如何将MicroLED应用到智能车灯领域？

近年来许多厂商纷纷展出MicroLED显示器，在该显示技术量产之前，MiniLED做为LCD显示器的背光应用产品将会率先上市。然而，这波LED的微型化趋势掀起的不仅是显示技术的革命，也将为智能车头灯的应用带来更多可能性。

这几年发光二极管(Light Emitting Diode, LED)的微小化，掀起一阵显示器产品的革命。直下式微型LED背光模组能提供LCD TV更细腻的区域调光技术(Local Dimming)，更能提升影像对比与高动态范围(HDR)。在索尼(Sony)推出8K×2K 10公尺宽的超大LED显示屏幕CLEDIS(Crystal LED Integrated Structure)之后，三星(Samsung)也不示弱地推出146英寸4K×2K The WALL LED显示屏幕。甚至今年首先在瑞士苏黎世推出Onyx品牌，也推出了10公尺宽5公尺高并具备4K×2K分辨率的Cinema LED Screen，企图逐步取代投影式的D-Cinema。

在中小尺寸方面，友达光电(AUO)推出了8英寸1280×480的MicroLED显示器，而和莲光电(Jasper Display)则推出0.7英寸的硅基背板供MicroLED单色可达1920×1080的超高分辨率，可应用在AR/VR、HUD、HMD与智能车头灯等领域，颠覆将LED做为传统照明光源的印象。

MicroLED/MiniLED应用大不同

在风起云涌的潮流中，这些新型态微型发光二极管都被冠以MicroLED之名而风行一时，但是LED大小将造成应用端极不一样的面貌，对技术的挑战也有截然不同的难度。尤其是将巨量的微型LED转移(Mass Transfer)至基板的技术，更是一大挑战。因此或许可以将微型LED从尺寸做进一步的分类，以利更深一层的探讨。目前业界常见的分法是：若LED尺寸在100μm以上归类为MiniLED，若是LED尺寸小于100μm则归类为MicroLED。

以100μm做为分界的原因多少与传统LED制程相关。传统LED制程以蓝宝石为基板，其微小化目前只能做到5mil×6mil，亦即127μm×152μm，当尺寸再往下缩，蓝宝石基板的良率就会变差。因此MicroLED大多以非蓝宝石的基板做开发，例如AUO以LTPS背板开发8英寸全彩的显示幕，和莲光电则以硅基背板开发出0.55英寸以及0.7英寸的MicroLED等开发套件。MicroLED与MiniLED的应用面截然不同，MiniLED大多应用在大尺寸的直下式背光模组或是直视型显示器，而MicroLED则大多在小尺寸的显示应用，各有各的技术复杂度与挑战。

高亮度优势助MicroLED对抗OLED

MicroLED因其高亮度、低功耗特色在近几年受到业界的瞩目。原本有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, OLED)已在AR眼镜、手机面板与智能手表等小尺寸应用上，已有不错的成绩。但是在室外的强光环境，有时其颜色亮度表现不如预期。随着MicroLED的技术趋近成熟，由于MicroLED结构简单，加上无机材质、无残影与寿命长、低功耗与高亮度的优势，让该技术成为能与OLED竞争的技术，LEDinside更在2018年4月大胆宣称MicroLED即将变成AR显示器产业的新主流。

任何显示技术想要应用在AR眼镜，重点在于轻薄短小。过去的AR眼镜，结构上多以液晶屏幕(Liquid-Crystal Display, LCD)或LCoS(Liquid Crystal on Silicon)显示面板加上光源为主，体积与功耗往往成为限制，难以突破。OLED是一种自发光的材料，系统架构上比LCD或LCoS面板加背光源来的简单，让AR/VR眼镜可以更轻巧，但是在室外的环境使用-穿透式(See Through)应用上，亮度则仍略嫌不足。但是以VR全罩式、非穿透式应用上，OLED仍有其应用的优点。MicroLED跟OLED一样也是自发光源，因此系统架构上跟OLED都比传统LCD/LCoS搭配光源的设计来的简单许多，不仅体积缩小，光效率也提升很多。但是MicroLED比起OLED在亮度上更加明亮，加上功耗低的优点，在穿透式应用上，已呈现对OLED逼宫的效果。

建立完整生态圈　巨量转移良率提升

目前做为最微小型的MicroLED的驱动背板专注于1英寸以下的硅基背板，这是利用***多年的半导体技术为深厚的基底，以SRAM为基本的画素单位，数位式的调变控制(Pulse-Width Modulation, PWM)，控制画素(Pixel)的on/off跟不同的功率输出阶层(有点像显示器的Gray Scale Level)。其中国内的Jasper Display以其LCoS对基板SRAM的开发经验，转而帮助配合厂商开发MicroLED专用驱动背板。但是过程其实突显了MicroLED产业必须是个宏大的生态体系，因为硅基背板如何去结合MicroLED在一个小于1英寸的硅基背板上，如何巨量转移两百万颗MicroLED而且还要有很高的良率，这都不是单一厂商可以完成的，至少目前还没有看到这样有野心的厂商。

因此做为提供硅基背板与控制器的公司，必须与有能力生产μm等级的LED芯片厂商配合，双方找出合作的基础，让MicroLED的晶粒大小与硅基背版画素的Pixel大小相当，好让彼此的结合能做到一对一的绝配。这样硅基背板若是1920×1080结合上同等大小的MicroLED就能达到单色1920×1080的MicroLED显示芯片，读者可以想像这好比一个小于1英寸的超高精细1920×1080的显示屏幕。光是如何巨量转移结合就是目前许多新创公司的研究题目，英国公司Plessey就是这样的MicroLED巨量转移公司，其实该公司的技术应该不叫巨量转移，因为它是利用过去长年在精细的Printer Head的控制，加上剑桥大学的技术转移，Plessey用磊晶成长GaN于硅晶圆的技术，在微小的空间制作出百万颗等级的MicroLED晶圆，然后将MicroLED晶圆与硅基背板做结合，即可瞬间将200万颗的MicroLED结合到小于一英寸的硅基控制背板。这样的技术一般称为Monolithic MicroLED，亦即单一成形的MicroLED晶圆贴合技术。这样就克服了巨量转移过程中的损耗产生的良率问题，也节省转移的时间跟成本。以小于一英寸的MicroLED显示芯片而言，似乎Monolithic MicroLED是唯一可行的量产技术，目前在德国及美加都有类似的公司开发这Monolithic MicroLED的技术。

如何让单色的MicroLED形成全彩又是另一个挑战。简单来说可以用量子点(QDs)或是荧光玻璃片(PG)来让MicroLED混色，以四个像素为一个全彩的基础，若是要追求亮度，就以RGBG作为这四个像素的组成。若要颜色好，就以RGRB当作这四个像素的组合。因此原本单色1920×1080的MicroLED就会变成960×540的全彩MicroLED，因为2×2的像素变成了全彩的单元。

MicroLED抢攻智能车头灯市场

超微小自发光的MicroLED已经带动产业的应用革命。首先对高发光效率、高亮度与低功耗对AR与HUD的应用生态带来新的冲击，改变过去未能达到的设计目标，进而取代OLED成为新宠儿。另外一个全新的应用变革则是一个比较无法联想的领域—智能车头灯。

智能矩阵车头灯Smart Matrix Headlights或许不是新闻，过去德州仪器(TI)也曾搭配激光光源推广其DMD技术。传统车头灯演进从卤素灯HID到发光效率更好的LED车灯，但是都还是基础发光效率的进步，投射出的光型没有变化。智能头灯指的是光源可以切割成许多单元，单元可独立控制，因此可以针对路况做出智能的判断与调控。所以DMD就提供了一个可以切割许多单元控制的反射介面。但是DMD还是需要激光光源与相对应的光学元件，不仅效率降低、系统也变得复杂。当自发光源MicroLED正逐步取代LCD/LCoS等需要额外光源跟光学元件的投影技术在AR应用之际，MicroLED也出现在智能头灯的竞争技术蓝图，企图取代需要较复杂光学设计与系统的DMD+光源的解决方案。

MicroLED在智能头灯的技术门槛，主要在于亮度够不够。由于MicroLED越小颗、发光效率越差，因此AR显示器所使用的MicroLED显然在亮度尚无法满足车灯所需，必须用更大的电流与适当的晶粒大小并且发光效率更好的MicroLED。所以在智能头灯应用的MicroLED就不需要超高分辨率，也不用全彩，而是要去找出发光效率与体积的最佳组合的大小。

2018年OSRAM公布其1,024颗MicroLED(从尺寸看应该是MiniLED)的Eviyos智能头灯，这相对应于传统的LED车头灯已经是数百倍的倍数数量。所以Eniyos的车灯能投影呈现简单的影像与文字示范。将来大电流的驱动、适当尺寸高效率的MicroLED，应该能提供兼顾亮度与分辨率的智能车头灯。

智能车头灯有趣的应用是车辆以相机(Camera)、光达(LiDAR)、红外线与雷达等等不同的侦测组合，全时侦测前方路况，若侦测到行人或对向车辆，车辆的智能处理器会根据专家系统的经验与智能，控制矩阵式头灯的每个MicroLED亮度，避免炫光直接照到其他驾驶的眼睛。另外，智能矩阵头灯还能将斑马线投射到前方道路，以表示礼让行人；或是投射提醒大货车的显示标志、路面状况等等。一旦能够大量制造生产，这个以MicroLED为核心的智能矩阵头灯将会为交通安全带来巨大的正面影响。

台厂LED技术领先　开创蓝海市场有望

***靠着半导体技术在IT产业建立了无可取代的重要地位，虽然IT代工的OEM/ODM利润不断被侵蚀，台积电在晶圆上下游产业仍然占据无法撼动的龙头地位。当***LED产业面临中国的低价竞争威胁，势必要走出不一样的蓝海策略。

最近透过MiniLED与MicroLED的研发与应用热潮，***产业再度领先在这个潮流的前端。其中在微小尺寸的MicroLED显示器，***Jasper Display与客户合力开发的MicroLED显示器屡屡出现在国际大展，并吸引其他国际大厂慕名前来开发智能车头灯等MicroLED应用。除了MicroLED的应用外，也将其硅基背板与控制器技术发展成X-on-Silicon的数位异质整合应用平台。若是在硅基背板上结合反射式液晶就成为传统熟知的LCoS面板，可应用于高阶显示器、高分辨率的3D打印机(3D Printer)或是做为SLM(Spatial Light Modulator)、应用在医学以及3D立体显示的应用。最近更有厂商以MEMS的Micro-Mirror微结构结合硅基背板平台，开发出类似德州仪器的DMD芯片。唯有不断的以创新精神去开发出蓝海的应用才是***厂商能灵活的在中国低价竞争的现实困境中脱颖而出，创造出***特有的附加价值与贡献。