寿命长、稳定性高的μLED技术简介
宽能隙（wide bandgap）半导体氮化镓（gan）及其相关化合物半导体材料，被广泛开发用于照明及各种光电元件上。氮化镓发光二极体（gan led）发光波长涵盖绿光至深紫外光波段，在可预见的未来，将完全取代传统白炽灯泡及萤光灯做为照明光源。
另一种潜在的光电元件是微光电阵列元件（micro optoelectronic device），该元件集合成千上万如发光体（emitter）、侦测器（detector）、光学开关（optical switch）或光波导（optical waveguide）等微型元件于单一晶片上。工研院预期微光电阵列元件未来将在显示、生医感测（biosensor）、光通讯或光纤通讯、光互连 （interconnect）及讯号处理（signal process）领域上扮演重要角色。
微发光二极体阵列（micro led array）透过定址化驱动技术做为显示器，除具有led的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，其自发光显示--无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。micro led比起同样是自发光的有机发光二极体（oled）显示器，有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等问题，其独特的高亮度特性在投影式显示应用，如微投影（pico projection）、头戴式光学透视显示器（see-through hmd）、抬头显示器（head-up display， hud）等，更具竞争力。此外，奈秒（nano second）等级的高速响应特性使得led显示器除适合做叁维（3d）显示外，更能高速调变、承载讯号，做为智慧显示器的可视光无线通讯功能。
micro led技术塬理
micro led微显示器的晶片表面必须製作成如同led显示器般之阵列结构，且每一个点画素（pixel）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（cmos）电路驱动则为主动定址驱动架构，micro led阵列晶片与cmos间可透过封装技术，如覆晶封装方式（flip chip bonding）形成电性连结。黏贴完成后micro led能藉由整合微透镜阵列（microlens array），提高亮度及对比度。图1是被动定址micro led微显示晶片，micro led阵列经由垂直交错的正、负栅状电极（p-metal line & n-metal line）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。主动驱动显示器比被动矩阵驱动方式更节能、更快反应速度，向来是高解析显示器主流驱动方式。
图1 micro led被动定址阵列架构示意图及晶片照片
micro led技术挑战亟待突破
micro led（《50微米（μm））存在有别于一般尺寸（》100微米）led的特性。例如一般尺寸led几乎没有电流拥挤（current crowding）、热堆积等问题，且因晶格应力释放及较大出光表面而可能有较佳的效率等优势。相对的，较大表面积的micro led可能因表面缺陷多而有较大的漏电路径，微小电极提高串联电阻值，都会影响发光效率。因此，微型led阵列化製程开发及微型led的结构设计须克服上述问题。此外，micro led的均匀度关係到成像品质及产品良率，为技术开发挑战之一。
事实上，目前的micro led微显示器均为单光色，塬因在于单一基板上很难同时有磊晶成长不同波长，并且保持高品质的led。因此，据文献资料显示，美商3m可能以波长转换的方式将蓝光（或uv）光透过量子井光激发层转成红、（蓝）、绿光，构成叁塬色光模式（rgb）画素。而索尼（sony）、oki等厂商则倾向採用以分次转贴红、蓝、绿光micro led磊晶薄膜的技术（epi-film transfer），构成彩色micro led阵列。在micro led画素大小约10微米尺度下，rgb阵列技术是全球各团队亟待突破的技术瓶颈。
各国技术研发迭有进展
德州科技大学（texas tech university）的江教授团队在2011年底发表了至目前为止，全球密集度最高（1，693dpi）的绿光主动定址micro led阵列晶片（图2），达视讯图形阵列（vga）（640×480）解析度。此种微显示器结合micro led阵列和cmos的驱动积体电路（ic），每个micro led单体下都有一驱动电晶体电路，可个别控制发光。
图2 德州科大所开发的主动定址微晶粒发光二极体阵列微显示器
美国ostendo technology公司透过优化半导体製程中的微影及蚀刻技术（图3），在4吋led晶圆上实现均匀度98%，密集度高达2，450dpi的micro led阵列。此技术的开发有助于高解析的led微显示器实用化。ostendo也将运用此技术製作雷射二极体（ld）阵列，做为投影显示源，此举将比 led微显示器在投影应用上，具有更佳的光学效率。
图3 ostendo technology公司开发micro led阵列点距10μm的製程技术
英国strathclyde大学的dawson教授在micro led的研究上投入颇多，图4为其製作的64×64微显示器。他们并将微透镜（microlens）积体电路整合到micro led阵列上，用来提高显示器亮度。2010年中研究团队更衍生成立mled公司，提供micro led技术平台，配合客户开发生医、微显示、列印、半导体製程光源等相关应用模组或产品。
图4 mled开发的64×64 micro led阵列
图5为工研院电光所製作之240×160 micro led元件。元件尺寸为7.4毫米（mm）×4.9毫米，micro led画素间距为30微米（846dpi）。工研院电光所目前已製作出红、蓝、绿光的micro led阵列，并朝整合红、蓝、绿叁光色micro led在单一晶片中开发，以实现单晶片micro led全彩显示晶片。
图5 工研院电光所製作的240×160蓝光led微晶粒阵列元件影像
micro led应用范畴扩大
micro led微显示器的潜在应用包含微投影机（pico projector）、头戴式显示器及抬头显示器等。
目前微投影技术以数位光线处理（digital light processing， dlp）、反射式硅基板液晶显示（liquid crystal on silicon， lcos）、微机电系统扫描（mems scanning）叁种技术为主，但这叁种技术都须使用外加光源，使得模组体积不易进一步缩小，成本也较高。相较之下，採用自发光的micro led微显示器，不须外加光源，光学系统较简单，因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势（图6）。国际上开发此种投影架构技术的组织或团队包括 oki、香港科技大学、ostendo等公司。oki已有单光色高画质（hq）vga micro led雏型展示，香港科大则在红、蓝、绿光micro led整合到主动驱动电路基板上已有初步成果。
图6 micro led微投影技术与lcos、dlp和laser scanning传统微投影技术架构示意
micro led微投影技术的目标市场在消费性行动电子，特别是技术门槛较高的手机微投影应用。投影模组要内建于手机中，模组体积厚度须小于6毫米、体积大小1立方公分左右，而能被消费者接受的关键之一就是其功耗须在合理的1瓦（w）内，且投影亮度至少须达100流明（lm），此亮度可在大部分微投影使用场域的环境亮度下（150lux）、a4大小的投影像维持10以上的对比度，而不被环境光刷白（washout）。消费性行动电子产品在2012年有二十亿件以上的市场，若投影应用有5%的渗透率，则将有一亿件以上的市场机会。
无所不在的显示（display everywhere），是不远的未来日常生活情境，micro led投影式显示技术，凭藉节能及高亮度特点将扮演关键角色。 图片来源：google
在头戴式光学透视显示器的应用上，1980年代中期开始有穿透式液晶面板的使用，装置重量得以减轻，效果虽不尽如人意，但改良后的产品已经可以被应用在军事、模拟训练等用途。其后又陆续出现使用lcos和oled微显示器且更轻巧的头戴式显示器。将micro led投影模组应用于头戴式显示器上，可带来高色彩饱和度、高对比、轻量、微型、低耗电等优点。
头戴式光学透视显示器因google推出projection glass或称google glass，结合扩增实境（augmented reality， ar）功能，预期将会有明显的成长。据markets and markets的研究报告指出，2012？2017年头戴式光学透视显示器全球市场规模将以年复合成长率（cagr）60%的速度达到44.78亿美元的规模。google glass的see-through hmd应用，以低功耗、微型、轻量、解析度的规格来看，自发光的oled及micro led有机会在体积及功耗上胜出，micro led在解析度上短期内不及oled，但可凭藉功耗及可靠度的优势，区隔市场，取得一席之地。
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正弦交流电如何形成
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什么是Hedera共识服务
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联动台采用了什么特殊设计，它的特点是什么
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微发光二极体阵列（micro led array）透过定址化驱动技术做为显示器，除具有led的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，其自发光显示--无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。micro led比起同样是自发光的有机发光二极体（oled）显示器，有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等问题，其独特的高亮度特性在投影式显示应用，如微投影（pico projection）、头戴式光学透视显示器（see-through hmd）、抬头显示器（head-up display， hud）等，更具竞争力。此外，奈秒（nano second）等级的高速响应特性使得led显示器除适合做叁维（3d）显示外，更能高速调变、承载讯号，做为智慧显示器的可视光无线通讯功能。
micro led技术塬理
micro led微显示器的晶片表面必须製作成如同led显示器般之阵列结构，且每一个点画素（pixel）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（cmos）电路驱动则为主动定址驱动架构，micro led阵列晶片与cmos间可透过封装技术，如覆晶封装方式（flip chip bonding）形成电性连结。黏贴完成后micro led能藉由整合微透镜阵列（microlens array），提高亮度及对比度。图1是被动定址micro led微显示晶片，micro led阵列经由垂直交错的正、负栅状电极（p-metal line & n-metal line）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。主动驱动显示器比被动矩阵驱动方式更节能、更快反应速度，向来是高解析显示器主流驱动方式。
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micro led（《50微米（μm））存在有别于一般尺寸（》100微米）led的特性。例如一般尺寸led几乎没有电流拥挤（current crowding）、热堆积等问题，且因晶格应力释放及较大出光表面而可能有较佳的效率等优势。相对的，较大表面积的micro led可能因表面缺陷多而有较大的漏电路径，微小电极提高串联电阻值，都会影响发光效率。因此，微型led阵列化製程开发及微型led的结构设计须克服上述问题。此外，micro led的均匀度关係到成像品质及产品良率，为技术开发挑战之一。
事实上，目前的micro led微显示器均为单光色，塬因在于单一基板上很难同时有磊晶成长不同波长，并且保持高品质的led。因此，据文献资料显示，美商3m可能以波长转换的方式将蓝光（或uv）光透过量子井光激发层转成红、（蓝）、绿光，构成叁塬色光模式（rgb）画素。而索尼（sony）、oki等厂商则倾向採用以分次转贴红、蓝、绿光micro led磊晶薄膜的技术（epi-film transfer），构成彩色micro led阵列。在micro led画素大小约10微米尺度下，rgb阵列技术是全球各团队亟待突破的技术瓶颈。
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德州科技大学（texas tech university）的江教授团队在2011年底发表了至目前为止，全球密集度最高（1，693dpi）的绿光主动定址micro led阵列晶片（图2），达视讯图形阵列（vga）（640×480）解析度。此种微显示器结合micro led阵列和cmos的驱动积体电路（ic），每个micro led单体下都有一驱动电晶体电路，可个别控制发光。
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图5为工研院电光所製作之240×160 micro led元件。元件尺寸为7.4毫米（mm）×4.9毫米，micro led画素间距为30微米（846dpi）。工研院电光所目前已製作出红、蓝、绿光的micro led阵列，并朝整合红、蓝、绿叁光色micro led在单一晶片中开发，以实现单晶片micro led全彩显示晶片。
图5 工研院电光所製作的240×160蓝光led微晶粒阵列元件影像
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图6 micro led微投影技术与lcos、dlp和laser scanning传统微投影技术架构示意
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