什么是Micro-LED？Micro-LED的显示原理是什么？

1、什么是Micro-LED？

Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文称作微发光二极体，也可以写作μLED，一般指使用尺寸为1~60μm的LED发光单元组成显示阵列的技术，其大小相当于人头发丝的1/10，具有无需背光，光电转换效率高，响应时间在ns级等特点，是将LED进行薄膜化、微小化和阵列化，使其体积达到大小只有主流LED的1%，像素点距离达到由毫米达到微米的一项技术

Micro LED display，是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路，然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从而实现了微型显示屏，也就是所说的LED显示屏的缩小版。为OLED之后下一代显示技术。

Micro LED受制于产能和成本，完成商用化还需时间。现在各大厂商纷纷布局，关键技术进展迅速，预期近几年内将走上商用化的进程。

2、Micro-LED的显示原理

MicroLED每个像素由红色、绿色和蓝色的子像素组成。每个子像素都是单独控制的，可以精确控制显示的亮度、颜色和对比度。每个LED发出的光经过一组透镜和镜子，在显示屏上形成一个像素。然后，光线被引导通过一组滤色器来创建所需的颜色。这种类型的显示器能够显示非常高的亮度、对比度和颜色精度。

Micro LED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗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。

3、Micro-LED的工艺

Micro-LED是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1-100μm等级左右；后将Micro-LED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的Micro-LED显示。

1.晶圆形成:微型led最初是由氮化镓(GaN)等半导体材料制成的薄晶圆。                          

2.模版:然后在晶圆片上覆盖一层模版光刻胶，作为蚀刻晶圆片的掩模。

3.蚀刻:然后对晶圆进行蚀刻以创建单个微型led。

4. 掩膜去除:光阻剂掩膜被剥离，在晶圆上留下单个微型led。

5. 键合:然后将微型led键合到基板上，如IC或PCB。

6. 组装:然后将微型led组装成最终形式，如阵列或显示器。

7. 测试:然后对微型led进行测试和校准，以确保它们正常工作。

与传统LED显示屏比较，Micro-LED的差别主要在于：

1．精密程度数十倍的提升；

2．集成工艺从直插、表贴、COB封装等变成了“巨量微转移”；

3．缺陷可修复性几乎为零；

4．背板从印刷电路板，变成了液晶和OLED显示所使用的TFT基板，或者CPU与内存所采用的单晶硅基板。即与传统LED显示屏比较，Micro-LED在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样。

以下我们对Micro-LED制造工艺中几个重要步骤进行讨论：

第一 LED晶体薄膜化、微小化、阵列化——微缩制程技术

目前对于半导体与芯片的制程微缩目前已到极限，而在制造上的微缩却还存在相当大的成长空间，对于Micro-LED制程上，目前主要呈现分为三大种类：

Chip bonding（芯片级焊接）

Wafer bonding（外延级焊接）

Thin film transfer（薄膜转移）

第二 批量转移至电路基板——巨量转移技术

磊晶部分结束后，需要将已点亮的LED晶体薄膜无需封装直接搬运到驱动背板上，这种技术叫做巨量转移。其中技术难点有两个部分：

1）转移的仅仅是已经点亮的LED晶体外延层，并不转移原生基底，搬运厚度仅有3%，同时MicroLED尺寸极小，需要更加精细化的操作技术。

2）一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量巨大，需要新技术满足这一要求。

目前看来，“巨量转移”都还是一个“量产前”技术，为了实现“巨量转移”的目标，市面上一些相当不一样的技术。现在总结如下：

如上图所示，目前根据已有的资料调查显示，巨量转移技术按照原理的不一样，主要分为四个流派：精准抓取，自组装，选择性释放和转印技术。

第三用物理沉淀法进行保护与上电极，完成上基板的封装。

简单说就是先把LED芯片做小，再转移到基板，最后加上电极和保护。

4、Micro-LED的优点

相较传统的LED显示器件，新型Micro-LED从原有的300-1000微米的典型尺寸缩小到1-100微米，使之在同等面积的芯片上可以获得更高的集成数量。因LED自发光的显示特性，极大地提高了Micro-LED地光电转换效率，可以实现低能耗或高亮度的显示器设计。

5、Micro LED技术瓶颈

在Micro LED转移过程中， 纳米级LED的转运是核心问题之一 。在蓝宝石类基板上生长出来的Micro LED需要转移到玻璃基板上，由于尺寸不匹配，因此需要进行多次转运。对于微器件的多次转运技术难度都是特别高，而用在追求高精度显示器的产品上难度就更大。Luxvue主要是采用电学方式完成转运过程。

晶元一致化问题也需要解决 。LED从wafer切成chip后，每个LED chip并不会呈现完美一致的波长，不同波长呈现出来的色彩不同，对于传统LED来说，可以靠分Bin、配Bin达到显示的要求。但Micro LED晶元数量巨大，采用传统分Bin方式效率低且设备投资成本过大，不利于规模化生产。这个问题有两类解决方案：

一是以现有的晶元技术，将Micro LED应用做到小尺寸，高PPI的地方，比如可穿戴设备，并且小尺寸对精细度要求也相对较低。不过这种解决方案限制了Micro LED的市场空间。

另一类解决方案就是在磊晶阶段通过改善生产工艺或者设备直接控制均匀性。

Micro LED实现单色比较简单，通过倒装结构封装和驱动IC贴合就可以实现，但要实现全彩就相对复杂，用传统的RGB三色列阵R需要分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒，嵌入几十万颗LED晶粒,对于LED晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高。为结局屏幕色彩问题目前有三种路径实现：RGB三色LED法、UV/蓝光LED+2发光介质法、光学透镜合成法。

6、Micro-LED应用前景

Micro-LED具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、高色彩饱和度、反应速度快、厚度薄、寿命长等特性，功率消耗量可低至LCD的10%、OLED的50%，是业界期待的下一代显示技术。

从短期来看Micro-LED市场集中在超小型显示器，从中长期来看，Micro-LED的应用领域非常广泛，横跨穿戴式设备、超大室内显示屏幕外，头戴式显示器（HUD）、抬头显示器（HUD）、车尾灯、无线光通讯 Li-Fi、AR/VR、投影机等多个领域。目前，AR/VR市场逐步扩大，对于面板的要求也越来越高，旧有的LCD显示器和OLED显示器已经跟不上越来越高的市场需求。随着这种需求愈加迫切，厂商们必将会寻找新的屏幕显示技术来替代现有的LCD或是OLED显示器，而这种新技术Micro-LED恰好能满足要求。

审核编辑：刘清