MicroLED 將有望進入智能車燈領域
2019-09-28
近年來許多廠商紛紛展出MicroLED顯示器，在該顯示技術量產之前，MiniLED做為LCD顯示器的背光應用產品將會率先
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。
這幾年發光二極管(Light Emitting Diode, LED)的微小化，掀起一陣顯示器產品的革命。直下式微型LED背光模組能提供
LCD TV更細膩的區域調光技術(Local Dimming)，更能提升影像對比與高動態范圍(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
×2KTheWALL 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CinemaLED 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與智能車頭燈等領域，
顛覆將LED做為傳統照明光源的印象。
MicroLED/MiniLED應用大不同
在風起云涌的潮流中，這些新型態微型發光二極管都被冠以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，對技術的挑戰也有截然不同的難度。尤其是將巨量的微型LED轉移(Mass Transfer)至基板的技術，更
是一大挑戰。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LED制程相關。傳統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，例如AUO以LTPS背板開發8英寸
全彩的顯示幕， 和蓮光電則以硅基背板開發出0.55英寸以及0.7英寸的MicroLED等開發套件。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，各有各的技術復雜度與挑戰。
高亮度優勢助MicroLED對抗OLED
MicroLED因其高亮度、低功耗特色在近幾年受到業界的矚目。原本有機發光二極管(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境， 有時其顏色亮度表現不
如預期。 隨著MicroLED的技術趨近成熟，由于MicroLED結構簡單，加上無機材質、無殘影與壽命長、低功耗與高亮度的
優勢，讓該技術成為能與OLED競爭的技術，LEDinside更在2018年4月大膽宣稱MicroLED即將變成AR顯示器產業的新主流。
任何顯示技術想要應用在AR眼鏡，重點在于輕薄短小。過去的AR眼鏡，結構上多以液晶屏幕(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是一種自發光的材
料，系統架構上比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仍有其應用的優點。MicroLED跟OLED一樣也是自發光源，因此系統架構上跟
OLED都比傳統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，加上功耗低的優點，在穿透式應用上，已呈現對OLED逼宮的效果。
MicroLED搶攻智能車頭燈市場
超微小自發光的MicroLED已經帶動產業的應用革命。首先對高發光效率、高亮度與低功耗對AR與HUD的應用生態帶來新
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想的
領域—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。傳統車頭燈演進從鹵素燈HID到發光效率更好的LED車燈，但是都還是基礎發光效率的進步，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、系統也變得復雜。當自發光源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在AR應用之際，
MicroLED也出現在智能頭燈的競爭技術藍圖，企圖取代需要較復雜光學設計與系統的DMD+光源的解決方案。MicroLED
在智能頭燈的技術門檻，主要在于亮度夠不夠。由于MicroLED越小顆、發光效率越差，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的晶粒大小并且發光效率更好的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，這相對應于傳統的LED車頭燈已經
是數百倍的倍數數量。所以Eniyos的車燈能投影呈現簡單的影像與文字示范。將來大電流的驅動、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，
若偵測到行人或對向車輛，車輛的智能處理器會根據專家系統的經驗與智能，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，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
技術領先 開創藍海市場有望臺灣靠著半導體技術在IT產業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業仍然占據無法撼動的龍頭地位。當臺灣LED產業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的研發與應用熱潮，臺灣產業再度領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與客戶合力開發的MicroLED顯示器屢屢出現在國際大展，并
吸引其他國際大廠慕名前來開發智能車頭燈等MicroLED應用。
除了MicroLED的應用外，也將其硅基背板與控制器技術發展成X-on-Silicon的數位異質整合應用平臺。若是在硅基背
板上結合反射式液晶就成為傳統熟知的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 LightModulator)、應用在醫學以及3D立體顯示的應用。
最近更有廠商以MEMS的Micro-Mirror微結構結合硅基背板平臺，開發出類似德州儀器的DMD芯片。唯有不斷的以創新
精神去開發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實困境中脫穎而出，創造出臺灣特有的附加價值
與貢獻。
