微发光二极管显示器历史与现况

微发光二极管显示器历史与现况
微发光二极管显示器,(英语:Micro Light Emitting Diode Display,缩写为 Micro LED Display) ,是一种新兴的平面显示器,目前已有厂商应用在电视机上,如韩国三星电子展出的146寸4K电视机。

历史与现况
发光二极管(LED)于显示器组件中的使用,起自于TFT-LCD背光模块的应用。TFT-LCD为一非自发光的平面显示器,其组件功能类似光控制开关,需有一提供光源的背光模块。自1990年代TFT-LCD开始蓬勃发展时,即有厂商利用LED做为液晶显示器之背光源,其具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点。然当时因成本过高、散热不佳、光电效率低等因素,并未大量应用于TFT-LCD产品中。

至2000年代,将蓝光LED chip封装于含荧光粉的树脂中而制成的白光LED,其制程、效能、成本已逐渐成熟;至2008年左右,白光LED背光模块(LED backlight module)呈现爆发性的成长,几年间即全面取代传统的冷阴极管背光模块(CCFL backlight module),其应用领域由手机、平板计算机、笔记本电脑、桌上型显示器,乃至电视和公用广告牌。

然而,因TFT-LCD非自发光的显示原理所致,其open cell穿透率约在7%以下,造成TFT-LCD的光电效率低落;且白光LED所能提供的色饱和度仍不如三原色LED(红光LED、绿光LED、蓝光LED),大部份TFT-LCD产品约仅72% NTSC;再则,于室外环境下,TFT-LCD亮度无法提升至1000nits以上,致使影像和色彩辨识度低,为其一大应用缺陷。

故另一种直接利用三原色LED做为自发光显示画素的LED Display或Micro LED Display的技术也正在发展中。随着LED的成熟与演进,LED Display或Micro LED Display自2010年代起开始有着不一样的面貌呈现。SONY在2012年展示55吋FHD「Crystal LED Display」原型机,系利用表面黏着技术(SMT, surface-mount technology)或COB技术(Chip on board),将LED chip黏着于电路基板上,高达6.2百万(1920x1080x3)颗LED chip做为高解析的显示画素,对比可达百万比一,色饱和度可达140% NTSC,无反应时间和使用寿命问题。然而在商业化上,仍有不少的成本与技术瓶颈存在,迄今未能量产。

一般的LED chip包含基板和磊晶层(Epitaxy)其厚度约在100~500μm,且尺寸介于100~1000μm。而更进一步正在进行的Micro LED Display研究在于,将LED表面厚约4~5μm磊晶层用物理或化学机制剥离(Lift-off),再移植至电路基板上。其Micro LED Display综合TFT-LCD和LED两大技术特点,在材料、制程、设备的发展较为成熟,产品规格远高于目前的TFT-LCD或OLED,应用领域更为广泛包含软性、透明显示器,为一可行性高的次世代平面显示器技术。

自2010年后各厂商积极于Micro LED Display的技术整合与开发,然因Micro LED Display尚未有标准的μLED结构、量产制程与驱动电路设计,各厂商的专利布局更是兵家必争之地。迄2016年止,Luxvue(2014年5月已被Apple并购)、Mikro Mesa、SONY等公司皆已具数量规模的专利申请案,更有为数众多的公司与研究机构投入相关的技术开发。