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近日，TrendForce集邦科技旗下LED行業研究品牌LEDinside得知micro LED 將於2018年量產的消息。為了更全面的瞭解micro LED的技術發展與市場潛力，對micro LED的歷史、現況、原理、製程及參與企業等多方面做了全面的梳理。

歷史

說起Micro LED，先得從顯示TFT-LCD背光模組應用說起。在1990年代TFT-LCD開始蓬勃發展時，因LED具有高色彩飽和度、省電、輕薄等特點，部分廠商就利用LED做背光源。然而因成本過高、散熱不佳、光電效率低等因素，並未大量應用於TFT-LCD產品中。

直到2000年，藍光LED晶片刺激螢光粉製成白光LED技術的製程、效能、成本開始逐漸成熟；當進入2008年，白光LED背光模組呈現爆發性的成長，幾年間幾乎全面取代了CCFL，其應用領域由手機、平板電腦、筆電、台式顯示器乃至電視等等。

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，大部分TFT-LCD產品約僅72%NTSC；再則，於室外環境下，TFT-LCD亮度無法提升至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做為自發光顯示點畫素的LED Display或Micro LED Display的技術也正在發展中。

現況

隨著LED的成熟與演進， Micro LED Display自2010年起開始有著不一樣的面貌呈現。

從其發展歷程來看， 2012年Sony發表的55吋「Crystal LED Display」就是Micro LED Display技術類型，其Full HD解析度共使用約622萬(1920x1080x3)顆micro LED做為高解析的顯示畫素，對比度可達百萬比一，色飽和度可達140% NTSC，無反應時間和使用壽命問題。但是因采單顆Micro LED嵌入方式，在商業化上，仍有不少的成本與技術瓶頸存在，以致於迄今未能量產。

雖然Micro LED理論上是皆可應用各類尺寸產品，但從自身良率及製程來看，目前對解析度高低的需求與良率成反比，所以對解析度要求不高的穿戴式產品的顯示器因尺寸面積小、製作良率較高、符合節電需求，而被優先導入micro LED。

一般LED晶片包含基板和磊晶層其厚度約在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，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，各廠商其專利佈局更是兵家必爭之地。

迄2016年止，已被Apple併購的Luxvue、Mikro Mesa、SONY、leti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。

主要參與開發的企業

原理

Micro LED Display的顯示原理，是將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MicroLED批量式轉移至電路基板上，其基板可為硬性、軟性之透明、不透明基板上；再利用物理沉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顯示。

而要製成顯示器，其晶片表面必須製作成如同LED顯示器般之陣列結構，且每一個點畫素必須可定址控制、單獨驅動點亮。若透過互補式金屬氧化物半導體電路驅動則為主動定址驅動架構，Micro LED陣列晶片與CMOS間可透過封裝技術。

黏貼完成後Micro LED能藉由整合微透鏡陣列，提高亮度及對比度。 Micro LED陣列經由垂直交錯的正、負柵狀電極連結每一顆Micro LED的正、負極，透過電極線的依序通電，透過掃瞄方式點亮Micro LED以顯示影像。

Micro LED 結構圖

Micro LED典型結構是一PN接面二極管，由直接能隙半導體材料構成。當對MicroLED上下電極施加一正向偏壓，致使電流通過時，電子、空穴對於主動區復合，發射出單一色光。Micro LED光譜主波長的FWHM約20nm，可提供極高的色飽和度，通常可>120% NTSC。

而且自2008年以後，LED光電轉換效率得到了大幅提高，100 lm/W以上已成量產標準。因此對於Micro LED顯示的應用，因其自發光的顯示特性，搭配幾乎無光耗元件的簡易結構，就可輕易實現低能耗或高亮度的顯示器設計。

這樣可解決目前顯示器應用的兩大問題，一是穿戴型裝置、手機、平板等設備的80%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；二是環境光較強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。

製程種類及技術發展
對於半導體與晶片的製程微縮目前已到極限，而在製造上的微縮卻還存在相當大的成長空間，對於Micro LED製程上，目前主要呈現分為三大種類：Chip bonding、Wafer bonding和Thin film transfer。

三大製程的分別優勢以及參與廠商。

Chip bonding（晶片級銲接）

將LED直接進行切割成微米等級的Micro LED chip(含磊晶薄膜和基板)，利用SMT技術或COB技術，將微米等級的Micro LED chip一顆一顆鍵接於顯示基板上。

Wafer bonding（外延級銲接）

在LED的磊晶薄膜層上用感應耦合等離子離子蝕刻(ICP)，直接形成微米等級的Micro LED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Micro LED磊晶薄膜結構於驅動電路基板上形成顯示畫素。

Thin film transfer（薄膜轉移）

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，再利用感應耦合等離子離子蝕刻，形成微米等級的Micro LED磊晶薄膜結構；或者，先利用感應耦合等離子離子蝕刻，形成微米等級的Micro LED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點間距，利用具有選擇性的轉移治具，將Micro LED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。

結語

儘管Micro LED顯示已經備受企業關注和加大研發，在規格上也較LCD具有多重好處，甚至畫質上可與OLED相媲美，但是現階段該顯示器發展並未普及，主要困難點有三大方面。

第一，在於LED固晶上。以目前已成熟的LED燈條製程為例，在製作一LED燈條尚有壞點等失敗問題發生，何況是一片顯示器上要嵌入數百萬顆微型LED。而LCD與OLED已采批次作業，良率表現相對較佳。

第二，在LED組件上。覆晶LED適合於Micro LED顯示，因其體積小、易製作成微型化，不需金屬導線、可縮減LED彼此間的間隙等，雖然Flip Chip目前的良率還有一定問題，但是隨著LED的技術的逐漸完善和資本的不斷注入，已經在穩步提升。

第三，在規模化轉移上。未來Micro LED 顯示困難處在於嵌入LED製程不易采大批量的作業方式，尤其是RGB 的3色LED較單色難度更高。但是未來隨著LED黏著、印刷等技術方法的提升，則有利於Micro LED 顯示導入量產化階段。

（文/LEDinside skavy）