機械工業雜誌

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超細線寬製程技術於透明LED顯示屏幕之應用

刊登日期：2021/06/01

摘要

LED顯示屏幕近年來的需求激增，其中透明LED顯示屏幕的需求複合年成長率更是達到8 %；目前的透明顯示技術主要分為二類，一為以ITO(Indium Tin Oxide)透明導電膜為基礎的LED玻璃屏，另一為以PCB(Printed Circuit Board)板為基礎的LED透明屏，然而二種技術分別面臨各自的技術瓶頸，ITO導電膜主要有面電阻過高(>100 Ω/cm2)的問題，對於全彩與高密度顯示的需求無法達到；而PCB板為主的LED透明屏主要受限電路板所形成的光柵式導電板於視覺上過於明顯，難以達到高透明顯示無視化的需求，整合應用受限；工研院機械所利用自行開發之超細線寬製程技術，可成功於透明基板上印製線寬~10 µm且在1 cm長度之細微導線上阻值可達1 Ω，後續透過SMT(Surface Mount Technology)與FPC(Flexible Printed Circuit)的貼合製程，可於370 x 470 mm幅寬的透明基板上點亮全彩的LED，並且可進行中、英文字體的顯示，達到低阻值、輕量化的全彩透明LED屏幕顯示。

Abstract

The demand for LED signage has increased drastically in recent years. The compound annual growth rate of demand for transparent LED signage has reached 8 %. Current transparent signage technology is mainly divided into two categories, one is the transparent conductive film of ITO (Indium Tin Oxide) LED signage, and the other is PCB (Printed Circuit Board) based LED transparent signage. Both technologies have their own technical bottlenecks. The ITO conductive film mainly has high surface resistance (>100 Ω/cm2), and thus the requirements for full-color and high-density signage cannot be achieved. The LED transparent signage based on PCB is mainly limited by the grating-type conductive plate formed by the circuit boards, which are too visible to achieve high-transparency signage requirement; and therefore the applications of PCB based signage are limited. The Industrial Technology Research Institute MMSL uses a self-developed ultra-fine line process technology to successfully print fine line with line width of ~10 µm and a resistance value of 1 Ω at 1 cm length on a transparent substrate. Followed by the bonding process of SMT (Surface Mount Technology) and FPC (Flexible Printed Circuit), full-color LEDs can be lit on a transparent substrate with substrate size of 370 x 470 mm. Chinese and English characters can be displayed, and low resistance, lightweight, full-color transparent LED signage are achieved.

前言
1.透明LED顯示屏幕發展現況
LED顯示螢幕在市場上的應用不斷擴展，且市場規模不斷擴大，為爭食市場，行業裡價格戰、通路戰、資本戰上演，美國市調機構Displaybank在其「透明顯示器技術與市場展望」報告中，就曾大膽預測，到2025年透明顯示的市場產值約872億美元，因此各家LED螢幕廠商之間競爭不斷加劇，眾多企業不斷調整策略，來積極應對當下的市場環境，差異化多元化發展，成為當前LED顯示螢幕行業的一大特色，未來更多的LED顯示螢幕廠商將通過細分市場領域，來凸顯自身的品牌優勢，尋找發展的新出路。以目前透明LED顯示屏幕主要區分為LED玻璃屏與LED透明屏，其中LED玻璃屏，如圖1(a)所示，主要是透過透明導電膜乘載LED，並且將此結構層膠合於二層玻璃之間，可依據應用得需求，將LED設計為不同排列方式；另一LED顯示屏幕為LED透明屏，如圖1(b)所示，主要是採用SMD貼片封裝技術將LED貼在PCB凹槽內，並將其製作成標準箱體或依據需求項目訂製設計。

(a) (b)
圖1 (a)LED玻璃屏幕(圖片來源：POLYTRON), (b) LED透明屏幕(圖片來源：AUROLED)

針對LED玻璃屏與LED透明屏的主要區別可由表1進行說明。

透明LED屏幕的出現不僅融合了傳統戶外高清LED顯示屏和商店櫥窗的所有優點，從而最大限度地消除了承重和美觀，解決了零售業櫥窗顯示問題。目前的零售展示櫃為LED透明屏，實現了最小像素間距2.5 mm和透明度高達70％以上。它的使用需要克服普通紙海報張貼更換的麻煩，也不需要傳統LED屏幕和LCD屏幕笨重，不透水，難看的缺點。相比於建築牆體的使用，窗戶的透明LED顯示屏未來預期一定將成為較大的市場需求。
然而，上述二種製程技術主要上面臨幾項問題，其中ITO導電薄膜其面電阻>100 Ω/□，因此無法達到高亮度(>1000 nits)之全彩顯示應用與高密度顯示(<P15)，PCB板顯示技術雖可達到高亮度與高密度顯示之要求，但PCB的面積則會大量的阻擋光線造成低穿透率(< 60 %)。
超細線寬製程技術
工研院機械所自行開發關於超細線寬製程技術所需之關鍵技術組成，包括超快雷射刻版技術、超細線寬印刷設備、可細線化之轉印膠體、高速高穩定膠體金屬化鍍液等，以滿足透明LED顯示屏幕對於超細線寬之需求，其中超細線寬製程技術主要流程為透過刮刀(doctor blade)將觸發膠體填充於佈滿細微導線凹槽的不銹鋼模具中，後續利用轉印輪(blanket roller)滾壓過填滿膠體的不銹鋼模具，進一步將細微導線凹槽內的膠體帶出，最後再將此轉印輪印製於目標基板，三步驟即完成超細線寬製程，如圖2(a)所示，本文討論的LED細微導線，主要是透過印製觸發膠體後再經UV光活化，後續再輔以膠體金屬化製程即可於觸發膠體上沉積金屬層，如此便可完成LED導電線路之製作，如圖2(b)所示。接下來的章節將就這幾項關鍵技術進行說明介紹。