微發光二極體顯示器歷史與現況

微發光二極體顯示器歷史與現況
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。

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模組(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,各廠商的專利布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。