micro led技術(shù)原理及簡介（microled功能特性和優(yōu)勢及發(fā)展前景）

Micro LED簡介

MicroLED是新一代顯示技術(shù)，比現(xiàn)有的OLED技術(shù)亮度更高、發(fā)光效率更好、但功耗更低。2017年5月，蘋果已經(jīng)開始新一代顯示技術(shù)的開發(fā)。2018年2月，三星在CES2018上推出了MicroLED電視。

Micro LED功能特性

microLED比現(xiàn)有的OLED技術(shù)亮度更高、發(fā)光效率更好、但功耗更低。microLED出色的特性將使得它可以在電視、iPhone、iPad上應(yīng)用。

Micro LED歷史

說起Micro LED，先得從顯示TFT-LCD背光模組應(yīng)用說起。在1990年代TFT-LCD開始蓬勃發(fā)展時(shí)，因LED具有高色彩飽和度、省電、輕薄等特點(diǎn)，部分廠商就利用LED做背光源。然而因成本過高、散熱不佳、光電效率低等因素，并未大量應(yīng)用于TFT-LCD產(chǎn)品中。

直到2000年，藍(lán)光LED芯片刺激熒光粉制成白光LED技術(shù)的制程、效能、成本開始逐漸成熟；當(dāng)進(jìn)入2008年，白光LED背光模組呈現(xiàn)爆發(fā)性的成長，幾年間幾乎全面取代了CCFL，其應(yīng)用領(lǐng)域由手機(jī)、平板電腦、筆電、臺式顯示器乃至電視等等。

然而，因TFT-LCD非自發(fā)光的顯示原理所致，其open cell穿透率約在7%以下，造成TFT-LCD的光電效率低落；且白光LED所能提供的色飽和度仍不如三原色LED，大部分TFT-LCD產(chǎn)品約僅72%NTSC；再則，于室外環(huán)境下，TFT-LCD亮度無法提升至1000nits以上，致使影像和色彩辨識度低，為其一大應(yīng)用缺陷。故另一種直接利用三原色LED做為自發(fā)光顯示點(diǎn)畫素的LED Display或Micro LED Display的技術(shù)也正在發(fā)展中。

micro led技術(shù)原理

MicroLEDDisplay的顯示原理，是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，其尺寸僅在1~10μm等級左右；后將MicroLED批量式轉(zhuǎn)移至電路基板上，其基板可為硬性、軟性之透明、不透明基板上；再利用物理沉積制程完成保護(hù)層與上電極，即可進(jìn)行上基板的封裝，完成一結(jié)構(gòu)簡單的MicroLED顯示。

而要制成顯示器，其晶片表面必須制作成如同LED顯示器般之陣列結(jié)構(gòu)，且每一個(gè)點(diǎn)畫素必須可定址控制、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮。若透過互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體電路驅(qū)動(dòng)則為主動(dòng)定址驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，MicroLED陣列晶片與CMOS間可透過封裝技術(shù)。

黏貼完成后MicroLED能藉由整合微透鏡陣列，提高亮度及對比度。MicroLED陣列經(jīng)由垂直交錯(cuò)的正、負(fù)柵狀電極連結(jié)每一顆MicroLED的正、負(fù)極，透過電極線的依序通電，透過掃描方式點(diǎn)亮MicroLED以顯示影像。

MicroLED典型結(jié)構(gòu)是一PN接面二極管，由直接能隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成。當(dāng)對MicroLED上下電極施加一正向偏壓，致使電流通過時(shí)，電子、空穴對于主動(dòng)區(qū)復(fù)合，發(fā)射出單一色光。MicroLED光譜主波長的FWHM約20nm，可提供極高的色飽和度，通常可》120%NTSC。

而且自2008年以后，LED光電轉(zhuǎn)換效率得到了大幅提高，100lm/W以上已成量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此對于MicroLED顯示的應(yīng)用，因其自發(fā)光的顯示特性，搭配幾乎無光耗元件的簡易結(jié)構(gòu)，就可輕易實(shí)現(xiàn)低能耗或高亮度的顯示器設(shè)計(jì)。

這樣可解決目前顯示器應(yīng)用的兩大問題，一是穿戴型裝置、手機(jī)、平板等設(shè)備的80%以上的能耗在于顯示器上，低能耗的顯示器技術(shù)可提供更長的電池續(xù)航力；二是環(huán)境光較強(qiáng)致使顯示器上的影像泛白、辨識度變差的問題，高亮度的顯示技術(shù)可使其應(yīng)用的范疇更加寬廣。

Micro LED優(yōu)勢

高亮度、低功耗、超高解析度與色彩飽和度。MicrolED最大的優(yōu)勢都來自于它最大的特點(diǎn)，微米等級的間距，每一點(diǎn)畫素（pixel）都能定址控制及單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)光。比起其他LED，發(fā)光效率上，目前MICROLED最高，且還在大幅提升空間；發(fā)光能量密度上，MICROLED最高，且還有提升空間。——前者，有利于顯示設(shè)備的節(jié)能，其功率消耗量約為LCD的10％、OLED的50％；后者則可以節(jié)約顯示設(shè)備有限的表面積，并部署更多的傳感器，目前的理論結(jié)果是，MICROLED和OLEDD比較，達(dá)到同等顯示器亮度，只需要后者10%左右的涂覆面積。與同樣是自發(fā)光顯示的OLED相較之下，亮度比其高30倍，且分辨率可達(dá)1500PPI（像素密度），相當(dāng)于AppleWatch采用OLED面板達(dá)到300PPI的5倍之多。

壽命長。由于Micro-LED使用無機(jī)材料，且結(jié)構(gòu)簡易，幾乎無光耗，它的使用壽命非常長。這一點(diǎn)是OLED無法相比的，OLED作為有機(jī)材料、有機(jī)物質(zhì)，有其固有缺陷——即壽命和穩(wěn)定性，難以媲美無機(jī)材料的QLED和MICROLED。

能夠適應(yīng)各種尺寸。

成本降低空間大。目前微投影技術(shù)以數(shù)位光線處理（DigitalLightProcessing，DLP）、反射式硅基板液晶顯示（LiquidCrystalonSilicon，LCoS）、微機(jī)電系統(tǒng)掃描（MEMSScanning）叁種技術(shù)為主，但這叁種技術(shù)都須使用外加光源，使得模組體積不易進(jìn)一步縮小，成本也較高。相較之下，採用自發(fā)光的MicroLED微顯示器，不須外加光源，光學(xué)系統(tǒng)較簡單，因此在模組體積的微型化及成本降低上具優(yōu)勢

應(yīng)用范疇廣。MicroLED解決了幾大問題，一個(gè)是消費(fèi)型平板包括智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備80%的能耗都在顯示器上，低能耗的MicroLED顯示器將大大延長電池續(xù)航能力，對于MicroLED顯示的應(yīng)用，因其自發(fā)光的顯示特性，搭配幾乎無光耗元件的簡易結(jié)構(gòu)，就可輕易實(shí)現(xiàn)低能耗或高亮度的顯示器設(shè)計(jì)。二是環(huán)境光較強(qiáng)致使顯示器上的影像泛白、辨識度變差的問題，MicroLED高亮度的顯示技術(shù)可以輕松解決這個(gè)問題，使其應(yīng)用的范疇更加寬廣。

Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈如何

對于一個(gè)MicroLED顯示產(chǎn)品，他的基本構(gòu)成是TFT基板、超微LED晶粒、驅(qū)動(dòng)IC三大塊。這三者有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即大量繼承于已有的液晶和LED產(chǎn)業(yè)。因此，***工研院認(rèn)為，他們具有整條產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢。

但是，具有同樣產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)還包括韓國、我國大陸、日本。其中日本在上游材料和設(shè)備上的領(lǐng)先性和完善度，要遠(yuǎn)超過我國***地區(qū)。不過，日本同仁對MicroLED的興趣可沒有臺系產(chǎn)業(yè)那么高漲。

為什么其它具有相當(dāng)或者更好產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的地區(qū)，在MicroLED的熱情上低于臺系呢？答案分成兩個(gè)層次：第一是，大陸、韓國和日本顯示企業(yè)，現(xiàn)在最忙的事情是OLED。第二，MicroLED有一個(gè)其他電子行業(yè)幾乎不會(huì)用到的高難度工藝——巨量微轉(zhuǎn)移（也叫巨量轉(zhuǎn)移）。***MicroLED產(chǎn)業(yè)最大的動(dòng)作之一，即是2016年12月以***工研院為牽頭單位，成立“巨量微轉(zhuǎn)移”產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

“巨量轉(zhuǎn)移”是一個(gè)什么技術(shù)呢？簡單說就是在指甲蓋大小的TFT電路基板上，按照光學(xué)和電氣學(xué)的必要規(guī)范，均勻焊接三五百，甚至更多個(gè)紅綠藍(lán)三原色LED微小晶粒，且允許的工藝失敗率是有幾十萬分之一?！挥羞_(dá)到這樣工藝的產(chǎn)品，才能真正應(yīng)用到AppleWatch3等產(chǎn)品上。

對于MicroLED的工藝問題，很多人認(rèn)為，可以從傳統(tǒng)LED屏中攝取經(jīng)驗(yàn)。但是，MicroLED與傳統(tǒng)led顯示產(chǎn)品差別巨大。與傳統(tǒng)LED顯示屏比較，MicroLED的差別主要在于：1．精密程度數(shù)十倍的提升；2．集成工藝從直插、表貼、COB封裝等變成了“巨量微轉(zhuǎn)移”；3．缺陷可修復(fù)性幾乎為零；4．背板從印刷電路板，變成了液晶和OLED顯示所使用的TFT基板，或者CPU與內(nèi)存所采用的單晶硅基板。

即與傳統(tǒng)LED顯示屏比較，MicroLED在晶粒、封裝、集成工藝、背板、驅(qū)動(dòng)等每一個(gè)方面都不一樣——所以，可以看到MicroLED產(chǎn)品的火熱沒有得到任何一個(gè)傳統(tǒng)LED大屏廠商的表態(tài)。

事實(shí)上，除了晶粒、TFT背板、IC這些“元組建”，繼承于LED晶粒（如三安）、半導(dǎo)體顯示（如京東方）、IC設(shè)計(jì)企業(yè)（如聚積、奇景）等之外，MicroLED正真的核心則是“如何將這些元件集成”，即“巨量轉(zhuǎn)移”技術(shù)。后者是整個(gè)行業(yè)的命門。如果有企業(yè)要牽頭MicroLED產(chǎn)品，最需要的即是從這里入手。

對此，目前比較確切的消息是：今年2月份MikroMesa與重慶惠科攜手打造了兩岸首座MicroLED面板實(shí)驗(yàn)室的合作。該實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在今年底完工，2018年制造出全彩色MicroLED樣品。MikroMesa目前在LED微晶粒上具有領(lǐng)先的研發(fā)技術(shù)，傳聞能做到3UM?；菘苿t建設(shè)有A－SILCD生產(chǎn)線，具有TFT背板等方面的技術(shù)資源。二者合作的目的是，利用近可能現(xiàn)成的資源突破“巨量轉(zhuǎn)移”技術(shù)。

不過，即便是這種比較深入的項(xiàng)目其對MicroLED的產(chǎn)業(yè)時(shí)間表預(yù)期亦不能樂觀：2018年實(shí)現(xiàn)全彩樣品，距離真實(shí)商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)依然不好說。以O(shè)LED為例，實(shí)現(xiàn)全彩，到目前手機(jī)行業(yè)的大規(guī)模認(rèn)可，中間走了二十余年。且，惠科、MikroMesa都是顯示圈新手，二者關(guān)注MicroLED頗有企圖“四兩撥千斤”彎道超車之意。

綜上所述，從元件角度看，MicroLED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有難度；但是從工藝和產(chǎn)業(yè)進(jìn)程看，巨量轉(zhuǎn)移橫亙在MicroLED愿景與現(xiàn)實(shí)之間，短期難以徹底跨越。

Micro LED應(yīng)用前景廣泛

目前如果考慮現(xiàn)有技術(shù)能力，Micro-LED有兩大應(yīng)用方向，一是可穿戴市場，以蘋果為代表，據(jù)傳蘋果將在新一代的蘋果手表和iPhone上使用Micro-LED技術(shù)，并且有望在2018年推出Micro LED穿戴設(shè)備。；二是超大尺寸電視市場，以Sony為代表，今年，索尼在CES上展示的Micro-LED cledis已在分辨率、亮度、對比度都具有優(yōu)良的性能。

從短期來看Micro-LED市場集中在超小型顯示器，從中長期來看，Micro-LED的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，橫跨穿戴式設(shè)備、超大室內(nèi)顯示屏幕外，頭戴式顯示器（HUD）、抬頭顯示器（HUD）、車尾燈、無線光通訊 Li-Fi、AR/VR、投影機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。