「顯」耀台灣.「視」界第一 顯示科技新浪潮

顯示器是一種人機界面,也是與人互動最多、最直接的科技;台灣顯示器產值全球排名第二,全球第一條Micro LED產線也是在台灣,除了半導體,顯示器是最能代表台灣的產業硬實力之一。

七彩繽紛的螢幕顯示器,仔細一看,居然是透明的面板;還有S形曲線的螢幕,炫麗奪目的色彩,亮度達1000nits,在陽光底下仍可以看得很清楚,這是全球第一個量產Micro LED錼創科技的代表產品之一。

被稱為新一代顯示技術的Micro LED(微發光二極體),除了高亮度、高彩度、低耗能,刷新現有顯示器的表現之外,尺寸可大可小,小至可以做成0.49吋的AR眼鏡用微顯示器,大至可以拼貼成四公尺高、183吋的大型電視螢幕,提供科技應用更多的想像。
除了錼創科技,台灣面板雙雄友達光電、群創光電今(2023)年也發表了Micro LED手錶與智慧車艙,宣示2023年是Micro LED生產元年,展現 MIT台灣製造的實力與能量。

長江後浪推前浪

想了解產業界為何將Micro LED視為終極的顯示器技術,並將為台灣面板產業帶來另一波機會,要先了解顯示器的歷史。從映像管顯示器到輕、薄、可攜帶的平面顯示器,例如液晶螢幕顯示器(以下簡稱「LCD」)等,這一波波顯示器的革命,一次次翻新人類眼前的「視」界。
抓住了筆電、桌上型電腦蓬勃發展的機會,因為消費者需求爆增,台灣面板業總產值早在2010年就達1.7兆元,比半導體產業還早達到兆元的目標。緊接著液晶電視生產成本降低,大量市場的需求,讓LCD顯示器產業的聲勢居高不下。
曾見證台灣第一座生產3.5代LCD顯示器誕生的工研院電子與光電系統研究所副所長李正中認為:「顯示器技術雖是由日本引進,但台灣非常厲害,吃苦耐勞的工程師能夠自己摸索,不斷放大面板的尺寸與產能,而且生產紀律嚴明,製造品質優良的面板。」
他解釋,顯示器的製程與半導體很類似,解析度愈做愈高,線寬就愈做愈小,必須嚴格管控微縮線寬的規格與製造環境的粉塵,例如粉塵控制不良,顯示器上便會出現黑點或是異常的亮點,影響良率。還有玻璃機板的尺寸很大,動輒一至三米的邊寬,玻璃容易翹曲破片,若沒有很好的生產管控與紀律,組裝一定會出現問題。
2015年起,中國面板廠挾政府大量補貼,並惡性削價搶佔市場,台灣面板產業產值年年下降,凜冬持續至2021年,面板業產值才重新回復往日榮耀,衝破1.7兆億元。

台灣顯示器產業聯合總會秘書長李正中認為,台灣是全世界獨一無二同時擁有LED、面板、半導體等三種產業,能力最強的國家。


沒有最好,只有更好

台灣顯示器產業能夠東山再起,職涯大半時間貢獻給顯示技術的李正中認為,從2010年代開始,政府透過「台灣顯示器產業行動計畫」,十年磨一劍,扶植相關材料與設備自主生產,不用依賴進口,供應鏈完整度是世界最高。例如原本只能由日本生產的偏光板,台灣明基材料已能提供具價格競爭力的產品,或是均豪機密生產自動化的顯示器製程設備,展現台灣製造能量。
為了迎戰紅色供應鏈,自2016年起,面板雙雄關起門來調整體質,朝向做高單價產品的策略,導入自動化生產與AI辨識取代人力檢測,線寬線圈雖愈做愈小,粉塵的控制卻愈來愈好,解析度也愈做愈高,達到色彩飽和度與影像品質愈來愈好的目標。
從友達、群創都有得到世界經濟論壇(WEF)的燈塔工廠認證(Lighthouse Factory)可以看出,在工業4.0、自動化、智慧製造的努力。迎接Covid-19 疫情對遠距產業的需求,台灣面板廠更是現金賺飽飽。
因為又好又便宜,包括三星、LG等大品牌電視的面板,都是台灣友達與群創做的,「沒有最好,只有更好。我們是背後的隱形冠軍。」李正中強調。

顯示器的各種應用


新應用:車用面板

除了電腦與電視,LCD顯示器的新應用與未來的戰場就在──車艙顯示器。
現在所有新出廠的汽車,從儀表板、中控台,甚至是空調、照後鏡與後照鏡、副駕駛座等,多達9~12片面板,讓車用顯示器市場暴增。
友達與群創則是車用顯示器供應的大廠,訂單囊括全球一線車廠,兩家2022年在車艙顯示器的產值達700億元。李正中指出,手機與電視可能二至五年就可以換新,但一輛汽車要開十年以上,汽車會經過日曬、雨淋,熱度、溼度變化大,車用顯示器如果掛了非常危險。台灣面板製造廠在選擇材料、組裝累積的品質與可靠度,成為世界各大車廠首選。

錼創董事長李允立認為,Micro LED產線的成功,不只來自技術的突破,還有來自全世界投資者在資金與方向上的支持。


新技術:Micro LED

2010~2012年還有一個重要的轉變,就是韓國投入另一種高階顯示器技術OLED的開發,並且以十年時間取得市場的主導地位與市佔率。而今,韓廠同樣面臨有著政府大量補貼的中國廠在OLED的低價競爭,台灣也面臨被邊緣化的威脅。
就在此時,另一項新型的顯示器技術出現了,就是Micro LED,蘋果、三星等品牌大廠也爭相投入開發此新技術。
在此,先科普一下何為Micro LED,就是把一毫米(mm)的LED(發光二極體)做成微米(μm,10-6米)的尺寸。
錼創科技董事長兼執行長李允立指出,2011年時,Micro LED還只是停留在學術研究的課題,被認為是「極為不可能」做出來的產品。
原本是台大光電所的教授,自認為是被投資人推出來創業的李允立說:「極為不可能有兩種,一種是物理上的不可能,像是哆啦A夢的任意門;另一種是技術上的不可能,Micro LED屬於後者。」
簡單來說,人一根頭髮的直徑約50~100微米,要把小至肉眼無法判別、30微米以下的LED晶粒(AR眼鏡使用的LED晶粒只有2.5微米),做成4K畫質,需要超過2,600萬顆晶粒。要將數量這麼多、體積卻這麼小的微米晶粒,一顆一顆放到驅動背板上,做成顯示器,原理說起來簡單,其實這是十分困難的技術。

無數失敗後的靈光乍現

這個不可能的技術指的是「巨量轉移」。李允立解釋,一個新的技術都會存在「missing link」,巨量轉移的技術可能屬於機械領域,但機械領域的人卻不知道什麼是LED,也不知道面板,也就是說Micro LED是介於面板、LED、機械製造的三不管地帶。
「在做巨量轉移技術時,一直都是非常沮喪的,」李允立說起開發的過程:「首先,沒有人做過,其次是不知道這樣做對不對?我們可以做到巨量轉移,但是面板要求良率要達到非常高的99%以上,我們幾年下來就只做到70~80%的良率而已。」
後來一個轉念的想法,從蓋印章的靈感而來。李允立說,過去是將二塊很硬的玻璃對壓,怎麼做良率都是70~80%,但團隊想到蓋印章時,底下墊一張紙,可以蓋得比較密合,換一個思維去試,結果良率就變成90%。
對作科學與技術的人來說,面對挫折是日常、是習慣,李允立說:「面對這麼多困難、挑戰,每天朝思暮想地想解決它們,有一天突然靈感乍現,但若是沒有朝思暮想這麼久,沒有那麼多的失敗,是不可能有這樣靈感的。」

將微米晶粒種到載板上,就成為晶片載板(COC)。


全球第一條 Micro LED產線

將不可能的技術化為可能發生在2019年,錼創科技宣布成功建立全球第一條Micro LED產線,並且開始接單、量產。靠巨量技術進行巨量轉移、測試、檢查、修復,成功地將Micro LED晶片與背板結合,並且包辦從磊晶到Micro LED面板的一條龍生產。目前每月生產一千片以上的晶片載板(以下簡稱「COC」),賣給同是股東也是客戶的三星、友達等大廠。
錼創2014年成立至今,至2022年底已累積730篇包括量產核心技術的專利,同時在2022年成為台灣證交所第一家創新板掛牌的公司,目前仍是全球唯一量產COC的產線。李允立預估,這樣的態勢至少可以領先兩年。
他分析,是因為一開始做對了一件事,就是膠材等化學材料與生產線上幾個重要的關鍵設備都自製。縱使紅色供應鏈挖角工程師也無用武之地,第一買不到關鍵材料,第二買不到關鍵製程設備。
目前市面上已有110吋Micro LED電視,要價15萬元美金。李允立很有信心地說,Micro LED 可以像半導體一樣有著世代的演進,從4吋、6吋到12吋,晶片尺寸也可以愈來愈小。而且就像半導體的摩爾定律,每12~18個月,可以降50%的成本;每五年可以降95%,也就是原來百分之五的價錢,十年之內可以普及至大眾。

AR眼鏡號稱是Micro LED的殺手級應用,又亮又輕又時髦。


顯示器產業國家隊再發光

Micro LED將為顯示器產業帶來新的機會,李正中指出,人類對顯示器有二項基本要求,─是方便攜帶且螢幕要大,例如現在不只手機,連平板也可以折疊;第二是人類看東西是立體的,但顯示器現在只能提供二維的視角。Micro LED因為亮度最高、解析度最高,未來配合光學與軟體技術開發,可以呈現立體的動態資訊與沈浸感畫面,絕對是開發3D顯示最好的選項。
產業分析師認為,錼創科技成功量產Micro LED,可以串起台灣產業鏈,挑戰韓國以OLED稱霸的武林,突破中國紅色供應鏈。李允立同意上述的說法,他認為,Micro LED給台灣面板產業一個機會,而且是「跳代」──跳過OLED世代,直接進入Micro LED的世代,讓台灣面板產業重新站上發言台,重新有發言權。
「Micro LED是老天爺留給台灣最強的武器,雖然技術很難,但是做出來可以一統江湖。」身兼台灣顯示器產業聯合總會秘書長的李正中更是做出如此評論。
李正中解釋,從晶圓磊晶、驅動IC設計,再到系統組裝,Micro LED供應鏈總共要有三個產業配合,一是面板,一個是LED產業,還要一個很強的產業,叫做半導體,台灣是全世界獨一無二同時擁有這三種產業,能力最強的國家。
從LCD取代映像管,OLED吃掉手機與平板LCD市場,「長江後浪推前浪,前浪死在沙攤上,」李正中說,顯示器產業DNA就是如此,對已經投入Micro LED近十年的台灣來說,將帶起新一波顯示器的浪潮,讓台灣顯示科技再次耀眼世界。