1、全面梳理 micro LED 的历史和现状2018 年能量产吗？2016-08-04 06:38:00 来源： LED 网2016 年以来， micro LED 逐渐进入 LED 行业圈子，近日听到了 micro LED 将于 2018 年量产的消息。为了更全面的了解 micro LED 市场与技术的发展，对 micro LED 的历史、现况、原理、制程及参与企业等方面做了全面梳理。历史说起 Micro LED，先得从显示 TFT-LCD 背光模组应用说起。在1990 年代 TFT-LCD 开始蓬勃发展时，因 LED 具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点，部分厂商就利用 LED 做背光源。然因成
2、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。直到 2000 年，蓝光 LED 芯片刺激荧光粉制成白光 LED 技术的制程、效能、成本开始逐渐成熟；当进入 2008 年，白光 LED 背光模组呈现爆发性的成长，几年间几乎全面取代了 CCFL，其应用领域由手机、平板电脑、笔电、台式显示器乃至电视等等。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，大部分 TFT-LCD 产品约仅 72%NTSC；再则，于室外环境下，TFT-LC
3、D 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 做为自发光显示点画素的 LED Display或 Micro LED Display 的技术也正在发展中。现况随着 LED 的成熟与演进， Micro LED Display 自 2010 年代起开始有着不一样的面貌呈现。从其发展历程来看，2012 年 Sony 发表的 55 寸“Crystal LED Display”就是 Micro LED Display 技术类型，其 Full HD 解析度共使用约 622 万(1920x1080x3)颗 micro LED 做为高解析的显
4、示画素，对比度可达百万比一，色饱和度可达 140%NTSC，无反应时间和使用寿命问题。但是因采单颗 Micro LED 嵌入方式，在商业化上，仍有不少的成本与技术瓶颈存在，以致于迄今未能量产。虽然 Micro LED 理论上是皆可应用各类尺寸产品，但从自身良率及制程来看，目前对解析度高低的需求与良率是成反比，所以对解析度要求不高的穿戴式产品的显示器因尺寸面积小、制作良率较高、符合节电需求，而被优先导入 micro LED。一般 LED 芯片包含基板和磊晶层其厚度约在 100500m，且尺寸介于 1001000m。而更进一步正在进行的 Micro LED Display研究在于将 LED 表面厚
5、约 45m磊晶层用物理或化学机制剥离，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 LED结构、量产制程与驱动电路设计，各厂商其专利布局更是兵家必争之地。迄 2016年止，已被 Apple 并购的 Luxvue、Mikro Mesa、SO
6、NY、leti 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。主要参与开发的企业原理Micro LED Display 的显示原理，是将 LED 结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在 110m等级左右；后将MicroLED 批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的 Micro LED 显示。而要制成显示器，其晶片表面必须制作成如同 LED 显示器般之阵列结构，且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定
7、址驱动架构，Micro LED 阵列晶片与 CMOS 间可透过封装技术。黏贴完成后 Micro LED能藉由整合微透镜阵列，提高亮度及对比度。Micro LED 阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗 Micro LED 的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮 Micro LED 以显示影像。Micro LED 结构图Micro LED 典型结构是一 PN 接面二极管，由直接能隙半导体材料构成。当对 MicroLED 上下电极施加一正向偏压，致使电流通过时，电子、空穴对于主动区复合，发射出单一色光。Micro LED光谱主波长的 FWHM 约 20nm，可提供极高的色饱和度，通
8、常可>；120%NTSC。而且自 2008 年以后， LED 光电转换效率得到了大幅提高，100 lm/W 以上已成量产标准。因此对于 Micro LED 显示的应用，因其自发光的显示特性，搭配几乎无光耗元件的简易结构，就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。这样可以可解决目前显示器应用的两大问题，一是穿戴型装置、手机、平板等设备的 80%以上的能耗在于显示器上，低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力；一是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题，高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。制程种类及技术发展对于半导体与芯片的制程微缩目前已到极限，而在制造上的微缩却还存在相当大的
9、成长空间，对于 Micro LED 制程上，目前主要呈现分为三大种类：Chip bonding、Wafer bonding 和 Thin film transfer。三大制程的各自优劣势及厂商Chip bonding（芯片级焊接）：是将 LED 直接进行切割成微米等级的 Micro LED chip(含磊晶薄膜和基板 )，利用 SMT 技术或COB 技术，将微米等级的 Micro LED chip 一颗一颗键接于显示基板上。Wafer bonding（外延级焊接）：是在 LED 的磊晶薄膜层上用感应耦合等离子离子蚀刻(ICP)，直接形成微米等级的 Micro LED 磊晶薄膜结构，此结构之固定
10、间距即为显示画素所需的间距，再将LED 晶圆(含磊晶层和基板)直接键接于驱动电路基板上，最后使用物理或化学机制剥离基板，仅剩 45m的 Micro LED 磊晶薄膜结构于驱动电路基板上形成显示画素。Thin film transfer（薄膜转移）：是使用物理或化学机制剥离LED 基板，以一暂时基板承载 LED 磊晶薄膜层，再利用感应耦合 等离子离子蚀刻，形成微米等级的 Micro LED 磊晶薄膜结构；或者，先利用感应耦合等离子离子蚀刻，形成微米等级的 Micro LED 磊晶薄膜结构，再使用物理或化学机制剥离 LED 基板，以一暂时基板承载 LED 磊晶薄膜结构。最后，根据 驱动电路基板上所
11、需的显示画素点间距，利用具有选择性的转移治具，将 Micro LED 磊晶薄膜结构进行批量转移，键接于驱动电路基板上形成显示画素。总结尽管 Micro LED 显示已经备受企业关注和加大研发，在规格上也较 LCD 具有多重好处，甚至画质上可与 OLED 相媲美，但是现阶段该显示器发展并未普及，主要困难点有三，第一在于 LED 固晶上；以目前已成熟的 LED 灯条制程为例，在制作一 LED 灯条尚有坏点等失败问题发生，何况是一片显示器上要嵌入数百万颗微型 LED。而 LCD 与 OLED 已采批次作业，良率表现相对较佳。第二、LED 组件上；覆晶 LED 适合于 Micro LED 显示，因其体积小、易制作成微型化，不需金属导线、可缩减 LED 彼此间的间隙等，虽然 Flip Chip 目前的良率还有一定问题，但是随着 LED 的技术的逐渐完善和资本的不断注入，已经在稳步提升。第三规模化转移上；未来 Micro LED 显示困难处在于嵌入 LED制程不易采大批量的作业方式，尤其是 RGB 的 3 色 LED 较单色难度更高。但是未来随着 LED 黏着、印刷等技术方法的提升，则有利于 Micro LED 显示导入量产化阶段。
