micro led技術原理及簡介(microled功能特性和優勢及發展前景)

　　Micro LED簡介

　　MicroLED是新一代顯示技術，比現有的OLED技術亮度更高、發光效率更好、但功耗更低。2017年5月，蘋果已經開始新一代顯示技術的開發。2018年2月，三星在CES2018上推出了MicroLED電視。

　　Micro LED功能特性

　　microLED比現有的OLED技術亮度更高、發光效率更好、但功耗更低。microLED出色的特性將使得它可以在電視、iPhone、iPad上應用。

　　Micro LED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、臺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。

　　micro led技術原理

　　MicroLEDDisplay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MicroLED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，MicroLED陣列晶片與CMOS間可透過封裝技術。

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

　　MicroLED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、空穴對於主動區複合，發射出單一色光。MicroLED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，100lm/W以上已成量產標準。因此對於MicroLED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。

　　Micro LED優勢

　　高亮度、低功耗、超高解析度與色彩飽和度。MicrolED最大的優勢都來自於它最大的特點，微米等級的間距，每一點畫素（pixel）都能定址控制及單點驅動發光。比起其他LED，發光效率上，目前MICROLED最高，且還在大幅提升空間；發光能量密度上，MICROLED最高，且還有提升空間。——前者，有利於顯示設備的節能，其功率消耗量約為LCD的10％、OLED的50％；後者則可以節約顯示設備有限的表面積，並部署更多的傳感器，目前的理論結果是，MICROLED和OLEDD比較，達到同等顯示器亮度，只需要後者10%左右的塗覆面積。與同樣是自發光顯示的OLED相較之下，亮度比其高30倍，且解析度可達1500PPI（像素密度），相當於AppleWatch採用OLED面板達到300PPI的5倍之多。

　　壽命長。由於Micro-LED使用無機材料，且結構簡易，幾乎無光耗，它的使用壽命非常長。這一點是OLED無法相比的，OLED作為有機材料、有機物質，有其固有缺陷——即壽命和穩定性，難以媲美無機材料的QLED和MICROLED。

　　能夠適應各種尺寸。

　　成本降低空間大。目前微投影技術以數位光線處理（DigitalLightProcessing，DLP）、反射式矽基板液晶顯示（LiquidCrystalonSilicon，LCoS）、微機電系統掃描（MEMSScanning）叄種技術為主，但這叄種技術都須使用外加光源，使得模組體積不易進一步縮小，成本也較高。相較之下，採用自發光的MicroLED微顯示器，不須外加光源，光學系統較簡單，因此在模組體積的微型化及成本降低上具優勢

　　應用範疇廣。MicroLED解決了幾大問題，一個是消費型平板包括智慧型手機、可穿戴設備80%的能耗都在顯示器上，低能耗的MicroLED顯示器將大大延長電池續航能力，對於MicroLED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。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，MicroLED高亮度的顯示技術可以輕鬆解決這個問題，使其應用的範疇更加寬廣。

　　Micro LED產業鏈如何

　　對於一個MicroLED顯示產品，他的基本構成是TFT基板、超微LED晶粒、驅動IC三大塊。這三者有一個共同的特點，即大量繼承於已有的液晶和LED產業。因此，臺灣工研院認為，他們具有整條產業鏈的優勢。

　　但是，具有同樣產業基礎的地區還包括韓國、我國大陸、日本。其中日本在上遊材料和設備上的領先性和完善度，要遠超過我國臺灣地區。不過，日本同仁對MicroLED的興趣可沒有臺系產業那麼高漲。

　　為什麼其它具有相當或者更好產業基礎的地區，在MicroLED的熱情上低於臺系呢？答案分成兩個層次：第一是，大陸、韓國和日本顯示企業，現在最忙的事情是OLED。第二，MicroLED有一個其他電子行業幾乎不會用到的高難度工藝——巨量微轉移（也叫巨量轉移）。臺灣MicroLED產業最大的動作之一，即是2016年12月以臺灣工研院為牽頭單位，成立「巨量微轉移」產業聯盟。

　　「巨量轉移」是一個什麼技術呢？簡單說就是在指甲蓋大小的TFT電路基板上，按照光學和電氣學的必要規範，均勻焊接三五百，甚至更多個紅綠藍三原色LED微小晶粒，且允許的工藝失敗率是有幾十萬分之一。——只有達到這樣工藝的產品，才能真正應用到AppleWatch3等產品上。

　　對於MicroLED的工藝問題，很多人認為，可以從傳統LED屏中攝取經驗。但是，MicroLED與傳統led顯示產品差別巨大。與傳統LED顯示屏比較，MicroLED的差別主要在於：1．精密程度數十倍的提升；2．集成工藝從直插、表貼、COB封裝等變成了「巨量微轉移」；3．缺陷可修復性幾乎為零；4．背板從印刷電路板，變成了液晶和OLED顯示所使用的TFT基板，或者CPU與內存所採用的單晶矽基板。

　　即與傳統LED顯示屏比較，MicroLED在晶粒、封裝、集成工藝、背板、驅動等每一個方面都不一樣——所以，可以看到MicroLED產品的火熱沒有得到任何一個傳統LED大屏廠商的表態。

　　事實上，除了晶粒、TFT背板、IC這些「元組建」，繼承於LED晶粒（如三安）、半導體顯示（如京東方）、IC設計企業（如聚積、奇景）等之外，MicroLED正真的核心則是「如何將這些元件集成」，即「巨量轉移」技術。後者是整個行業的命門。如果有企業要牽頭MicroLED產品，最需要的即是從這裡入手。

　　對此，目前比較確切的消息是：今年2月份MikroMesa與重慶惠科攜手打造了兩岸首座MicroLED面板實驗室的合作。該實驗室計劃在今年底完工，2018年製造出全彩色MicroLED樣品。MikroMesa目前在LED微晶粒上具有領先的研發技術，傳聞能做到3UM。惠科則建設有A－SILCD生產線，具有TFT背板等方面的技術資源。二者合作的目的是，利用近可能現成的資源突破「巨量轉移」技術。

　　不過，即便是這種比較深入的項目其對MicroLED的產業時間表預期亦不能樂觀：2018年實現全彩樣品，距離真實商業應用還有多遠依然不好說。以OLED為例，實現全彩，到目前手機行業的大規模認可，中間走了二十餘年。且，惠科、MikroMesa都是顯示圈新手，二者關注MicroLED頗有企圖「四兩撥千斤」彎道超車之意。

　　綜上所述，從元件角度看，MicroLED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有難度；但是從工藝和產業進程看，巨量轉移橫亙在MicroLED願景與現實之間，短期難以徹底跨越。

　　Micro LED應用前景廣泛

　　目前如果考慮現有技術能力，Micro-LED有兩大應用方向，一是可穿戴市場，以蘋果為代表，據傳蘋果將在新一代的蘋果手錶和iPhone上使用Micro-LED技術，並且有望在2018年推出Micro LED穿戴設備。；二是超大尺寸電視市場，以Sony為代表，今年，索尼在CES上展示的Micro-LED cledis已在解析度、亮度、對比度都具有優良的性能。

　　從短期來看Micro-LED市場集中在超小型顯示器，從中長期來看，Micro-LED的應用領域非常廣泛，橫跨穿戴式設備、超大室內顯示屏幕外，頭戴式顯示器（HUD）、抬頭顯示器（HUD）、車尾燈、無線光通訊 Li-Fi、AR/VR、投影機等多個領域。

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