微發光二極體顯示器

历史与现况

发光二极管（LED）于显示器元件中的使用，起自于TFT-LCD背光模组的应用。TFT-LCD为一非自发光的平面显示器，其元件功能类似光控制开关，需有一提供光源的背光模组。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封装于含萤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背光模组（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组（CCFL backlight module），其应用领域由手机、平板电脑、笔记型电脑、桌上型显示器，乃至电视和公用看板。
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），大部分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。
2018年，韩国三星电子在CES展上，已有146寸4K电视原型机亮相。

显示原理

Micro LED Display的显示原理，系将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1~10μm等级左右；后将μLED批量式转移至电路基板上（含下电极与晶体管），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 Display。
μLED典型结构是一PN接面二极管，由直接能隙半导体材料构成。当上下电极施加一顺向偏压于μLED，致使电流通过时，电子、电洞对于主动区（Active region） 复合，而发射出单一色光。μLED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm，可提供极高的色饱和度，通常可大于120%NTSC。
且自2008年后LED光电转换效率大幅提高，100 lm/W以上的LED已成量产之标准。而在Micro LED Display的应用上，为自发光的显示特性，辅以几乎无光耗元件的简易结构，故可轻易达到低能耗（10%~20% TFT-LCD能耗） 或高亮度（1000nits以上） 的显示器设计。即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，有8成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（例：户外、半户外）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。