這幾年發光二極體(Light Emitting Diode, LED)的微小化，掀起一陣顯示器產品的革命。直下式微型LED背光模組能提供LCD TV更細膩的區域調光技術(Local Dimming)，更能提升影像對比與高動態範圍(HDR)。在索尼(Sony)推出8K×2K 10公尺寬的超大LED顯示螢幕CLEDIS(Crystal LED Integrated Structure)之後，三星(Samsung)也不示弱地推出146吋4K×2K The WALL LED顯示螢幕。甚至今年首先在瑞士蘇黎世推出Onyx品牌，也推出了10公尺寬5公尺高並具備4K×2K解析度的Cinema LED Screen，企圖逐步取代投影式的D-Cinema。
在中小尺寸方面，友達光電(AUO)推出了8吋1280×480的MicroLED顯示器，而和蓮光電(Jasper Display)則推出0.7吋的矽基背板供MicroLED單色可達1920×1080的超高解析度，可應用在AR/VR、HUD、HMD與智慧車頭燈等領域，顛覆將LED做為傳統照明光源的印象。
MicroLED/MiniLED應用大不同
在風起雲湧的潮流中，這些新型態微型發光二極體都被冠以MicroLED之名而風行一時，但是LED大小將造成應用端極不一樣的面貌，對技術的挑戰也有截然不同的難度。尤其是將巨量的微型LED轉移(Mass Transfer)至基板的技術，更是一大挑戰。因此或許可以將微型LED從尺寸做進一步的分類，以利更深一層的探討。目前業界常見的分法是：若LED尺寸在100μm以上歸類為MiniLED，若是LED尺寸小於100μm則歸類為MicroLED。
以100μm做為分界的原因多少與傳統LED製程相關。傳統LED製程以藍寶石為基板，其微小化目前只能做到5mil×6mil，亦即127μm×152μm，當尺寸再往下縮，藍寶石基板的良率就會變差。因此MicroLED大多以非藍寶石的基板做開發，例如AUO以LTPS背板開發8吋全彩的顯示幕，和蓮光電則以矽基背板開發出0.55吋以及0.7吋的MicroLED等開發套件。MicroLED與MiniLED的應用面截然不同，MiniLED大多應用在大尺寸的直下式背光模組或是直視型顯示器，而MicroLED則大多在小尺寸的顯示應用，各有各的技術複雜度與挑戰。
高亮度優勢助MicroLED對抗OLED
MicroLED因其高亮度、低功耗特色在近幾年受到業界的矚目。原本有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode, OLED)已在AR眼鏡、手機面板與智慧手表等小尺寸應用上，已有不錯的成績。但是在室外的強光環境，有時其顏色亮度表現不如預期。隨著MicroLED的技術趨近成熟，由於MicroLED結構簡單，加上無機材質、無殘影與壽命長、低功耗與高亮度的優勢，讓該技術成為能與OLED競爭的技術，LEDinside更在2018年4月大膽宣稱MicroLED即將變成AR顯示器產業的新主流。
任何顯示技術想要應用在AR眼鏡，重點在於輕薄短小。過去的AR眼鏡，結構上多以液晶螢幕(Liquid-Crystal Display, LCD)或LCoS(Liquid Crystal on Silicon)顯示面板加上光源為主，體積與功耗往往成為限制，難以突破。OLED是一種自發光的材料，系統架構上比LCD或LCoS面板加背光源來的簡單，讓AR/VR眼鏡可以更輕巧，但是在室外的環境使用-穿透式(See Through)應用上，亮度則仍略嫌不足。但是以VR全罩式、非穿透式應用上，OLED仍有其應用的優點。MicroLED跟OLED一樣也是自發光源，因此系統架構上跟OLED都比傳統LCD/LCoS搭配光源的設計來的簡單許多，不僅體積縮小，光效率也提升很多。但是MicroLED比起OLED在亮度上更加明亮，加上功耗低的優點，在穿透式應用上，已呈現對OLED逼宮的效果。
建立完整生態圈 巨量轉移良率提升
目前做為最微小型的MicroLED的驅動背板專注於1吋以下的矽基背板，這是利用台灣多年的半導體技術為深厚的基底，以SRAM為基本的畫素單位，數位式的調變控制(Pulse-Width Modulation, PWM)，控制畫素(Pixel)的on/off跟不同的功率輸出階層(有點像顯示器的Gray Scale Level)。其中國內的Jasper Display以其LCoS對基板SRAM的開發經驗，轉而幫助配合廠商開發MicroLED專用驅動背板。但是過程其實突顯了MicroLED產業必須是個宏大的生態體系，因為矽基背板如何去結合MicroLED在一個小於1吋的矽基背板上，如何巨量轉移兩百萬顆MicroLED而且還要有很高的良率，這都不是單一廠商可以完成的，至少目前還沒有看到這樣有野心的廠商。
因此做為提供矽基背板與控制器的公司，必須與有能力生產μm等級的LED晶片廠商配合，雙方找出合作的基礎，讓MicroLED的晶粒大小與矽基背板畫素的Pixel大小相當，好讓彼此的結合能做到一對一的絕配。這樣矽基背板若是1920×1080結合上同等大小的MicroLED就能達到單色1920×1080的MicroLED顯示晶片，讀者可以想像這好比一個小於1吋的超高精細1920×1080的顯示螢幕。光是如何巨量轉移結合就是目前許多新創公司的研究題目，英國公司Plessey就是這樣的MicroLED巨量轉移公司，其實該公司的技術應該不叫巨量轉移，因為它是利用過去長年在精細的Printer Head的控制，加上劍橋大學的技術轉移，Plessey用磊晶成長GaN於矽晶圓的技術，在微小的空間製作出百萬顆等級的MicroLED晶圓，然後將MicroLED晶圓與矽基背板做結合，即可瞬間將200萬顆的MicroLED結合到小於一吋的矽基控制背板。這樣的技術一般稱為Monolithic MicroLED，亦即單一成形的MicroLED晶圓貼合技術。這樣就克服了巨量轉移過程中的損耗產生的良率問題，也節省轉移的時間跟成本。以小於一吋的MicroLED顯示晶片而言，似乎Monolithic MicroLED是唯一可行的量產技術，目前在德國及美加都有類似的公司開發這Monolithic MicroLED的技術。
如何讓單色的MicroLED形成全彩又是另一個挑戰。簡單來說可以用量子點(QDs)或是螢光玻璃片(PG)來讓MicroLED混色，以四個像素為一個全彩的基礎，若是要追求亮度，就以RGBG作為這四個像素的組成。若要顏色好，就以RGRB當作這四個像素的組合。因此原本單色1920×1080的MicroLED就會變成960×540的全彩MicroLED，因為2×2的像素變成了全彩的單元。
MicroLED搶攻智慧車頭燈市場
超微小自發光的MicroLED已經帶動產業的應用革命。首先對高發光效率、高亮度與低功耗對AR與HUD的應用生態帶來新的衝擊，改變過去未能達到的設計目標，進而取代OLED成為新寵兒。另外一個全新的應用變革則是一個比較無法聯想的領域–智慧車頭燈。
智慧矩陣車頭燈Smart Matrix Headlights或許不是新聞，過去德州儀器(TI)也曾搭配雷射光源推廣其DMD技術。傳統車頭燈演進從鹵素燈HID到發光效率更好的LED車燈，但是都還是基礎發光效率的進步，投射出的光型沒有變化。智慧頭燈指的是光源可以切割成許多單元，單元可獨立控制，因此可以針對路況做出智慧的判斷與調控。所以DMD就提供了一個可以切割許多單元控制的反射介面。但是DMD還是需要雷射光源與相對應的光學元件，不僅效率降低、系統也變得複雜。當自發光源MicroLED正逐步取代LCD/LCoS等需要額外光源跟光學元件的投影技術在AR應用之際，MicroLED也出現在智慧頭燈的競爭技術藍圖，企圖取代需要較複雜光學設計與系統的DMD+光源的解決方案。
MicroLED在智慧頭燈的技術門檻，主要在於亮度夠不夠。由於MicroLED越小顆、發光效率越差，因此AR顯示器所使用的MicroLED顯然在亮度尚無法滿足車燈所需，必須用更大的電流與適當的晶粒大小並且發光效率更好的MicroLED。所以在智慧頭燈應用的MicroLED就不需要超高解析度，也不用全彩，而是要去找出發光效率與體積的最佳組合的大小。
2018年OSRAM公布其1,024顆MicroLED(從尺寸看應該是MiniLED)的Eviyos智慧頭燈，這相對應於傳統的LED車頭燈已經是數百倍的倍數數量。所以Eniyos的車燈能投影呈現簡單的影像與文字示範。將來大電流的驅動、適當尺寸高效率的MicroLED，應該能提供兼顧亮度與解析度的智慧車頭燈。
智慧車頭燈有趣的應用是車輛以相機(Camera)、光達(LiDAR)、紅外線與雷達等等不同的偵測組合，全時偵測前方路況，若偵測到行人或對向車輛，車輛的智慧處理器會根據專家系統的經驗與智慧，控制矩陣式頭燈的每個MicroLED亮度，避免炫光直接照到其他駕駛的眼睛。另外，智慧矩陣頭燈還能將斑馬線投射到前方道路，以表示禮讓行人；或是投射提醒大貨車的顯示標誌、路面狀況等等。一旦能夠大量製造生產，這個以MicroLED為核心的智慧矩陣頭燈將會為交通安全帶來巨大的正面影響。
台廠LED技術領先 開創藍海市場有望
台灣靠著半導體技術在IT產業建立了無可取代的重要地位，雖然IT代工的OEM/ODM利潤不斷被侵蝕，台積電在晶圓上下游產業仍然占據無法撼動的龍頭地位。當台灣LED產業面臨中國的低價競爭威脅，勢必要走出不一樣的藍海策略。
最近透過MiniLED與MicroLED的研發與應用熱潮，台灣產業再度領先在這個潮流的前端。其中在微小尺寸的MicroLED顯示器，台灣Jasper Display與客戶合力開發的MicroLED顯示器屢屢出現在國際大展，並吸引其他國際大廠慕名前來開發智慧車頭燈等MicroLED應用。除了MicroLED的應用外，也將其矽基背板與控制器技術發展成X-on-Silicon的數位異質整合應用平台。若是在矽基背板上結合反射式液晶就成為傳統熟知的LCoS面板，可應用於高階顯示器、高解析度的3D列印機(3D Printer)或是做為SLM(Spatial Light Modulator)、應用在醫學以及3D立體顯示的應用。最近更有廠商以MEMS的Micro-Mirror微結構結合矽基背板平台，開發出類似德州儀器的DMD晶片。唯有不斷的以創新精神去開發出藍海的應用才是台灣廠商能靈活的在中國低價競爭的現實困境中脫穎而出，創造出台灣特有的附加價值與貢獻。
