『您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態』

跳到主要內容區塊

工業技術研究院

:::

工業技術與資訊月刊

315期2018年01月號

出版日期:2018/01/15

正方形 Icon 專欄Column

micro-LED欲成一代宗師 先過良率挑戰

口述╱VueReal執行長暨創辦人Reza Chaji 整理╱李幸宜

2017年是micro-LED新軍突起的一年,加拿大的VueReal公司月前成功研發畫素密度高達6,000PPI的micro-LED顯示器,為全球micro-LED顯示器之最。VueReal執行長暨創辦人Reza Chaji現身說法,對於棘手難解的技術課題及與現行主流顯示器的競爭比較,提出深入的觀察和體驗。

新世代顯示技術micro-LED雖是當前的熱門話題,但相關產品及應用仍在萌芽階段。這讓我想起一個耳熟能詳的故事,有兩個製鞋匠去落後地區賣鞋,一個人認為當地人都不穿鞋,沒有商機可言;另一個人則認為當地人買不到鞋穿,所以商機無限。發光顯示器(Emissive Display)之所以大受歡迎,除了呈現端的彈性、在特定應用情境相對更低的功率消耗,還有更好的影像品質如色彩、對比、畫面更新率。這些優勢來自於三大技術環節的到位,包括大部件的小型化、高明度的可靠性、高溫度的可靠
性,缺一不可。

從OLED到micro-LED的挑戰

現行的OLED在發展大型顯示應用時,資本支出和製程投資都極其昂貴,而且還有高解析度、高明度和高溫度的可靠度挑戰,在某些應用情境甚至比LCD更為耗能。最棘手的一點則是,OLED的明亮度和使用壽命成反比。

OLED所面臨的侷限催生了新一代的發光顯示器。市場對micro-LED有許多期望,首先是極低的能耗,藉此延長電子設備的電池壽命;其次是高明度效果,包括戶外等各種環境都能進行虛擬實境應用;再則是製程及封裝的簡化,以大幅降低資本支出;最後是在條件不佳的操作環境仍能穩定運作,擺脫封裝需求,產出真正有彈性、可捲式、可摺疊式的顯示器。

micro-LED近乎真實的體驗的確很有吸引力,色彩更精確、對比明度更高、反應速度更快,因而很適合用於虛擬實境(VR)及擴增實境(AR)。但以現階段的發展而言,昂貴的價格和極高的能耗是亟需解決的問題。

尺寸與良率的技術難題

近期研究發現,在低於10um的小尺寸、低效能應用裡,micro-LED的成本及能耗都比其他方案更高,而且良率極為受限,實用性有待商榷。至於大尺寸應用則有不同問題,像是400小時才能產出一塊面板,這對micro-LED的生產而言過於耗時,看似可行的妥協方案又會明顯影響解析度。

進一步分析尺寸課題,首要挑戰就是成本暴增,其次則是產量不足,光是每年產出一千萬片使用30X30 u㎡ LED的超高畫質顯示器,就需要更大量的有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)系統的投入,相對於手機每年20億支的出貨量,這個產量仍是杯水車薪。

在良率部分,對於預期會大量普及於市場的micro-LED而言,99%的良率仍然不夠好,要考量的是當它使用於高畫質或超高畫質面板時,會出現多少個壞死的LED,若想以大量維修來解決這個問題只會面臨居高不下的成本。從我們的觀點來看,micro-LED良率的最低標準至少應該是99.999996%。

四大條件齊備構築競爭優勢

事實上,愈是在小型顯示器,micro-LED的尺寸愈與成本息息相關;在大型顯示器,micro-LED的移轉製程成本則占大宗。

對micro-LED製造成本的估算取決於產品及應用,即使同為小尺寸產品,也會隨著應用的不同而導致像素平均成本的差異,micro-LED用在手機上,其與OLED、LCD之成本競爭則需考量,但若用在AR/MR(混合實境)上,OLED與LCD則在本質材料特性無法滿足未來需求,成本差距則另當別論。

脈衝寬度調變(PWM)是另一項必備要件,LED的效率會隨電流密度的提升而有大幅改善,但目前看好micro-LED應用的主要運作環境大多低於100 mA/cm2,效能表現相對較差,以超高畫質在PWM的時序需求為15奈秒來看,仍是力有未逮。

換言之,micro-LED必須滿足下列四個條件:在低於10微米的尺寸管理及保持micro-LED的效能、在現行的低密度電流來管理及解決效能下降的課題、提升產能、改善良率。如此一來,micro-LED就能打遍天下無敵手,領先其他所有的
顯示解決方案。

VueReal以平台發展合作關係

VueReal目前在micro-LED有三大主要解決方案,首先是Solid Printing™技術,能以低缺陷密度、高輸出功率、低成本來運行micro-LED,且相容於所有顯示環境;其次是高效能micro-LED,小尺寸的效能化運作可降低能耗及成本,並提供高數位解析度畫面;第三項則是優化micro-LED的相關技術,例如:面板設計、壞點補償、均勻度補償。VueReal期望透過平台的建立,尋找更多夥伴參與如研究單位、軟體開發團隊,解決多重技術挑戰,進而推動micro-LED有更高效能的應用,單憑一己之力,絕對無法解決層層技術關卡。

我預期2020年就會出現搭載micro-LED的手機,雖然這個目標很有挑戰性,但我對這個走向很有信心。至於虛擬實境及擴增實境亦是快速成長的市場,顯示器的大尺寸和高解析度是主要挑戰,相較之下,像是擴增實境所使用的頭戴式顯示器,以可靠度和高明度取勝的micro-LED反而更能有長足發展。

下載全文PDF Icon下載全文PDF