〈工業技術與資訊〉翻轉面板產業之micro-LED顯示技術

工研院投入高難度的micro-LED研發,推出全球首款「micro-LED微型全彩顯示器」。(圖:工業技術與資訊月刊)
工研院投入高難度的micro-LED研發,推出全球首款「micro-LED微型全彩顯示器」。(圖:工業技術與資訊月刊)

撰文/林玉圓

國際大廠即將在今年第三季推出 micro-LED 電視,宣告眾人引頸企盼的 micro-LED 技術,終於商用化。未來幾年,包括車載、透明顯示器、AR 等利基應用都將逐步導入 micro-LED,一舉刷新全球顯示產品的視界,其中的關鍵技術,就掌握在臺灣手中。這項翻轉面板產業的新世代技術,今年也獲得工研菁英產業化貢獻獎金牌的肯定。

micro-LED 技術的競賽,不只拼技術,還要拼耐力。在經濟部技術處全力支持研發及工業局協助擴大應用範疇下,工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔與團隊投入 10 年,從最初的大膽選題,投入高難度的 micro-LED 研發;2016 年成立「micro-LED 聯盟」,橫向整合產業鏈,串連上游半導體、先進封測,到下游面板廠至國際出海口,將臺灣推向下世代顯示技術的領導地位。近期工研院推出全球首款「micro-LED 微型全彩顯示器」,結合量子點材料,成為市場上唯一單一面板具備紅綠藍三原色的高沈浸、高解析方案。

工研院除在 micro-LED 的研發上下足苦功,背後更重大的意義是促成國內產業鏈的攜手合作及升級。方彥翔表示,「micro-LED 研發成功是臺灣顯示科技的重大突破,國內業者從過去的單打獨鬥,到現在直接綁定終端系統及品牌業者,同時串接上下游共同開發,切入以功能需求為導向的 micro-LED 顯示市場,附加價值已成功提升。」

過去臺灣曾是顯示器生產大國,可惜產品多屬固定規格,且創新研發的部分都由客戶主導。工研院投入 micro-LED 之初,便摒除單純以成本做為市場切入的顯示產品,而是思考能完美發揮 micro-LED 特性的前瞻產品出海口為前提,進而掌握獨步全球的 micro-LED 技術,加上供應鏈完整,說服美、日等材料與系統大廠參與,和臺灣廠商共同研發。

先找出海口 串連上下游供應鏈合力開發

方彥翔表示,研發初期,工研院團隊便擬定「先找到出海口」的目標,因此概念驗證(Proof of Concept;POC)很重要;為此工研院開發出各種 micro-LED 的原型展示品,跑遍全球科技大展,向市場介紹這項新技術的可行性與潛力。努力沒有白費,握有終端出海口的車載、TV、AR 等國際品牌業者,看到了工研院的概念驗證成功,決定導入 micro-LED 這項下世代顯示技術。

一旦下游出口海確定,國內供應鏈廠商便可放心大膽地投資研發,而工研院也得以扮演技術整合者的角色,在 micro-LED 產業聯盟中,還囊括了以往不屬於顯示產業的業者如:半導體設備、PCB、先進封裝及檢測等。

「micro-LED 關鍵技術是巨量轉移,這部分技術工研院已經掌握,但仍須有巨量檢測、巨量修補的配合。」方彥翔解釋,micro-LED 的生產良率固然已達 99.99%(每萬顆 micro-LED 僅一顆 micro-LED 損壞),然而以 4K、2K 顯示器來看,內含 2,400 萬顆 micro-LED,上述良率代表每個顯示器中將有數千顆不良品,如何在巨量轉移前挑揀出來及巨量轉移後進行快速修補,是關鍵 Know-how;再加上 micro-LED 因技術前瞻,都須配合品牌廠的獨特需求進行客製開發,巨量檢測或修補也沒有前例可循。從技術開發到產業整合,「每一階段都是挑戰,」方彥翔坦言。

車載、AR/MR、透明顯示 三大利基應用

micro-LED 最快實現的利基應用包括:車載市場、AR/MR、透明顯示器等。首先在車載領域,micro-LED 的微型、低功耗及高亮度特性,可將感測器整合入同一模組,未來汽車內部的主駕、儀表板、中控等系統導入 micro-LED 後,將合併為單一大螢幕,並具備曲面、互動智慧座艙特性,可偵測駕駛或乘客的手勢、眼球等生物特徵,帶動高沈浸的智慧化體驗。

在 AR/MR 領域,也就是元宇宙應用,micro-LED 的高亮度、高省電、體積小及高解析等特性,在日光下也能清楚顯示;同時功耗極低,可解決長時間穿戴電力不足的瓶頸。元宇宙的另一特性是互動,感測元件扮演重要角色,micro-LED 體積輕薄,可輕易整合感測元件,未來採用 micro-LED 的 AR 眼鏡,外型與一般眼鏡相差無幾。

應用之三是透明顯示器,在高鐵、捷運、火車、巴士的車窗上導入 micro-LED 技術,便能在行經風景名勝時,於車窗玻璃上顯示旅遊及歷史資訊。此外,商場櫥窗、住家的鏡子及玻璃等,都有機會成為 micro-LED 透明顯示的應用場域,市場相當廣泛。

附加價值提升 顯示產業轉骨正在發生

除了引進新的供應鏈業者,micro-LED 也協助傳統顯示廠商成功轉型。以面板廠為例,不再被動依照客戶規格進行大量生產,而是根據上述利基應用,從設計開發(Design-in)階段就參與,並邀集上下游的材料、設備、檢測廠共同開發,附加價值因此可大幅提升。

方彥翔表示,micro-LED 讓臺灣面板廠搖身成為品牌廠的 Tier 1 供應商,扮演系統整合的角色,非常適合臺灣「小島密集供應鏈」的產業特性,「micro-LED 帶動面板產業的轉型升級已經發生,成果將在 3~5 年內展現。」

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 364 期 2022 年 7 月號,未經授權不得轉載。


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《工業技術與資訊》月刊,現為工研院發行之全院性對外出版品,刊物發行於1991年,目前每期發行數量約為6,000份;對象含括全國具研發單位的中小企業、立法委員、政府官員、媒體等。

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