微發光二極體顯示器

**微發光二極體顯示器**，（英語：Micro Light Emitting Diode Display，縮寫為 Micro LED Display） ，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 電視機和日本索尼展出的 800 寸 Crystal LED 16K 顯示系統。

## 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。

2019 年 8 月 SONY 宣布提供 CLEDIS 146 吋到 219 吋的大螢幕 MicroLED 顯示。

在小尺寸顯示方面: 2017 年 SID Display Week，glo 與 Jasper Display Corp 共同發表全世界第一個 0.55 吋 (14 公厘) RGB 全彩微型發光二極體顯示器，glo 使用巨量轉移技術將微發光二極體鍵合在 Jasper Display 提供的矽基背板上。glo 在 2018 年展出全球最亮 超過 100,000 尼特超高亮度的單色微發光二極體顯示面板。

在 2019 年的 SID Display Week，天馬微電子與錼創科技共同展示 7.56 吋 (19.2 公分) 穿透率大於 60% 的微發光二極體透明顯示器。華星光電 TCL 與錼創科技共同展示 3.3 吋 (8.4 公分) 穿透率約 45% 的微發光二極體透明顯示器。來自於英國的 Plessey 以 wafer-to-wafer 鍵合技術，展示一個 0.7 吋 (18 公厘) 單片式藍色微發光二極體顯示器，Plessey 導入自行開發 monolithic 全片式 氮化鎵發光二極體鍵合在 Jasper Display 提供的 8 微米像素間距的有源主動式元件矩陣矽基背板上。

## 顯示原理

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

**註解：**

## 參見

* 薄膜電晶體液晶顯示器
* LED 背光液晶顯示電視
* 發光二極體
* 有機發光二極體

## 參考文獻

### 引用

* Murphy, David. Apple Acquires Micro-LED Display Maker LuxVue Technology. PC Mag. 2014-05-03 [2018-05-19]. （原始內容存檔於 2018-07-05）.
* Campos, Alvaro. Why Did Apple Inc Buy This Micro-LED Tech Startup?. Motley Fool. 2014-05-13 [2018-05-19]. （原始內容存檔於 2021-06-18）.
* US 8552436,Andreas Bibl,「Light emitting diode structure」, 發表於 2013-10-08

## 外部連結

* Micro LED 與 OLED 爭艷 - 台灣固態照明國際研討會 - LEDinside （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Micro LED 的關鍵生產技術－「巨量轉移」 - DISPLAY CHINA 國際新型顯示技術展
* 誰將決定 Micro-LED 的發展應用軌跡？ - LED 大屏網 LED 顯示屏新聞 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 趣科技 | OLED/QLED 技術爭寵上位，蘋果為啥翻了 Micro LED 的牌 - 模擬 / 電源 - 與非網 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Micro-LED 發展現狀及其技術瓶頸分析 - oled - 電子發燒友網 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* MicroLED 熱度「爆棚」，超小間距 LED 屏領域遭哄搶 - 字媒體 ZiMedia （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 《MicroLED 顯示技術與市場 - 2017 版》 - 超越摩爾市場報告 - Yole - 微迷：專業 MEMS 市場調研媒體
* The Long View With John Doerr | Disrupt SF 2013 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, John Doerr of KPC&B 描述 microLED 概念，從標記約五分鐘地方時開始