什么是Micro-LED？Micro-LED的顯示原理是什么？

1、什么是Micro-LED？

Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發(fā)光二極體，也可以寫作μLED，一般指使用尺寸為1~60μm的LED發(fā)光單元組成顯示陣列的技術(shù)，其大小相當(dāng)于人頭發(fā)絲的1/10，具有無(wú)需背光，光電轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)時(shí)間在ns級(jí)等特點(diǎn)，是將LED進(jìn)行薄膜化、微小化和陣列化，使其體積達(dá)到大小只有主流LED的1%，像素點(diǎn)距離達(dá)到由毫米達(dá)到微米的一項(xiàng)技術(shù)

Micro LED display，是底層用正常的CMOS集成電路制造工藝制成LED顯示驅(qū)動(dòng)電路，然后再用MOCVD機(jī)在集成電路上制作LED陣列，從而實(shí)現(xiàn)了微型顯示屏，也就是所說(shuō)的LED顯示屏的縮小版。為OLED之后下一代顯示技術(shù)。

Micro LED受制于產(chǎn)能和成本，完成商用化還需時(shí)間?，F(xiàn)在各大廠商紛紛布局，關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展迅速，預(yù)期近幾年內(nèi)將走上商用化的進(jìn)程。

2、Micro-LED的顯示原理

MicroLED每個(gè)像素由紅色、綠色和藍(lán)色的子像素組成。每個(gè)子像素都是單獨(dú)控制的，可以精確控制顯示的亮度、顏色和對(duì)比度。每個(gè)LED發(fā)出的光經(jīng)過(guò)一組透鏡和鏡子，在顯示屏上形成一個(gè)像素。然后，光線被引導(dǎo)通過(guò)一組濾色器來(lái)創(chuàng)建所需的顏色。這種類型的顯示器能夠顯示非常高的亮度、對(duì)比度和顏色精度。

Micro LED陣列經(jīng)由垂直交錯(cuò)的正、負(fù)柵狀電極連結(jié)每一顆Micro LED的正、負(fù)極，透過(guò)電極線的依序通電，透過(guò)掃描方式點(diǎn)亮Micro LED以顯示影像。

3、Micro-LED的工藝

Micro-LED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1-100μm等級(jí)左右；后將Micro-LED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(jiǎn)單的Micro-LED顯示。

1.晶圓形成:微型led最初是由氮化鎵(GaN)等半導(dǎo)體材料制成的薄晶圓。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

2.模版:然后在晶圓片上覆蓋一層模版光刻膠，作為蝕刻晶圓片的掩模。

3.蝕刻:然后對(duì)晶圓進(jìn)行蝕刻以創(chuàng)建單個(gè)微型led。

4. 掩膜去除:光阻劑掩膜被剝離，在晶圓上留下單個(gè)微型led。

5. 鍵合:然后將微型led鍵合到基板上，如IC或PCB。

6. 組裝:然后將微型led組裝成最終形式，如陣列或顯示器。

7. 測(cè)試:然后對(duì)微型led進(jìn)行測(cè)試和校準(zhǔn)，以確保它們正常工作。

與傳統(tǒng)LED顯示屏比較，Micro-LED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，Micro-LED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。

以下我們對(duì)Micro-LED制造工藝中幾個(gè)重要步驟進(jìn)行討論：

第一 LED晶體薄膜化、微小化、陣列化——微縮制程技術(shù)

目前對(duì)于半導(dǎo)體與芯片的制程微縮目前已到極限，而在制造上的微縮卻還存在相當(dāng)大的成長(zhǎng)空間，對(duì)于Micro-LED制程上，目前主要呈現(xiàn)分為三大種類：

Chip bonding（芯片級(jí)焊接）

Wafer bonding（外延級(jí)焊接）

Thin film transfer（薄膜轉(zhuǎn)移）

第二?批量轉(zhuǎn)移至電路基板——巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

磊晶部分結(jié)束后，需要將已點(diǎn)亮的LED晶體薄膜無(wú)需封裝直接搬運(yùn)到驅(qū)動(dòng)背板上，這種技術(shù)叫做巨量轉(zhuǎn)移。其中技術(shù)難點(diǎn)有兩個(gè)部分：

1）轉(zhuǎn)移的僅僅是已經(jīng)點(diǎn)亮的LED晶體外延層，并不轉(zhuǎn)移原生基底，搬運(yùn)厚度僅有3%，同時(shí)MicroLED尺寸極小，需要更加精細(xì)化的操作技術(shù)。

2）一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬(wàn)乃至幾十萬(wàn)顆LED，數(shù)量巨大，需要新技術(shù)滿足這一要求。

目前看來(lái)，“巨量轉(zhuǎn)移”都還是一個(gè)“量產(chǎn)前”技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)“巨量轉(zhuǎn)移”的目標(biāo)，市面上一些相當(dāng)不一樣的技術(shù)?，F(xiàn)在總結(jié)如下：

如上圖所示，目前根據(jù)已有的資料調(diào)查顯示，巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)按照原理的不一樣，主要分為四個(gè)流派：精準(zhǔn)抓取，自組裝，選擇性釋放和轉(zhuǎn)印技術(shù)。

第三用物理沉淀法進(jìn)行保護(hù)與上電極，完成上基板的封裝。

簡(jiǎn)單說(shuō)就是先把LED芯片做小，再轉(zhuǎn)移到基板，最后加上電極和保護(hù)。

4、Micro-LED的優(yōu)點(diǎn)

相較傳統(tǒng)的LED顯示器件，新型Micro-LED從原有的300-1000微米的典型尺寸縮小到1-100微米，使之在同等面積的芯片上可以獲得更高的集成數(shù)量。因LED自發(fā)光的顯示特性，極大地提高了Micro-LED地光電轉(zhuǎn)換效率，可以實(shí)現(xiàn)低能耗或高亮度的顯示器設(shè)計(jì)。

5、Micro LED技術(shù)瓶頸

在Micro LED轉(zhuǎn)移過(guò)程中，?納米級(jí)LED的轉(zhuǎn)運(yùn)是核心問(wèn)題之一?。在藍(lán)寶石類基板上生長(zhǎng)出來(lái)的Micro LED需要轉(zhuǎn)移到玻璃基板上，由于尺寸不匹配，因此需要進(jìn)行多次轉(zhuǎn)運(yùn)。對(duì)于微器件的多次轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)難度都是特別高，而用在追求高精度顯示器的產(chǎn)品上難度就更大。Luxvue主要是采用電學(xué)方式完成轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。

晶元一致化問(wèn)題也需要解決?。LED從wafer切成chip后，每個(gè)LED chip并不會(huì)呈現(xiàn)完美一致的波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)呈現(xiàn)出來(lái)的色彩不同，對(duì)于傳統(tǒng)LED來(lái)說(shuō)，可以靠分Bin、配Bin達(dá)到顯示的要求。但Micro LED晶元數(shù)量巨大，采用傳統(tǒng)分Bin方式效率低且設(shè)備投資成本過(guò)大，不利于規(guī)?；a(chǎn)。這個(gè)問(wèn)題有兩類解決方案：

一是以現(xiàn)有的晶元技術(shù)，將Micro LED應(yīng)用做到小尺寸，高PPI的地方，比如可穿戴設(shè)備，并且小尺寸對(duì)精細(xì)度要求也相對(duì)較低。不過(guò)這種解決方案限制了Micro LED的市場(chǎng)空間。

另一類解決方案就是在磊晶階段通過(guò)改善生產(chǎn)工藝或者設(shè)備直接控制均勻性。

Micro LED實(shí)現(xiàn)單色比較簡(jiǎn)單，通過(guò)倒裝結(jié)構(gòu)封裝和驅(qū)動(dòng)IC貼合就可以實(shí)現(xiàn)，但要實(shí)現(xiàn)全彩就相對(duì)復(fù)雜，用傳統(tǒng)的RGB三色列陣R需要分次轉(zhuǎn)貼紅、藍(lán)、綠三色的晶粒，嵌入幾十萬(wàn)顆LED晶粒,對(duì)于LED晶粒光效、波長(zhǎng)的一致性、良率要求更高。為結(jié)局屏幕色彩問(wèn)題目前有三種路徑實(shí)現(xiàn)：RGB三色LED法、UV/藍(lán)光LED+2發(fā)光介質(zhì)法、光學(xué)透鏡合成法。

6、Micro-LED應(yīng)用前景

Micro-LED具有高解析度、低功耗、高亮度、高對(duì)比、高色彩飽和度、反應(yīng)速度快、厚度薄、壽命長(zhǎng)等特性，功率消耗量可低至LCD的10%、OLED的50%，是業(yè)界期待的下一代顯示技術(shù)。

從短期來(lái)看Micro-LED市場(chǎng)集中在超小型顯示器，從中長(zhǎng)期來(lái)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(wú)線光通訊 Li-Fi、AR/VR、投影機(jī)等多個(gè)領(lǐng)域。目前，AR/VR市場(chǎng)逐步擴(kuò)大，對(duì)于面板的要求也越來(lái)越高，舊有的LCD顯示器和OLED顯示器已經(jīng)跟不上越來(lái)越高的市場(chǎng)需求。隨著這種需求愈加迫切，廠商們必將會(huì)尋找新的屏幕顯示技術(shù)來(lái)替代現(xiàn)有的LCD或是OLED顯示器，而這種新技術(shù)Micro-LED恰好能滿足要求。

審核編輯：劉清