隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，Micro LED作為一種新興的顯示技術(shù)，因其高亮度、高對(duì)比度、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)Micro LED技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，外延生長(zhǎng)、巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及全彩顯示等四大關(guān)鍵技術(shù)至關(guān)重要，這些技術(shù)的發(fā)展和突破對(duì)于實(shí)現(xiàn)Micro LED的商業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。美能顯示，作為專注于研發(fā)顯示行業(yè)精密高效檢測(cè)設(shè)備的企業(yè)，深度參與到這場(chǎng)技術(shù)變革之中，致力于憑借自身專業(yè)優(yōu)勢(shì)為Micro LED技術(shù)突破貢獻(xiàn)力量，推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向大規(guī)模應(yīng)用，開(kāi)啟顯示技術(shù)新紀(jì)元。

Micro LED制備主要工藝流程

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外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于Micro LED器件的性能高度依賴外延技術(shù)，隨著發(fā)光芯片尺寸的減小，外延質(zhì)量對(duì)性能的影響變得更加突顯。首先，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)已無(wú)法滿足產(chǎn)品質(zhì)檢和用戶深度體驗(yàn)要求，在對(duì)外延波長(zhǎng)的一致性、均勻性和位錯(cuò)密度的控制需要進(jìn)一步優(yōu)化。一般要求發(fā)光波長(zhǎng)控制在1nm以下，襯底的彎曲度應(yīng)小于50μm。其次，雜質(zhì)粒子和缺陷問(wèn)題需要通過(guò)進(jìn)一步改善工藝來(lái)控制，以最大程度減少外延結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷顆粒數(shù)量。其中，缺陷顆粒的數(shù)量應(yīng)控制在0.2/cm2以下。

另外，Micro LED在小電流密度注入條件下存在光效率問(wèn)題，因?yàn)?strong>缺陷導(dǎo)致其峰值效率通常低于10%。而Micro LED通常需要匹配非常低的電流密度，這會(huì)導(dǎo)致較高的功耗比例，如下圖所示。

氮化物L(fēng)ED的典型效率曲線及典型結(jié)構(gòu)

外延的波長(zhǎng)均勻性和缺陷密度直接影響屏幕的色彩表現(xiàn)，從而影響到視覺(jué)感受，同時(shí)增加后續(xù)芯片排布和篩選的成本。

藍(lán)寶石襯底是氮化物外延中最常用的材料，具備成熟的工藝和良好的穩(wěn)定性。然而由于藍(lán)寶石與氮化物之間存在較大的品格失配和熱失配問(wèn)題，會(huì)對(duì)器件的性能產(chǎn)生影響。因此，在Micro LED技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，外延技術(shù)的改進(jìn)和缺陷處理是至關(guān)重要的，這將直接影響到Micro LED器件的性能和可靠性。

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芯片制備中的尺寸效應(yīng)

隨著LED芯片尺寸的減小和表面積的減小，ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蝕損傷區(qū)域與有源區(qū)的比例增加，刻蝕過(guò)程中形成的缺陷也更多。這將導(dǎo)致非輻射SRH（Shockley-Read-Hall，肖克利-里德-霍爾）復(fù)合率的增加，從而降低發(fā)光效率，如下圖所示。

RGB芯片尺寸減小與量子效率降低對(duì)照?qǐng)D

同時(shí)，側(cè)壁損傷區(qū)域也存在漏電風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步降低了芯片的可靠性。

為了解決這些問(wèn)題，需要采取一系列的技術(shù)措施，如優(yōu)化ICP刻蝕過(guò)程、改進(jìn)外延生長(zhǎng)工藝、增強(qiáng)側(cè)壁保護(hù)等，以降低損傷和缺陷的形成，并提高發(fā)光效率和器件可靠性。這些技術(shù)措施對(duì)于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的Micro LED顯示具有重要意義，并為Micro LED技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了指導(dǎo)和支持。

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全彩化研究

在Micro LED直顯市場(chǎng)，仍以下述方案為全彩化主流。即先以A1GaInP和GaN材料生產(chǎn)RGB三色Micro LED芯片，再采用巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)將MicroLED芯片轉(zhuǎn)移至驅(qū)動(dòng)基板，實(shí)現(xiàn)單色或RGB全彩顯示。

單基色Micro LED實(shí)現(xiàn)全彩化的方案主要有兩種，一種是通過(guò)光學(xué)透鏡合成，采用透鏡與控制板連接，將不同單基色RGB顯示屏的子畫(huà)面合成，然后利用驅(qū)動(dòng)面板進(jìn)行圖片信號(hào)的傳輸，進(jìn)而對(duì)三色Micro-LED陣列的亮度進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)彩色化，并與光學(xué)投影鏡頭連接，以此實(shí)現(xiàn)微投影，原理如下圖所示：

光學(xué)透鏡合成法原理圖

光學(xué)透鏡合成法只需要轉(zhuǎn)移單基色Micro LED，不涉及RGB LED巨量轉(zhuǎn)移的選擇性轉(zhuǎn)移問(wèn)題，理論而言實(shí)現(xiàn)更簡(jiǎn)單，但光學(xué)透鏡合成法光路系統(tǒng)復(fù)雜，且無(wú)法集成在手機(jī)、可穿戴設(shè)備的顯示屏上，現(xiàn)階段只適合于投影顯示等。

另一種單基色Micro LED全彩化是通過(guò)色彩轉(zhuǎn)換法采用短波長(zhǎng)Micro LED（紫外或藍(lán)光）加發(fā)光介質(zhì)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)全彩化。發(fā)光介質(zhì)大致有兩類：量子點(diǎn)、熒光粉。其中，量子點(diǎn)是一種納米級(jí)尺寸的納米品，如硫化鎘(CdS)量子點(diǎn)和硒化鎘(CdSe)量子點(diǎn)等，通過(guò)控制量子點(diǎn)的尺寸使其對(duì)應(yīng)發(fā)出不同波長(zhǎng)的光，因此量子點(diǎn)發(fā)射光譜范圍覆蓋較廣，且量子點(diǎn)發(fā)射光譜的半峰寬較窄，可有效提升顯示屏的色彩飽和度。因此，量子點(diǎn)Micro LED顯示技術(shù)也成為行業(yè)（特別是穿戴式 Micro LED顯示領(lǐng)域）研究的熱點(diǎn)。

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巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

實(shí)現(xiàn)MicroLED與電路驅(qū)動(dòng)結(jié)合的顯示陣列，需要對(duì)MicroLED芯片進(jìn)行多次巨量轉(zhuǎn)移（至少需要從藍(lán)寶石襯底→臨時(shí)襯底→新襯底），且每次轉(zhuǎn)移芯片量非常大，對(duì)轉(zhuǎn)移工藝的穩(wěn)定性和精確度要求高。對(duì)于RGB全彩顯示而言，由于每一種工藝只能生產(chǎn)一種顏色的芯片，故需要將R/G/B芯片分別進(jìn)行轉(zhuǎn)移，需要非常精準(zhǔn)的工藝進(jìn)行芯片的定位，極大的增加了轉(zhuǎn)移的工藝難度。

Micro LED芯片的厚度僅為幾微米，將其精確地放置在目標(biāo)襯底上的難度極高，且芯片尺寸及芯片間距都很小，要將芯片連上電路也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

目前主流巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)主要有靜電力印章、磁力印章、弾性印章、激光輔助轉(zhuǎn)移、流體自組裝、滾輪轉(zhuǎn)印等方式。

主流巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)方案對(duì)照

靜電力印章（左）和磁力印章（右）原理示意圖

彈性印章（左）和激光轉(zhuǎn)移（右）原理示意圖

流體自組裝（左）和滾輪轉(zhuǎn)?。ㄓ遥┰硎疽鈭D

其中彈性印章轉(zhuǎn)移經(jīng)由眾多研究者努力已發(fā)展為較為成熟的轉(zhuǎn)移技術(shù)。激光輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)難度大，工藝制程要求更為嚴(yán)苛，其轉(zhuǎn)移良率高、速度快等特點(diǎn)吸引了大量產(chǎn)業(yè)界學(xué)術(shù)界研究者的目光，被認(rèn)為是最具商業(yè)化潛力的轉(zhuǎn)移技術(shù)。

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顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)集成研究

Micro LED是電流驅(qū)動(dòng)型發(fā)光器件，其驅(qū)動(dòng)方式一般有兩種模式，無(wú)源選址驅(qū)動(dòng)（PM:Passive Matrix，又稱無(wú)源尋址、被動(dòng)尋址、無(wú)源驅(qū)動(dòng)等）與有源選址驅(qū)動(dòng)（AM: Active Matrix，又稱有源尋址、主動(dòng)尋址、有源驅(qū)動(dòng)等）。想要匹配Micro LED芯片達(dá)到更好出光效果，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電路并集成在一起，才能實(shí)施獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，Micro LED應(yīng)用場(chǎng)景與驅(qū)動(dòng)方式匹配關(guān)系如下圖所示。

Micro LED顯示屏的主要應(yīng)用場(chǎng)景、顯示面積、像素密度及最佳驅(qū)動(dòng)方式

從產(chǎn)業(yè)化及成本角度考慮，開(kāi)發(fā)適合的TFT以匹配Micro LED是當(dāng)前階段較為可行的方案。

綜上所述，Micro LED技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化之路充滿了挑戰(zhàn)，但也充滿了機(jī)遇。通過(guò)不斷優(yōu)化外延生長(zhǎng)工藝、突破巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的瓶頸、開(kāi)發(fā)高效的顯示驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及探索全彩化的創(chuàng)新方案，Micro LED技術(shù)有望在未來(lái)的顯示市場(chǎng)中占據(jù)重要地位。美能顯示也將在這一進(jìn)程中持續(xù)助力行業(yè)前行，成為推動(dòng)顯示技術(shù)進(jìn)步的堅(jiān)實(shí)后盾，與眾多企業(yè)攜手共創(chuàng)顯示科技的璀璨未來(lái)。

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