近年來許多廠商紛紛展出MicroLED顯示器,，在該顯示技術(shù)量產(chǎn)之前，MiniLED做為LCD顯示器的背光應用產(chǎn)品將會率先上市。然而,，這波LED的微型化趨勢掀起的不僅是顯示技術(shù)的革命，也將為智能車頭燈的應用帶來更多可能性,。
這幾年發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)的微小化,，掀起一陣顯示器產(chǎn)品的革命。直下式微型LED背光模組能提供LCD TV更細膩的區(qū)域調(diào)光技術(shù)(Local Dimming),，更能提升影像對比與高動態(tài)范圍(HDR),。在索尼(Sony)推出8K×2K 10公尺寬的超大LED顯示屏幕CLEDIS(Crystal LED Integrated Structure)之后，三星(Samsung)也不示弱地推出146英寸4K×2K The WALL LED顯示屏幕,。甚至今年首先在瑞士蘇黎世推出Onyx品牌,，也推出了10公尺寬5公尺高并具備4K×2K分辨率的Cinema LED Screen,，企圖逐步取代投影式的D-Cinema。
在中小尺寸方面,，友達光電(AUO)推出了8英寸1280×480的MicroLED顯示器,，而和蓮光電(Jasper Display)則推出0.7英寸的硅基背板供MicroLED單色可達1920×1080的超高分辨率，可應用在AR/VR,、HUD,、HMD與智能車頭燈等領(lǐng)域，顛覆將LED做為傳統(tǒng)照明光源的印象,。
MicroLED/MiniLED應用大不同
在風起云涌的潮流中,，這些新型態(tài)微型發(fā)光二極管都被冠以MicroLED之名而風行一時，但是LED大小將造成應用端極不一樣的面貌,，對技術(shù)的挑戰(zhàn)也有截然不同的難度,。尤其是將巨量的微型LED轉(zhuǎn)移(Mass Transfer)至基板的技術(shù)，更是一大挑戰(zhàn),。因此或許可以將微型LED從尺寸做進一步的分類,，以利更深一層的探討。目前業(yè)界常見的分法是：若LED尺寸在100μm以上歸類為MiniLED,，若是LED尺寸小于100μm則歸類為MicroLED,。
以100μm做為分界的原因多少與傳統(tǒng)LED制程相關(guān)。傳統(tǒng)LED制程以藍寶石為基板,，其微小化目前只能做到5mil×6mil,，亦即127μm×152μm，當尺寸再往下縮,，藍寶石基板的良率就會變差,。因此MicroLED大多以非藍寶石的基板做開發(fā)，例如AUO以LTPS背板開發(fā)8英寸全彩的顯示幕,，和蓮光電則以硅基背板開發(fā)出0.55英寸以及0.7英寸的MicroLED等開發(fā)套件,。MicroLED與MiniLED的應用面截然不同，MiniLED大多應用在大尺寸的直下式背光模組或是直視型顯示器,，而MicroLED則大多在小尺寸的顯示應用,，各有各的技術(shù)復雜度與挑戰(zhàn)。
高亮度優(yōu)勢助MicroLED對抗OLED
MicroLED因其高亮度,、低功耗特色在近幾年受到業(yè)界的矚目,。原本有機發(fā)光二極管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)已在AR眼鏡、手機面板與智能手表等小尺寸應用上,，已有不錯的成績,。但是在室外的強光環(huán)境，有時其顏色亮度表現(xiàn)不如預期,。隨著MicroLED的技術(shù)趨近成熟,，由于MicroLED結(jié)構(gòu)簡單,，加上無機材質(zhì)、無殘影與壽命長,、低功耗與高亮度的優(yōu)勢,，讓該技術(shù)成為能與OLED競爭的技術(shù)，LEDinside更在2018年4月大膽宣稱MicroLED即將變成AR顯示器產(chǎn)業(yè)的新主流,。
任何顯示技術(shù)想要應用在AR眼鏡,，重點在于輕薄短小。過去的AR眼鏡,，結(jié)構(gòu)上多以液晶屏幕(Liquid-Crystal Display, LCD)或LCoS(Liquid Crystal on Silicon)顯示面板加上光源為主,，體積與功耗往往成為限制，難以突破,。OLED是一種自發(fā)光的材料,，系統(tǒng)架構(gòu)上比LCD或LCoS面板加背光源來的簡單，讓AR/VR眼鏡可以更輕巧,，但是在室外的環(huán)境使用-穿透式(See Through)應用上,，亮度則仍略嫌不足。但是以VR全罩式,、非穿透式應用上,，OLED仍有其應用的優(yōu)點。MicroLED跟OLED一樣也是自發(fā)光源,，因此系統(tǒng)架構(gòu)上跟OLED都比傳統(tǒng)LCD/LCoS搭配光源的設計來的簡單許多,，不僅體積縮小，光效率也提升很多,。但是MicroLED比起OLED在亮度上更加明亮,，加上功耗低的優(yōu)點，在穿透式應用上,，已呈現(xiàn)對OLED逼宮的效果,。
建立完整生態(tài)圈 巨量轉(zhuǎn)移良率提升
目前做為最微小型的MicroLED的驅(qū)動背板專注于1英寸以下的硅基背板，這是利用臺灣多年的半導體技術(shù)為深厚的基底,，以SRAM為基本的畫素單位,，數(shù)位式的調(diào)變控制(Pulse-Width Modulation, PWM)，控制畫素(Pixel)的on/off跟不同的功率輸出階層(有點像顯示器的Gray Scale Level),。其中國內(nèi)的Jasper Display以其LCoS對基板SRAM的開發(fā)經(jīng)驗,，轉(zhuǎn)而幫助配合廠商開發(fā)MicroLED專用驅(qū)動背板。但是過程其實突顯了MicroLED產(chǎn)業(yè)必須是個宏大的生態(tài)體系,，因為硅基背板如何去結(jié)合MicroLED在一個小于1英寸的硅基背板上，如何巨量轉(zhuǎn)移兩百萬顆MicroLED而且還要有很高的良率,，這都不是單一廠商可以完成的,，至少目前還沒有看到這樣有野心的廠商,。
因此做為提供硅基背板與控制器的公司，必須與有能力生產(chǎn)μm等級的LED芯片廠商配合,，雙方找出合作的基礎(chǔ),，讓MicroLED的晶粒大小與硅基背版畫素的Pixel大小相當，好讓彼此的結(jié)合能做到一對一的絕配,。這樣硅基背板若是1920×1080結(jié)合上同等大小的MicroLED就能達到單色1920×1080的MicroLED顯示芯片,，讀者可以想像這好比一個小于1英寸的超高精細1920×1080的顯示屏幕。光是如何巨量轉(zhuǎn)移結(jié)合就是目前許多新創(chuàng)公司的研究題目,，英國公司Plessey就是這樣的MicroLED巨量轉(zhuǎn)移公司,，其實該公司的技術(shù)應該不叫巨量轉(zhuǎn)移，因為它是利用過去長年在精細的Printer Head的控制,，加上劍橋大學的技術(shù)轉(zhuǎn)移,，Plessey用磊晶成長GaN于硅晶圓的技術(shù)，在微小的空間制作出百萬顆等級的MicroLED晶圓,，然后將MicroLED晶圓與硅基背板做結(jié)合,，即可瞬間將200萬顆的MicroLED結(jié)合到小于一英寸的硅基控制背板。這樣的技術(shù)一般稱為Monolithic MicroLED,，亦即單一成形的MicroLED晶圓貼合技術(shù),。這樣就克服了巨量轉(zhuǎn)移過程中的損耗產(chǎn)生的良率問題，也節(jié)省轉(zhuǎn)移的時間跟成本,。以小于一英寸的MicroLED顯示芯片而言,，似乎Monolithic MicroLED是唯一可行的量產(chǎn)技術(shù)，目前在德國及美加都有類似的公司開發(fā)這Monolithic MicroLED的技術(shù),。
如何讓單色的MicroLED形成全彩又是另一個挑戰(zhàn),。簡單來說可以用量子點(QDs)或是熒光玻璃片(PG)來讓MicroLED混色，以四個像素為一個全彩的基礎(chǔ),，若是要追求亮度,，就以RGBG作為這四個像素的組成。若要顏色好,，就以RGRB當作這四個像素的組合,。因此原本單色1920×1080的MicroLED就會變成960×540的全彩MicroLED，因為2×2的像素變成了全彩的單元,。
MicroLED搶攻智能車頭燈市場
超微小自發(fā)光的MicroLED已經(jīng)帶動產(chǎn)業(yè)的應用革命,。首先對高發(fā)光效率、高亮度與低功耗對AR與HUD的應用生態(tài)帶來新的沖擊,，改變過去未能達到的設計目標,，進而取代OLED成為新寵兒。另外一個全新的應用變革則是一個比較無法聯(lián)想的領(lǐng)域—智能車頭燈。
智能矩陣車頭燈Smart Matrix Headlights或許不是新聞,，過去德州儀器(TI)也曾搭配激光光源推廣其DMD技術(shù),。傳統(tǒng)車頭燈演進從鹵素燈HID到發(fā)光效率更好的LED車燈，但是都還是基礎(chǔ)發(fā)光效率的進步,，投射出的光型沒有變化,。智能頭燈指的是光源可以切割成許多單元，單元可獨立控制,，因此可以針對路況做出智能的判斷與調(diào)控,。所以DMD就提供了一個可以切割許多單元控制的反射介面。但是DMD還是需要激光光源與相對應的光學元件,，不僅效率降低,、系統(tǒng)也變得復雜。當自發(fā)光源MicroLED正逐步取代LCD/LCoS等需要額外光源跟光學元件的投影技術(shù)在AR應用之際,，MicroLED也出現(xiàn)在智能頭燈的競爭技術(shù)藍圖,，企圖取代需要較復雜光學設計與系統(tǒng)的DMD+光源的解決方案。
MicroLED在智能頭燈的技術(shù)門檻,，主要在于亮度夠不夠,。由于MicroLED越小顆、發(fā)光效率越差,，因此AR顯示器所使用的MicroLED顯然在亮度尚無法滿足車燈所需,，必須用更大的電流與適當?shù)木Я４笮〔⑶野l(fā)光效率更好的MicroLED。所以在智能頭燈應用的MicroLED就不需要超高分辨率,，也不用全彩,，而是要去找出發(fā)光效率與體積的最佳組合的大小。
2018年OSRAM公布其1,024顆MicroLED(從尺寸看應該是MiniLED)的Eviyos智能頭燈,，這相對應于傳統(tǒng)的LED車頭燈已經(jīng)是數(shù)百倍的倍數(shù)數(shù)量,。所以Eniyos的車燈能投影呈現(xiàn)簡單的影像與文字示范。將來大電流的驅(qū)動,、適當尺寸高效率的MicroLED,，應該能提供兼顧亮度與分辨率的智能車頭燈。
智能車頭燈有趣的應用是車輛以相機(Camera),、光達(LiDAR),、紅外線與雷達等等不同的偵測組合，全時偵測前方路況,，若偵測到行人或?qū)ο蜍囕v,，車輛的智能處理器會根據(jù)專家系統(tǒng)的經(jīng)驗與智能，控制矩陣式頭燈的每個MicroLED亮度,，避免炫光直接照到其他駕駛的眼睛,。另外,，智能矩陣頭燈還能將斑馬線投射到前方道路，以表示禮讓行人,；或是投射提醒大貨車的顯示標志,、路面狀況等等。一旦能夠大量制造生產(chǎn),，這個以MicroLED為核心的智能矩陣頭燈將會為交通安全帶來巨大的正面影響。
臺廠LED技術(shù)領(lǐng)先 開創(chuàng)藍海市場有望
臺灣靠著半導體技術(shù)在IT產(chǎn)業(yè)建立了無可取代的重要地位,，雖然IT代工的OEM/ODM利潤不斷被侵蝕,，臺積電在晶圓上下游產(chǎn)業(yè)仍然占據(jù)無法撼動的龍頭地位。當臺灣LED產(chǎn)業(yè)面臨中國的低價競爭威脅,，勢必要走出不一樣的藍海策略,。
最近透過MiniLED與MicroLED的研發(fā)與應用熱潮，臺灣產(chǎn)業(yè)再度領(lǐng)先在這個潮流的前端,。其中在微小尺寸的MicroLED顯示器,，臺灣Jasper Display與客戶合力開發(fā)的MicroLED顯示器屢屢出現(xiàn)在國際大展，并吸引其他國際大廠慕名前來開發(fā)智能車頭燈等MicroLED應用,。除了MicroLED的應用外,，也將其硅基背板與控制器技術(shù)發(fā)展成X-on-Silicon的數(shù)位異質(zhì)整合應用平臺。若是在硅基背板上結(jié)合反射式液晶就成為傳統(tǒng)熟知的LCoS面板,，可應用于高階顯示器,、高分辨率的3D打印機(3D Printer)或是做為SLM(Spatial Light Modulator)、應用在醫(yī)學以及3D立體顯示的應用,。最近更有廠商以MEMS的Micro-Mirror微結(jié)構(gòu)結(jié)合硅基背板平臺,，開發(fā)出類似德州儀器的DMD芯片。唯有不斷的以創(chuàng)新精神去開發(fā)出藍海的應用才是臺灣廠商能靈活的在中國低價競爭的現(xiàn)實困境中脫穎而出,，創(chuàng)造出臺灣特有的附加價值與貢獻,。