方彥翔、吳明憲、郭威宏、趙嘉信 / 工研院電光所
2009年的紅色供應鏈崛起，也是臺灣LED及面板產業面臨轉型的重要時刻。工研院獲經濟部技術處科專資源支持，建置micro-LED專屬實驗室與研發平台，部署下世代新技術—micro-LED顯示技術，並結合學術界與產業界的力量，創新建構全球唯一新型態「聚落型」產業鏈，著實由「概念」到「試製」接續完成數個全球第一的挑戰，從「零」到「一」將微型顯示器有效擴散至TV/室內顯示屏、車用面板、穿戴裝置及AR顯示模組等應用；為加速產品應用落地，在工業局的「智慧顯示跨域合作計畫」支持下，進行micro/mini-LED相關產品快速試製，以奠定臺灣顯示產業未來十年的領先地位。
【內文精選】
量身打造micro-LED專屬實驗室由概念到驗證，全球第一
mini/micro-LED被認為是即將顛覆產業的下世代成像技術，具備可比擬OLED技術的成像品質，加上高解析度、高亮度及低功耗等特點，促使Sony、Apple及Facebook，甚至鴻海等國內外大廠均透過自我發展技術或併購新創公司等手段，加速技術布局以切入室內顯示、穿戴應用及AR/MR等應用領域。
在技術面，當LED縮小至50微米以下後，由於LED與藍寶石基板的材料特性差異，難以進行切割製程，同時為符合成本效益以及後續將數千萬顆LED轉移至驅動背板，所需之晶片利用率與高精度製程使得傳統LED製程相關設備無法使用。
為解決此一問題，經濟部技術處與工研院共同投資新臺幣數億元，以領先業界之最高規模等級，建置Class 10之先進micro-LED晶粒製程實驗室與Class 1,000之巨量轉移(Mass Transfer)實驗室來進行研發。從黃光微影到高精度巨量移轉製程，一站式提供產業界與工研院良好的研發平台來發展micro-LED及相關應用，成功開發透明顯示、小間距顯示、軟性顯示到AR顯示等新世代顯示技術，並於2013年展示全球首款超高解析度(1,984 PPI)之micro-LED顯示面板，完成LED由背光邁向顯示的概念驗證(POC)，吸引全球目光。
2. 透明顯示–布局自駕車與元宇宙(Metaverse)新市場，打開自駕智慧座艙新視野
工研院透過將LED晶粒整合無邊框式透明驅動基板，實現穿透率50%以上、超過1,000 nits亮度表現之透明顯示模組開發，如圖三所示。相較傳統LED透明顯示屏2~3 mm以上畫素週期之規格，目前工研院所開發的拼接式透明顯示模組可進一步微縮畫素週期至0.8 mm以內，滿足多數場域應用規格需求，亦為現有拼接式LED透明顯示屏中具備最高顯示規格者；且透過模組拼接可進一步擴展顯示面積尺寸，對應不同場域需求，以此提供更具彈性化之應用可能性。2021年工研院以透明拼接顯示器建置無人機賽道並導入於高雄電競館，此顯示器以24片(2 × 12)拼接而成，穿透率達50%以上、亮度超過1,000 nits，藉由影音效果巧妙地與場域情境搭配，引領電競賽事進入另類感官境界。
圖三、1 × 4拼接之透明顯示器樣品展示
4. 用於AR/MR之micro-LED全彩顯示器–領先全球展示研發成果
micro-LED具備效率高、功耗低、體積小等優點，且能兼顧解析度、亮度、功耗，同時還可與其他元件整合成一個模組（例如感測器），進而縮小整體體積，相較於OLED更能實現超輕量化的穿戴設備。根據應用於AR/MR終端系統的顯示器所需規格，顯示器功耗需控制在1 W 以內。對此，量測數據顯示，以功耗同為0.75 W為例，OLED與micro-LED亮度差距達20~30倍以上。
為此，工研院領先全球實現低耗能/高解析/高亮度之全彩micro-LED顯示模組，如圖七所示，其係以藍光micro-LED搭配紅、綠量子點(QD)達成全彩顯示，取代OLED顯示，解決一、二代光機顯示因亮度限制僅能在室內使用之瓶頸，並整合系統商之智慧眼鏡，使智慧眼鏡走出戶外。
圖七、micro-LED全彩顯示器(AR/MR)
專利布局創新，攜手產業建構全球前五強之專利屏障
為協助臺灣廠商搶先在次世代的顯示技術領域插旗，並在顯示產業取得領先地位，除攜手錼創超前部署AR/MR、車載等三大應用技術開發，工研院再以micro-LED顯示特規之創新驅動技術，推動國內顯示大廠與錼創科技，合作開發未來車用顯示面板，將micro-LED顯示技術往驅動與模組整合垂直優化，再次墊高臺灣micro-LED產業之國際競爭門檻。在權威市調Yole 2020年的報告中，工研院為全球研發單位排名第一、錼創科技排名業界第五，工研院以全球研發機構專利最多之姿技轉並攜手錼創科技建構全球前五強之專利屏障，展現強大研發能力(圖八) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》436期，更多資料請見下方附檔。