陳隆建 / 國立臺北科技大學光電工程系
前言
發光二極體(Light-Emitting Diode; LED)是一種半導體光源，當電子和電洞注入具有n型和p型結構之LED內部時會發光。半導體中的電子與電洞複合，以光子(自發發射)的形式釋放能量。光的顏色(對應於光子的能量)由電子回到半導體價電帶時所釋放的能量決定，如圖一所示。LED具有下列各項之優點：
(1) 光源發光效率高：目前市售之LED燈的發光效率約為100-120 lm/W，而白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24 lm/W、螢光燈50-70 lm/W、鈉燈90-140 lm/W，大部分的耗電變成熱量損耗。
(2) 光源耗電量少：LED單管功率0.03-0.06 W，採用直流驅動，單管驅動電壓1.5-3.5 V。耗電量是白熾燈的十分之一，螢光燈的二分之一。
(3) 光源使用壽命長：體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強機械衝擊和震動，不易破碎，平均壽命達10萬小時，LED燈具使用壽命可達5-10年。
(4) 光源安全可靠性強：發熱量低、無熱輻射性、冷光源、可以安全觸摸，能精確控制光型及發光角度、光色和、無眩光、不含汞/鈉元素等可能危害健康的物質。
(5) 光源有利環保：LED為全固體發光體、耐衝擊不易破碎、廢棄物可回收。
(6) 廣色域：使用LED當作光源之顯示器的色域比傳統顯示器的色域增加約15%，色彩飽和度佳。
因此，由於LED有以上這些諸多的優點，現在的顯示器都已使用LED當作光源。
Mini/Micro LED製程
Mini LED和Micro LED都是LED技術的延伸，在LED晶片製造環節與傳統技術具備相似性，同樣需要磊晶片、RGB三色晶粒與組裝。而LED的結構如圖二所示，因AlGaAs紅光和AlInGaP橘光和黃光LED採用GaAs半導體基板，InGaN LED採用藍寶石絕緣體基板，所以電極的佈置不同。依電流流進陽極，經過p-n接面，再流出陰極之流向，分為直式和橫式結構。圖三為直式LED和橫式LED可能組裝在一起的方式。
圖二、LED的結構形式
除晶粒尺寸大小不同外，Mini LED與傳統LED的製程相同，目前技術已經成熟，已有產品問世，而且產品滲透率高。而Micro LED雖然前段製程與面板、IC電路相似，但多了一項巨量轉移製程。而目前Micro LED量產最大難關就是在此環節上。圖四為Micro LED的製程流程圖。Micro LED主要製程步驟包括磊晶片成長、晶片製造、薄膜製程、巨量轉移、檢測與修復、噴塗量子點、驅動IC電路和組裝。磊晶片成長，Micro LED晶片製造，薄膜製程跟傳統的LED製程比較，只需對設備稍加改造就可用於Micro LED製造。目前的製造難點主要集中在巨量轉移、檢測與修復方面，以及驅動IC的設計和製程上。圖五為LED、Mini LED和Micro LED製程與產品比較。LED家族的產品在磊晶部分都一樣，但是到了晶粒切割時，會根據應用而切割出不同的尺寸，而尺寸不同取放技術也會有所不同。尺寸較大的LED會應用在照明或指示光源，而尺寸較小的LED則會應用在顯示器光源。
圖四、Micro LED的製程流程
1. 巨量轉移(Mass Transfer) 技術
磊晶部分結束後，需要將已點亮的LED晶體薄膜無需封裝直接搬運到驅動背板上，這種技術叫做巨量轉移。其中技術難點有兩個部分：
(1) 轉移的僅僅是已經點亮的LED晶體磊晶層，並不轉移原生基板，搬運厚度僅有3%，同時Micro LED尺寸極小，需要更加精細化的操作技術。
(2) 一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED，數量巨大，需要新技術滿足這一要求。如何在極短時間內搬運數千萬顆微米級LED晶粒是一個巨大的挑戰，要把數百萬甚至數千萬顆微米級的LED晶粒正確且有效率的移動到電路基板上。以一個4K電視為例，需要轉移的晶粒就高達2,400萬顆(以4,000 × 2,000 × RGB三色計算)，即使一次轉移1萬顆，也需要重複2,400次。目前已知的取放技術有下列幾種 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。