อ่านเกี่ยวกับเทคโนโลยีจอแสดงผลหลักรุ่นต่อไป - ไมโคร LED

ในยุคปัจจุบัน เทคโนโลยีการแสดงผลได้กลายเป็นช่องทางสำคัญในการแลกเปลี่ยนข้อมูล ครอบคลุมถึงสมาร์ทโฟน อุปกรณ์ VR/AR ผลิตภัณฑ์สวมใส่ จอแสดงผลในรถยนต์ แท็บเล็ต/คอมพิวเตอร์ และการฉายภาพด้วยเลเซอร์

 

ไมโคร LEDเทคโนโลยีนี้เป็นที่รู้จักในฐานะ "เทคโนโลยีจอแสดงผลกระแสหลักรุ่นใหม่" การพัฒนาและการผลิตเชิงอุตสาหกรรมกำลังเร่งตัวขึ้น และโอกาสทางการตลาดก็เพิ่มมากขึ้น

แผนผังแสดงที่ตั้งของบริษัทชั้นนำในประเทศ

 

บริษัท Tianma Microelectronics ได้ลงทุนในเทคโนโลยี Micro-LED มาตั้งแต่ปี 2017 โดยมุ่งเน้นที่ความละเอียดสูง (PPI สูง) ความสว่างสูง และคุณภาพสูง จอแสดงผลแบบโปร่งใสบริษัทได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ไมโคร LED ที่เป็นผู้นำในอุตสาหกรรมหลายรายการ

 

ในปี 2022 Tianma ได้ลงทุนสร้างสายการผลิต Micro-LED แบบครบวงจร ตั้งแต่การถ่ายโอนจำนวนมากไปจนถึงโมดูลแสดงผล โดยใช้กระบวนการเลเซอร์และอุปกรณ์ที่ออกแบบเอง เนื่องจากไม่มีเทคโนโลยีสำเร็จรูปในท้องตลาด เพื่อให้ได้การผลิตแบบอัตโนมัติอย่างสมบูรณ์ สายการผลิตดังกล่าวประสบความสำเร็จในการเริ่มการผลิตครั้งแรกเมื่อวันที่ 26 มิถุนายน 2024 ซึ่งในระหว่างนั้นได้มีการพัฒนาอุปกรณ์และวัสดุการผลิตมากกว่า 30 รายการ โดยร่วมมือกับบริษัทในห่วงโซ่อุปทาน

เมื่อวันที่ 31 มกราคม บริษัท BOE Huacan Optoelectronics Zhuhai ได้เข้าจดทะเบียนในตลาดหลักทรัพย์ซูไห่ ไมโคร LED โครงการฐานทดสอบการผลิตและบรรจุภัณฑ์เวเฟอร์เสร็จสมบูรณ์แล้ว โครงการนี้ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 217 เอเคอร์ ลงทุนประมาณ 2 พันล้านหยวน คาดว่าจะเริ่มผลิตสินค้าชิ้นแรกในเดือนกันยายน 2024 และวางแผนที่จะผลิตในปริมาณมากในเดือนธันวาคมปีนี้ โดยในอนาคตจะบรรลุเป้าหมายผลผลิตปีละ 58,800 ชิ้นไมโคร LEDแผ่นเวเฟอร์

จากข้อมูลพบว่า ขนาดตลาดของชิปไมโคร LED ในปี 2023 มีมูลค่าประมาณ 32 ล้านดอลลาร์สหรัฐ และคาดว่าขนาดตลาดไมโคร LED ทั่วโลกในปี 2025 จะเกิน 3.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ และคาดว่าจะทะลุ 10 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2027

 

ไมโคร LED - เทคโนโลยีจอแสดงผลกระแสหลักรุ่นต่อไป

 

ไมโคร LED หรือที่รู้จักกันในชื่อ mLED หรือ μLED คืออุปกรณ์ที่ประกอบด้วยหน่วยเปล่งแสงขนาดไมครอน โดยใช้เทคโนโลยีการถ่ายโอนมวล หน่วยเหล่านี้สามารถถ่ายโอนไปยังวัสดุรองรับที่แข็งหรือยืดหยุ่นได้ จากนั้นจึงบรรจุด้วยชั้นป้องกันและอิเล็กโทรด

หลักการทำงานของจอแสดงผลไมโคร LED

 

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยี MicroLED อยู่ที่โครงสร้างพิกเซล โดยแต่ละพิกเซลประกอบด้วยซับพิกเซลสีหลัก ได้แก่ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน แต่ละซับพิกเซลสามารถควบคุมได้อย่างอิสระเพื่อปรับความสว่าง สี และความคมชัดของจอแสดงผลได้อย่างแม่นยำ ในระบบจอแสดงผล MicroLED แสงที่ปล่อยออกมาจาก LED แต่ละดวงจะถูกประมวลผลโดยเลนส์และกระจกเงา และในที่สุดก็ก่อตัวเป็นพิกเซลบนหน้าจอแสดงผล จากนั้นจึงปรับแต่งด้วยตัวกรองสีเพื่อแสดงประสิทธิภาพสีที่ต้องการ ข้อดีของเทคโนโลยีนี้คือความสามารถในการให้ความสว่าง ความคมชัด และความแม่นยำของสีที่สูงมาก

 

นอกจากนี้ ไมโคร นำแผงอิเล็กโทรดเชื่อมต่อกับขั้วบวกและขั้วลบของไมโคร LED แต่ละตัวโดยใช้ขั้วไฟฟ้าแบบตารางที่จัดเรียงไขว้กันในแนวตั้ง การเชื่อมต่อนี้ทำให้ไมโคร LED สามารถส่องสว่างได้โดยการสแกนโดยการกระตุ้นเส้นอิเล็กโทรดตามลำดับที่กำหนด จึงทำให้สามารถแสดงภาพได้

กระบวนการผลิตไมโคร LED

 

ไมโคร LED คือโครงสร้าง LED ที่ผลิตด้วยกระบวนการฟิล์มบาง การย่อขนาด และการจัดเรียงเป็นแถว โดยมีขนาดประมาณ 1-100 ไมโครเมตร เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนไมโคร LED เป็นชุดๆ ไปยังแผงวงจร ซึ่งอาจเป็นแผงแข็งหรืออ่อน โปร่งใสหรือทึบแสง จากนั้นใช้กระบวนการการตกตะกอนทางกายภาพเพื่อเพิ่มชั้นป้องกันและขั้วไฟฟ้าด้านบน และสุดท้ายนำแผ่นรองพื้นด้านบนมาบรรจุเพื่อสร้างจอแสดงผลไมโคร LED

จอแสดงผล Micro-LED มีความแตกต่างอย่างพื้นฐานจากจอแสดงผล LED แบบดั้งเดิมในแง่ของขนาดอนุภาค บรรจุภัณฑ์ กระบวนการรวมวงจร แผงวงจรด้านหลัง และระบบขับเคลื่อน

 

กระบวนการผลิตไมโคร LED ประกอบด้วยขั้นตอนหลักๆ ดังนี้:

 

ประการแรก คริสตัล LED เป็นฟิล์มบาง มีขนาดเล็ก และเรียงตัวเป็นแถวโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตระดับไมโคร

ในปัจจุบัน กระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์และชิปขนาดเล็กกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดแล้ว แต่กระบวนการผลิตไมโคร LED ยังมีศักยภาพในการเติบโตอีกมาก โดยมีวิธีการหลักสามวิธี ได้แก่ การเชื่อมระดับชิป การเชื่อมระดับเอพิเท็กเซียล และการถ่ายโอนฟิล์ม

 

การเชื่อมต่อชิป (การเชื่อมต่อระดับชิป)

 

การเชื่อมระดับชิปเกี่ยวข้องกับการแบ่ง LED ออกเป็นชิป Micro LED ขนาดไมครอน และเชื่อมต่อเข้ากับแผงวงจรแสดงผลโดยใช้เทคโนโลยี SMT หรือ COB วิธีนี้สามารถปรับระยะห่างในการถ่ายโอนได้ แต่ไม่สามารถถ่ายโอนเป็นชุดได้

 

SMT เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โดยการติดตั้งชิปส่วนประกอบลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) หรือพื้นผิววัสดุอื่นๆ โดยใช้วิธีการเชื่อมแบบรีโฟลว์หรือการเชื่อมแบบจุ่ม เช่น การประกอบแบบเชื่อม ขั้นตอนต่างๆ ได้แก่ การตรวจสอบวัสดุ การวางแผ่นสกรีน การเชื่อมต่อ การอบแห้ง การเชื่อมแบบรีโฟลว์ การทำความสะอาด การเสียบ การบัดกรีแบบคลื่น การทำความสะอาดซ้ำ การตรวจสอบ และการซ่อมแซม

 

COB เป็นเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบระยะห่างแคบที่ห่อหุ้มแผ่นเวเฟอร์ LED บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) โดยตรงและรวมเข้าเป็นหน่วย CELL เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยี SMD เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ COB มีข้อดีที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว

การเชื่อมแผ่นเวเฟอร์ (การเชื่อมแบบเอพิแท็กเซียล)

 

การเชื่อมแบบเอพิแท็กเซียลระดับไมโครเมตรเป็นวิธีการสร้างโครงสร้างฟิล์มบางเอพิแท็กเซียลระดับไมโครเมตรของไมโคร LED โดยตรงบนชั้นฟิล์มบางเอพิแท็กเซียลของ LED โดยใช้เทคโนโลยีการกัดด้วยไอออนพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ (ICP) ระยะห่างคงที่ของโครงสร้างนี้คือระยะห่างที่ต้องการของพิกเซลแสดงผล

 

จากนั้น แผ่นเวเฟอร์ LED ที่มีชั้นเอพิแท็กเซียลและซับสเตรตจะถูกเชื่อมต่อโดยตรงกับแผงวงจรขับ และซับสเตรตจะถูกลอกออกโดยใช้กลไกทางกายภาพหรือทางเคมี เหลือเพียงโครงสร้างฟิล์มเอพิแท็กเซียลไมโคร LED หนา 4 ถึง 5 ไมโครเมตร เพื่อสร้างพิกเซลแสดงผลบนแผงวงจรขับ ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถทำการถ่ายโอนแบบเป็นชุดได้ แต่ข้อเสียคือไม่สามารถปรับช่วงเวลาการถ่ายโอนได้

การถ่ายโอนฟิล์มบาง การถ่ายโอนฟิล์มบาง

 

แผ่นรองพื้น LED จะถูกกำจัดออกด้วยวิธีการทางกายภาพหรือทางเคมี โดยใช้แผ่นรองพื้นชั่วคราวเพื่อยึดชั้นฟิล์ม Micro-LED ไว้ จากนั้นจึงสร้างโครงสร้างไมครอนด้วยการกัดด้วยพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ อีกวิธีหนึ่งคือการกัดก่อนแล้วจึงลอกแผ่นรองพื้น LED ออก ตามความต้องการของระยะห่างของจุดแสดงผลในวงจรขับ ฟิล์ม Micro-LED จะถูกย้ายไปยังแผงวงจรขับเป็นชุดๆ ด้วยเครื่องมือถ่ายโอนแบบเลือกได้ เพื่อประกอบจุดแสดงผลให้เสร็จสมบูรณ์ กระบวนการนี้มีต้นทุนต่ำ ไม่จำกัดขนาดของแผงวงจรแสดงผล และสามารถถ่ายโอนได้ในปริมาณมาก

 

ประการที่สอง การถ่ายโอนข้อมูลจำนวนมากไปยังแผงวงจร - เทคโนโลยีการถ่ายโอนข้อมูลขนาดใหญ่

 

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีไมโคร LED คือการรวมเอาหลอดไฟขนาดเล็กจำนวนมากไว้บนชิปอย่างหนาแน่น ซึ่งต้องใช้กระบวนการพิเศษ นั่นคือ เทคโนโลยีการถ่ายโอนไมโครขนาดใหญ่ (หรือเรียกว่า เทคโนโลยีการถ่ายโอนขนาดใหญ่)

เทคนิคนี้เกี่ยวข้องกับการบัดกรีเม็ด LED หลักหลายร้อยถึงหลายพันเม็ดลงบนแผงวงจร TFT ขนาดเล็กอย่างแม่นยำ ซึ่งต้องอาศัยอัตราความล้มเหลวที่สูงมาก แม้ว่าจะมีเทคโนโลยีต่างๆ ที่พยายามบรรลุเป้าหมายนี้ แต่การถ่ายโอนจำนวนมากยังคงเป็นเทคโนโลยีที่ต้องพัฒนาเพื่อผลิตในปริมาณมาก

เทคนิคการถ่ายโอนมวลสามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ประเภท ได้แก่ การจับยึดอย่างแม่นยำ การประกอบตัวเอง การปลดปล่อยแบบเลือกสรร และการถ่ายโอน

 

เนื่องจากความต้องการของตลาดที่เพิ่มขึ้นสำหรับหน้าจอที่มีสีสันและความละเอียดสูง เทคโนโลยีการสร้างสีด้วยไมโคร LED จึงกลายเป็นประเด็นวิจัยที่สำคัญ ในปัจจุบัน วิธีการใช้งานหลักๆ ได้แก่วิธีการใช้ LED สามสี RGB, วิธีการใช้ตัวกลางเปล่งแสง LED UV/สีน้ำเงิน และวิธีการใช้เลนส์เชิงแสงสังเคราะห์.

เนื่องจากตลาด AR/VR เติบโตอย่างต่อเนื่อง จึงมีความต้องการแผงหน้าจอประสิทธิภาพสูงเพิ่มขึ้น ซึ่งจอ LCD และ OLED แบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้อีกต่อไป ตลาดจึงมีความต้องการเทคโนโลยีจอแสดงผลใหม่ๆ อย่างเร่งด่วน เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและตอบสนองมาตรฐานการพัฒนาในอนาคต เทคโนโลยีไมโคร LED เป็นโซลูชันใหม่ที่กำลังมาแรง และคุณลักษณะของมันทำให้เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่งในการตอบสนองความต้องการเหล่านี้