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抱歉，又要接著談Micro-LED了。有關Micro-LED的話題，一篇文章豈能夠。昨日，我們談了Micro-LED的巨頭之爭，今天，我們將不吝筆墨，從技術層面談談Micro-LED的發展應用軌跡。
什么是Micro-LED?
Micro LED的英文全名是「Micro Light Emitting Diode」，中文也就稱作是微發光二極管，也可以寫作「μLED」。
與一般LED最大的不同之處，當然是尺寸。 但是多少的尺寸才能稱作Micro LED，目前仍未有統一的標準，因此都是制造商各自表述的情況。 以臺灣晶電的定義為例，一般的LED晶粒是介于200～300微米（micrometer, μm），Mini LED（被稱為Micro LED前身）約50～60微米，而Micro LED則是在15微米。
Micro-LED制造難點
Micro LED主要生產工藝主要包括外延片生產、芯片制造、Thin-film工藝、巨量轉移、檢測與修復。其中，外延片生產、Micro LED芯片制造、Thin-film工藝跟傳統的LED生產比較相似，企業只需對設備稍加改造就可用于Micro LED制造環節。目前的制造難點主要集中在巨量轉移、檢測與修復方面以及驅動IC的設計和工藝上。
1巨量轉移
巨量轉移指將巨量的Micro LED芯片通過工程技術轉移到TFT基板上。轉移的難點在于芯片尺寸太小而數量又眾多。以一個3840*2160分辨率的TV屏幕為例，單個屏幕所需Micro LED芯片829.4萬個，需要轉移的紅綠藍子像素高達2488.2萬個，而每一個LED像素直徑又僅為30μm，目前設備加工速度約為25000個單位/小時，因此加工一個4K屏幕就需要1個多月。
此外，千萬級的RGB像素也給轉移過程中的良率控制帶來了很大的挑戰。仍以4K屏幕為例，為了將壞點控制在兩位數以內，轉移的良率需要提高到99.9999%，這就需要Micro LED制程的設備的精密度需降到±0．5μm。但目前現況轉移設備（Pick ＆ Place）的精密度是±34μm （Multi－chipper Transfer），覆晶固晶機（Flip Chip Bonder）的精密度是±1．5μm （每次移轉為單一芯片） ，皆無法達到Micro LED巨量轉移的精密度規格需求。
臺灣的工研院目前也正在著手研發巨量轉移的相關技術，而主要負責的單位則是電子與光電系統研究所。 電光所所長吳志毅博士就表示：“目前LED與顯示面板的制程已相對成熟，最大的困難就在于如何將如此大量的μLED晶粒進行轉移。 ”
吳志毅博士指出，雖然生產微米級μLED晶粒不易，但仍是有設備可以做到，只是良率與產量的問題，例如紅光LED微縮至微米級會有硅材質易碎的問題，但還是有法可行，唯有巨量轉移目前仍沒有一個好的解決方案。
就因為巨量轉移的良率與效率具備很高的技術難度，因此目前包含蘋果、三星和索尼都正積極研究突破之道。
吳志毅博士表示，要達成巨量轉移的原理其實很簡單，就是產生一個作用力將μLED晶粒精準的吸附起來，然后將之轉移到目標背板上，再精準的釋放。 而可以使用的原理有：真空、靜電、沾黏、UV和電子作用等。
關鍵的問題就在于良率可以達到多少，以及產能是否合乎成本。 如果不考慮產能的話，透過目前的轉移設備，如Pick-and-Place的方式，也是可以制作出μLED顯示面板，但其成本將會非常昂貴，除非對于價格很不敏感的客戶和應用，否則很難有商業發展的空間。
目前巨量轉移是各家企業突破的關鍵點。已有幾家業者宣布其在小尺寸面板上取得初步的成功，包含臺灣的镎創科技（PlayNitride）、晶電、蘋果收購的LuxVue、日本的索尼，以及韓國的三星，但這些業者皆沒有透露其轉移的形式與技術，當然產量與產能也沒有公布。 而在今年CES 2018展上，三星展示的146吋Micro LED電視「The Wall」，其是使用模塊化拼接的方式，達成了大尺寸面板效果。
近期英國企業Optovate Ltd.宣布他們在Micro-LED巨量轉移方面取得了重大突破，他們開發了一種獨特的Micro-LED轉移技術，可以將Micro-LED從晶圓上提取到用于顯示和照明的背板上，實現精準的光學陣列。由于沒有更多信息，我們無法了解具體技術細節，但是可以判斷，巨量轉移技術取得突破也不遙遠了。
2檢測與修復
由于單個LED芯片達到了微米級，一個5寸智能手機的Micro led顯示屏上需要轉移的LED芯片也將是數百萬。數百位顆微米級別的芯片轉移，良率和精度的控制都是目前的技術難點。另外，當微米級的LED芯片發生損壞，如何在百萬級甚至千萬級的芯片中對壞點進行檢測修復也是一大挑戰。
3驅動IC設計
CMOS提供上層LED像素的邏輯開關信號和電源，分別用于制作CMOS電路板和Micro-LED芯片陣列，通過高精度共晶焊工藝將兩者連接。其中的技術難點在于：1）高精度CMOS電路設計和加工；2）高精度共晶焊工藝控制，包括焊料選擇、焊球直徑控制和擴展控制，低溫共晶工藝。
Micro-LED的發展軌跡
根據 DIGITIMES相關分析報告指出，雖然Micro LED顯示器產品的推出，具有技術與生產上的難度，但大多數產業觀察家認為，首批商品化Micro LED顯示器產品將會在2020年上市。
至于最先上市的商品類型，將會取決于技術成熟度、OLED和量子點(Quantum Dots)等競爭性技術的發展狀況、業者市場策略、以及每項應用對供應鏈的特殊要求等多重因素間的復雜相互作用。
吳志毅博士認為，目前巨量轉移最可行的制程還是在6寸到8寸晶圓上，并以小尺寸的顯示應用為主，大尺寸的顯示應用只能透過拼貼的方式來進行，才能解決生產成本的問題；至于使用的技術形式，則是會是以吸附轉移的方式，也就是利用靜電、 凡得瓦力或其他的作用力來轉移。 Micro-LED的應用市場將會呈現M型化來發展，也就是先從極大和極小的兩個尺寸開始，即先從戶外或公共空間的大尺寸顯示屏開始，接著是超小型如穿戴式和AR/VR裝置，最后才會逐漸往數量最大的消費性電子和電視的尺寸來發展。 但能不能發展至主流消費性電子產品市場，甚至取代目前的OLED電視或LCD電視，則需視屆時的生產成本。
科技產業咨詢機構Yole Developpement猜測，就短至中期而言，Micro LED技術會先行應用在如擴增實境(AR)∕虛擬實境(VR)裝置的微型顯示器、抬頭顯示器(Head Up Display)，以及穿戴式裝置屏幕中。
至于智能型手機屏幕和電視產品，無論是在技術或供應鏈要求上仍然充滿了困難。就目前而言，要組裝由2,500萬~1億顆個別Micro LED構成的4K或8K顯示器，仍然會是極度復雜，并且需要超精確的生產線。預計，要完成一臺8K電視的組裝，將會需要超過150個工作日。
來源：廣東LED
