qū)動方案。

圖5 聚積科技微發(fā)光二極管事業(yè)部經(jīng)理黃炳凱指出，對于分辨率要求較高的室內(nèi)大型廣告牌市場是該公司目前的重要經(jīng)營方向。

由于對大型廣告牌顯示質(zhì)量的要求逐漸提升，然而RGB LED芯片單價(jià)會隨著Pixel Pitch越小而倍數(shù)成長(圖6)。 因此目前已有廠商開始將MicroLED等級的驅(qū)動方案(針對Pixel Pitch 0.9mm以下的驅(qū)動方案)導(dǎo)入至Pixel Pitch 1.2mm的大型廣告牌產(chǎn)品之中，試圖在顯示質(zhì)量與RGB LED芯片成本上取得平衡。

圖6 LED芯片單價(jià)隨著像素間距(Pixel Pitch)越小而呈倍數(shù)成長

MiniLED背光先行 電競顯示器率先導(dǎo)入
考慮現(xiàn)階段MicroLED技術(shù)仍有許多技術(shù)壁壘需要克服，許多廠商在2018年先推出MiniLED背光方案的LCD顯示產(chǎn)品。 LEDinside預(yù)估，2018年下半年將會陸續(xù)見到采用MiniLED背光技術(shù)的顯示器問世，2022年MiniLED的產(chǎn)值將會達(dá)到6.89億美元。

有別于MicroLED顯示器，MiniLED晶粒尺寸較大。 但與傳統(tǒng)的LED背光相比，MiniLED芯片尺寸較小，并可搭配直下式背光與區(qū)域點(diǎn)亮(Local Dimming)的技術(shù)提高顯示對比(表1)。 鄧紹猷說明，MiniLED背光與傳統(tǒng)的直下式LED背光有很大的差異。 相較于傳統(tǒng)直下式背光而言，MiniLED背光將LED顆粒數(shù)做到更細(xì)、更多。 然而，只是增加LED顆粒數(shù)還不夠，更重要的是必須搭配HDR高對比度技術(shù)才有可能會成功。

然而，對于主流的顯示器產(chǎn)品而言，短期內(nèi)MiniLED背光的成本結(jié)構(gòu)仍然過高，加上還有散熱、耗電等問題待解決，因此未來能夠切入的市場仍然以消費(fèi)性的高階產(chǎn)品為主。 例如電競筆電、電競桌上型屏幕或特殊應(yīng)用的屏幕，以及講求高解析、高對比度、高色飽的高階電視等利基型產(chǎn)品。 這類型產(chǎn)品對于規(guī)格相對重視，且價(jià)格敏感度較低，將成為各家廠商利用MiniLED背光實(shí)現(xiàn)技術(shù)差異化的主要戰(zhàn)場。

目前晶元光電大約20%的營收是來自顯示器背光產(chǎn)品，鄧紹猷指出，未來晶元光電來自MiniLED背光的營收比重將會逐漸增加。 然而，由于傳統(tǒng)的LED背光方案與MiniLED背光相比，價(jià)格大約有只有50%，因此短時(shí)間內(nèi)MiniLED并不會完全取代傳統(tǒng)LED背光方案。 但可以肯定的是MiniLED背光的滲透率將逐漸提升，并由各大終端品牌的高階顯示器產(chǎn)品切入，未來也將逐漸導(dǎo)入至中階產(chǎn)品。