張崇學 / 工研院產科國際所
Micro LED性能優異，被視為下世代顯示器的最佳解決方案，隨著產業邁入量產階段，預估2023~2030年應用市場CAGR將會有98.6%的高速成長，不同技術路線的競爭也趨於白熱化，接下來如何持續突破瓶頸、降低成本，將成為業者發展重點。而成本下降關乎著材料技術的掌握，包括使用更大面積的晶圓、更小尺寸的晶片、能提升生產效率的巨量轉移材料、Bonding材料、色轉換材料、提升出光效率的封裝材料等。此外，臺灣在全球量產進度上具有領先優勢，對於國內材料業者而言，是一個值得關注的焦點產業。
【內文精選】
Micro LED量產布局與應用趨勢
2. Micro LED顯示器應用市場趨勢
在產能規模化以前，高昂的價格仍是Micro LED進入市場的最大阻礙。一般認為，為了避免受到LCD和OLED的競爭，先從利基型產品切入是較好的策略，例如：推出大於75吋，甚至是100吋以上拼接而成的大型商用顯示器，而三星已開始銷售89吋以上的Micro LED電視；或是穿戴裝置，這類螢幕要求輕薄、亮度高、省電、高像素密度(PPI)，是一般LCD、OLED難做到的規格，而JBD生產的Micro LED微顯示器已搭載在數款AR、MR眼鏡產品之中；或是透明顯示、可捲曲、可折疊、特殊形狀等利基型應用，產業認為這些特性能為車用顯示帶來更多設計變化，例如車窗顯示、數位飾板等。在全球推動Micro LED顯示器邁入量產之下，預估2023~2030年應用市場規模的年複合成長率(CAGR)將會有98.6%的高速成長。
Micro LED技術趨勢與材料需求
1. 晶圓基板(Wafer Substrate)
除了藍寶石、砷化鎵之外，Aledia、Plessey、ALLOS、Porotech等業者，則採用成熟的8吋或12吋矽晶圓來製作Micro LED。這些廠商多為新創業者，對他們而言，採用矽晶圓能更相容矽半導體製程，透過委外代工方式，可降低設備資本支出；其產品目標多為穿戴裝置的微顯示器，不過Micro LED磊晶結構與矽的晶格匹配度、熱膨脹係數差異大，導致磊晶厚度、品質或良率較低，發光效率(External Quantum Efficiency; EQE)通常不盡理想，還有諸多改良空間。
2. 晶片(Chip)
Micro LED晶片是產業最努力削減成本的項目之一，因其在顯示器的成本占比最高，主要手段有：
(1) 縮小晶片尺寸
晶片尺寸持續微縮是引領成本下降的重要指標，一般認為水平設計的電極結構，其極限可能是8 μm × 15 μm，再縮小得挑戰難度更高的垂直設計。
(2) 縮小切片線寬
透過高解析度、高深寬比的光阻，將切片線寬(Street Width)從現行的5~10 μm縮小至1 μm，讓單片晶圓能產出更多的晶片。
(3) 提升發光效率
晶片在小於100 μm以後，尺寸愈小發光效率就愈低，特別是紅光。近期已有多家企業和研發機構開始著手材料結構的改良。
(4) 提升波長均一性
Micro LED晶片做為顯示器像素點來使用，發光波長(顏色)不夠均一，很容易被人眼給辨識出來，為了提升觀影品質，波長標準差最好能從現行1.5~2.0 nm縮小至0.6 nm以下。然而愈嚴苛的標準代表著良率勢必會下降、成本會上升，如何取得平衡抑或是透過其他技術來改善，是現今產業最熱烈討論的議題之一。
4. 全彩化(Full Color)
全彩化是指如何表現紅綠藍三原色的像素點，最直接的方法是使用紅綠藍三色的Micro LED，但不同顏色的Micro LED有著不同壽命、發光效率、驅動電流，且轉移或修補至少三次以上，因而複雜化了製程和線路設計。有愈來愈多業者更傾向採用色轉換技術，一般來說，多只用發光效率最好的藍光，紅光、綠光則透過量子點材料做色轉換。除了上述兩種方法之外，還有其他不同路線，具體整理如圖五所示。
圖五、Micro LED色轉換技術整理
量子點材料的特殊性在於，當電子電洞限制在微小晶粒內，會產生量子侷限效應，此時改變粒徑尺寸即可控制能隙大小，意味著能改變材料所發出的波長範圍(顏色)。而應用於Micro LED色轉換的量子點材料，以硒化鎘(CdSe)或是無鎘的磷化銦(InP)、鈣鈦礦(嚴格來說發光原理與量子點不同)為主流。量子點材料怕高溫、水、氧，所以如何保持粒徑穩定，避免波長變化是一大重點。
供應鏈競合分析
Micro LED顯示器技術複雜，就觀察目前尚未有單家業者能獨力量產，全球LCD、LED業者正透過積極合作加速產業鏈的建構。例如：中國第一大和第二大的LCD、LED業者已組成聯盟(京東方與華燦光電、TCL集團與三安光電)，還有臺灣的富采、友達，請參考圖六整理---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖六、Micro LED合作聯盟整理
★本文節錄自《工業材料雜誌》455期，更多資料請見下方附檔。