微發光二極體顯示器

微發光二極體顯示器，（英語：，縮寫為），是一種新興的平面顯示器，目前已有廠商應用在電視機上，如韓國三星電子展出的146寸4K電視機。[1]

歷史與現況

發光二極體（LED）於顯示器元件中的使用，起自於TFT-LCD背光模組的應用。TFT-LCD為一非自發光的平面顯示器，其元件功能類似光控制開關，需有一提供光源的背光模組。自1990年代TFT-LCD開始蓬勃發展時，即有廠商利用LED做為液晶顯示器之背光源，其具有高色彩飽和度、省電、輕薄等特點。然當時因成本過高、散熱不佳、光電效率低等因素，並未大量應用於TFT-LCD產品中。

至2000年代，將藍光LED chip封裝於含螢光粉的樹脂中而製成的白光LED，其製程、效能、成本已逐漸成熟；至2008年左右，白光LED背光模組（LED backlight module）呈現爆發性的成長，幾年間即全面取代傳統的冷陰極管背光（CCFL backlight module），其應用領域由手機、平板電腦、筆記型電腦、桌上型顯示器，乃至電視和公用看板。

然而，因TFT-LCD非自發光的顯示原理所致，其open cell穿透率約在7%以下，造成TFT-LCD的光電效率低落；且白光LED所能提供的色飽和度仍不如三原色LED（紅光LED、綠光LED、藍光LED），大部份TFT-LCD產品約僅72% NTSC；再則，於室外環境下，TFT-LCD亮度無法提昇至1000nits以上，致使影像和色彩辨識度低，為其一大應用缺陷。

故另一種直接利用三原色LED做為自發光顯示畫素的LED Display或Micro LED Display的技術也正在發展中。隨著LED的成熟與演進，LED Display或Micro LED Display自2010年代起開始有著不一樣的面貌呈現。SONY在2012年展示55吋FHD「Crystal LED Display」原型機，係利用表面黏著技術（SMT, surface-mount technology）或COB技術（Chip on board），將LED chip黏著於電路基板上，高達6.2百萬（1920x1080x3）顆LED chip做為高解析的顯示畫素，對比可達百萬比一，色飽和度可達140% NTSC，無反應時間和使用壽命問題。然而在商業化上，仍有不少的成本與技術瓶頸存在，迄今未能量產。

一般的LED chip包含基板和磊晶層（Epitaxy）其厚度約在100~500μm，且尺寸介於100~1000μm。而更進一步正在進行的Micro LED Display研究在於，將LED表面厚約4~5μm磊晶層用物理或化學機制剝離（Lift-off），再移植至電路基板上。其Micro LED Display綜合TFT-LCD和LED兩大技術特點，在材料、製程、設備的發展較為成熟，產品規格遠高於目前的TFT-LCD或OLED，應用領域更為廣泛包含軟性、透明顯示器，為一可行性高的次世代平面顯示器技術。

自2010年後各廠商積極於Micro LED Display的技術整合與開發，然因Micro LED Display尚未有標準的μLED結構、量產製程與驅動電路設計，各廠商的專利佈局更是兵家必爭之地。迄2016年止，Luxvue（2014年5月已被Apple併購）、Mikro Mesa、SONY等公司皆已具數量規模的專利申請案，更有為數眾多的公司與研究機構投入相關的技術開發。

2018年，韓國三星電子在CES展上，已有146寸4K電視原型機亮相。[1]

顯示原理

顯示原理比較

Micro LED Display的顯示原理，係將LED結構設計進行薄膜化、微小化、陣列化，其尺寸僅在1~10μm等級左右；後將μLED批量式轉移至電路基板上（含下電極與電晶體），其基板可為硬性、軟性之透明、不透明基板上；再利用物理沈積製程完成保護層與上電極，即可進行上基板的封裝，完成一結構簡單的Micro LED Display。

μLED典型結構是一PN接面二極體，由直接能隙半導體材料構成。當上下電極施加一順向偏壓於μLED，致使電流通過時，電子、電洞對於主動區（Active region）復合，而發射出單一色光。μLED發光頻譜其主波長的半高全寬FWHM僅約20nm，可提供極高的色飽和度，通常可大於120%NTSC。

且自2008年後LED光電轉換效率大幅提高，100 lm/W以上的LED已成量產之標準。而在Micro LED Display的應用上，為自發光的顯示特性，輔以幾乎無光耗元件的簡易結構，故可輕易達到低能耗（10%~20% TFT-LCD能耗）或高亮度（1000nits以上）的顯示器設計。即可解決目前顯示器應用的兩大問題，一是穿戴型裝置、手機、平板等設備，有8成以上的能耗在於顯示器上，低能耗的顯示器技術可提供更長的電池續航力；一是環境光較強（例：戶外、半戶外）致使顯示器上的影像泛白、辨識度變差的問題，高亮度的顯示技術可使其應用的範疇更加寬廣。

技術發展

製程種類	Chip bonding[註 1]	Wafer bonding[註 2]	Thin film transfer[註 3]
顯示畫素種類	μLED 晶片	μLED 薄膜	μLED 薄膜
顯示基板尺寸	無尺寸限制	小尺寸	無尺寸限制
轉移間距可調	可	不可	可
批量轉移能力	不可	可	可
EPI 一次利用率	中	低	高
EPI 多次利用率	無	中	高
成本	高	中	低
廠商	SONY	Leti ITRI	Luxvue PlayNitride Mikro Mesa

註解：

Chip bonding：晶片黏合係將LED直接進行切割成微米等級的μLED chip（含磊晶薄膜和基板），利用表面黏著技術（SMT， surface-mount technology）或COB技術（Chip on board），將微米等級的μLED chip一顆一顆鍵接於顯示基板上。
Wafer bonding：晶圓黏合係在LED的磊晶薄膜層上用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），直接形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構，此結構之固定間距即為顯示畫素所需的間距，再將LED晶圓（含磊晶層和基板）直接鍵接於驅動電路基板上，最後使用物理或化學機制剝離基板，僅剩4～5μm的μLED磊晶薄膜結構於驅動電路基板上形成顯示畫素。
Thin film transfer：係使用物理或化學機制剝離LED基板，以一暫時基板承載LED磊晶薄膜層，再利用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構；或者，先利用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構，再使用物理或化學機制剝離LED基板，以一暫時基板承載LED磊晶薄膜結構。最後，根據驅動電路基板上所需的顯示畫素間距，利用具有選擇性的轉移治具，將μLED磊晶薄膜結構進行批量轉移，鍵接於驅動電路基板上形成顯示畫素。

參見

參考文獻

. Engadget. [2018-01-08] （美国英语）.

引用

Murphy, David. . PC Mag. 2014-05-03.
Campos, Alvaro. . Motley Fool. 2014-05-13.
US 8552436,Andreas Bibl,「Light emitting diode structure」,发表于2013-10-08

外部链接

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[Chip-2] Chip bonding：晶片黏合係將LED直接進行切割成微米等級的μLED chip（含磊晶薄膜和基板），利用表面黏著技術（SMT， surface-mount technology）或COB技術（Chip on board），將微米等級的μLED chip一顆一顆鍵接於顯示基板上。

[Wafer-3] Wafer bonding：晶圓黏合係在LED的磊晶薄膜層上用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），直接形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構，此結構之固定間距即為顯示畫素所需的間距，再將LED晶圓（含磊晶層和基板）直接鍵接於驅動電路基板上，最後使用物理或化學機制剝離基板，僅剩4～5μm的μLED磊晶薄膜結構於驅動電路基板上形成顯示畫素。

[Thin_film-4] Thin film transfer：係使用物理或化學機制剝離LED基板，以一暫時基板承載LED磊晶薄膜層，再利用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構；或者，先利用感應耦合電漿離子蝕刻（ICP），形成微米等級的μLED磊晶薄膜結構，再使用物理或化學機制剝離LED基板，以一暫時基板承載LED磊晶薄膜結構。最後，根據驅動電路基板上所需的顯示畫素間距，利用具有選擇性的轉移治具，將μLED磊晶薄膜結構進行批量轉移，鍵接於驅動電路基板上形成顯示畫素。

[engadget-1] . Engadget. [2018-01-08] （美国英语）.