尋求智慧型手機的差異化設計並不容易. 不過, 顯示器可說是一項重要的因數, 智慧型手機供應商都相信它是足以讓用戶發出讚歎聲的關鍵. 因此, 如果市面上出現了一種新的顯示器技術, 它能在熒幕尺寸, 解析度, 亮度與功耗帶來明顯差異, 就可能因而顛覆整個市場.
MicroLED真的存在嗎?
蘋果(Apple)最新發表的iPhone X是第一支配備OLED顯示器的iPhone——但比起其競爭對手三星(Samsung)和LG推出OLED手機的時間更晚的多了. 當然, Apple並不像三星和LG一樣擁有自己的顯示器技術.
那麼, 如果Apple也自行開發顯示器技術——不僅擁有OLED的所有優點, 甚至更優越……好比說微發光二極體(MicroLED)呢? 儘管Apple一直對此保持緘默, 但該公司其實已經累積令人印象深刻的MicoLED專利產品組合了, 而且有人猜測它正在其於矽谷的晶圓廠(2015年從Maxim購入)開發這項技術. 不過, Apple並不是唯一一家致力於MicroLED的業界巨擘.
MicroLED顯示器是由形成個別畫素的微型LED陣列組成. 相較於OLED, MicroLED採用傳統的氮化鎵(GaN) LED技術, 可支援更高亮度, 高動態範圍以及廣色域, 以實現快速更新率, 廣視角與更低功耗. MicroLED的支援者宣稱其整體亮度較OLED更高30倍, 同時提供更高的每瓦流明效率.
長久以來, Apple是否會改用MicroLED一直是Apple觀察家和顯示器技術專家之間熱烈討論的話題. 例如早在Apple Watch Series 3發表以前, 坊間已盛傳這款智慧手錶將搭載MicroLED.
然而, 根據 Yole Développement資深市場和技術分析師Eric Virey估計, MicroLED至少要到2019年以後才可能出現在穿戴式裝置市場, 如Apple Watch. 不過, Virey認為電子產業現在就應該更加重視這項技術, 因為MicroLED的出現不僅將會改變行動裝置樣貌, 還可能使得顯示器市場排名重新洗牌.
Google加入競爭行列
目前積極在MicroLED領域布局關鍵專利, 製造技術和專業知識的競賽中, 並不包括位於亞洲的傳統消費性顯示器製造商; 相反地, 都是一些像Google, Apple和華為(Huawei)等重量級廠商持續大力投資於MicroLED.
Google日前藉由投資瑞典製造商Glo, 取得了進入MicroLED的門票. 瑞典的一家網站報導Glo透過直接授權Google獲得了1,500萬美元, 也讓Google取得Glo約13%以上的股權. 雖然有關這項消息的報導不多, 但Google投資Glo之舉反映業界對於這項得以實現虛擬實境(VR)眼鏡, 手機與平板電腦的新興顯示器技術興趣日益增加.
率先讓MicroLED浮出檯面的是Apple於2014年收購Luxvue——這是一家為消費電子應用開發低功耗MicroLED顯示器的新創公司. Apple對於Luxvue的投資造成市場開始傳聞和猜測Apple將力推MicroLED.
Facebook的Oculus Rift VR業務部門也在一年前收購了一家名叫InfiniLED的新創公司, 該公司在2011年從愛爾蘭廷德爾國家研究所(Tyndall National Institute)獨立出來.
今年稍早, 富士康(Foxconn)透露對於MicroLED的興趣. 富士康與其子公司夏普(Sharp)聯手收購了eLux約31.82%的股權; eLux是一家專註於為VR和擴增實境(AR)裝置研發MicroLED技術的新創公司.
一連串圍繞著MicroLED新創公司展開大量投資和收購的活動, 反映技術產業永無止境地追求新一代顯示技術.
整個供應鏈都面臨挑戰
Virey指出: '我們已經看到了經概念驗證的MicroLED顯示器原型. 技術已經到位了, 而今仍不足的是成本和良率——但這也是MicroLED得以實現大量生產的關鍵. ' 再者, 他補充說, MicroLED的挑戰存在於整個供應鏈中.
製程挑戰
理論上, 製造MicroLED應該就像製造LED晶片一樣. 但是, 一般的LED製造設備並不適合這項任務, 主要是因為MicroLED晶片遠比一般LED晶片更小. 這表示為了製造MicroLED, LED晶片廠需要另外打造一個擁有 '更乾淨的無塵室' 和 '更高解析度微影技術' 的新製造設施.
Virey認為半導體代工廠會更適合些. 例如, 為了克服MicroLED製造的第一個障礙, '如果Apple與台積電(TSMC)合作, 應該會更有幫助. '
能源效率挑戰
生產LED晶片經常導致一些微小的 '側壁' 損壞, 通常是在250 x 250微米(us)的LED晶片上出現約1-2us的缺陷. 但是, Virey解釋, 製造MicroLED所需的LED晶片小至5x5us, 2us的側壁缺陷已經足以導致破壞性的影響, 留下的可用面積極其微小, 大約僅佔總晶片尺寸的4%.
為了解決這個有關能源效率的問題, MicroLED產業必須採取 '雙管齊下' 的做法. Virey指出, 這可能涉及新晶片的設計和製造發展. 例如, Glo正致力於研發奈米線. 從CEA-Leti獨立而出的法國新創公司Aledia則著重於研發類似的微米線技術.
組裝挑戰
除了製造微型LED晶片外, Virey說, 另一個更大的問題是與MicroLED有關的組裝挑戰—— '如何將這些微型晶片轉移到顯示器的背面? ' 將每一個LED移植到6吋的MicroLED顯示器, 大約需要4天的時間. Virey說, 其實目前已有十幾家公司正試圖解決這個 '晶片移植技術' 的問題, 而解決這個問題的方法之一就是Virey所說的 '單片式途徑' .
單片式途徑讓MicroLED能以最終顯示器的間距直接生長在晶片上. 但這種單片式途徑對於具有高畫素密度(例如﹥2000PPI[畫素/英寸])的微型顯示器極其有利, 但並不能成為MicroLED的通用解決辦法.
為什麼呢? 因為LED晶圓尺寸被限制在4x6英寸. 如果顯示器間距太大, 大部份珍貴的晶圓面積都會被浪費掉. Virey說: '想像在晶圓表面放置100um間距的5um MicroLED, 你可是浪費了99.75%的晶圓表面啊! '
對於行動裝置, 電視和顯示器所需的大尺寸顯示器而言, 大多數MicroLED顯示器製造商都使用 '拾取和放置' 的方法, 將微小的LED晶片放置在顯示器背板.
缺陷管理和維修策略
Virey說, 在各種有關MicroLED顯示器製造的問題中, 業界最需要的是制定缺陷管理和維修策略. 畢竟在大多數高階顯示器保證零缺陷的時候, MicroLED顯示器將難以因應PPM缺陷率的競爭.
假設MicroLED的良率(結合了外延和晶片製造)是99.9%, 而移植與互連良率也是99%, 二者相乘的結果是使MicroLED的組合缺陷率為2000ppm. 這當然不夠好, 因而正引發業界展開大規模的研究, 積極尋求開發MicroLED測試的方法.
誰將會勝出?
Virey指出, 追逐MicorLED專利的行動並不只是Apple一家公司, Google和Facebook也正積極投入這項技術. 此外, 還有許多研究機構, 顯示器製造商, LED製造商, 半導體公司和新創公司等等, 太多的 '有智之士' 都積极參与其中.
在這些參與廠商中, Virey觀察到, Apple (在收購Luxvue之後) '目前擁有最廣泛的MicroLED專利組合. 而LG和華為也是強大的競爭對手. '
Sony同樣是MicroLED技術的早期開發商. 該公司自2008年以來致力於MicroLED的創新, 並曾在2012年CES展示55吋的全高解析度(Full HD) MicroLED電視原型. 但Virey說, Sony自那次之後的發展重心似乎轉向了大尺寸熒幕的工業/商用市場.
未來誰將在此領域勝出還有待觀察, 但Yole將智慧手錶視為MicroLED得以最早實現的目標應用. 另一方面, Virey也強調, MicroLED '將不會完全取代OLED和LCD, 而是最終在諸如穿戴式裝置, AR, MR和抬頭顯示器等利基應用領域處於強勢地位. '
編譯: Susan Hong