如今，顯示已成為信息傳遞的主要渠道之一，手機(jī)、VR/AR設(shè)備、可穿戴設(shè)備、車載顯示、平板/電腦顯示以及激光投影等都是新型顯示技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。

其中Micro LED技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)迅速，市場(chǎng)機(jī)會(huì)不斷增加，吸引了眾多企業(yè)進(jìn)入，加快了產(chǎn)業(yè)格局的重構(gòu)。Micro LED這顆新星在2024年好像格外閃耀。

一、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。

Micro-LED，顧名思義，就是特別小的LED。

其大小相當(dāng)于人頭發(fā)絲的1/10，具有無需背光，光電轉(zhuǎn)換效率高、亮度大于105 cd/m2，對(duì)比度大于104：1，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的顯示方式是將10微米尺度的LED芯片連接到TFT驅(qū)動(dòng)基板上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)芯片放光亮度的精確控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圖像顯示。

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LED1陣列，從而實(shí)現(xiàn)了微型顯示屏，也就是所說的LED顯示屏的縮小版。

二、 Micro LED顯示原理

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。

三、Micro LED與傳統(tǒng)LED制造工藝差異

對(duì)于Micro-LED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，Micro-LED與傳統(tǒng)led顯示產(chǎn)品差別巨大。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。

總之，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。

四、Micro LED制造核心技術(shù)

Micro LED的制造核心技術(shù)在于微縮制程技術(shù)和巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)。

微縮制程技術(shù)是指將原來LED晶片毫米級(jí)別的長度微縮后達(dá)到1~10μm等級(jí)左右。它的主要要求是整個(gè)晶片波長和低缺陷密度的驅(qū)動(dòng)電流的均勻性。

之前LED尺寸大多是10~30mil，即250~750 μm，單一晶片最小尺寸是100μm。

而通過微縮制程技術(shù)可以打破這一極限設(shè)定，業(yè)界評(píng)估，室內(nèi)用途的顯示器尺寸至少要做到5μm，目前LED晶片大小業(yè)界水平已普遍達(dá)到50μm，蘋果實(shí)力雄厚，已經(jīng)能做到10μm的水*，Mikro Mesa實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)可以做出3μm大小的尺寸。

1、 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)和Thin film transfer(薄膜轉(zhuǎn)移)。

(a)Chip bonding(芯片級(jí)焊接)
將LED直接進(jìn)行切割成微米等級(jí)的Micro LED chip(含磊晶薄膜和基板)，利用SMT技術(shù)或COB技術(shù)，將微米等級(jí)的Micro LED chip一顆一顆鍵接于顯示基板上。優(yōu)點(diǎn)在于可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移間距，但不具有批量轉(zhuǎn)移能力。

(b)Wafer bonding(外延級(jí)焊接 )

在LED的磊晶薄膜層上用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻(ICP)，直接形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)之固定間距即為顯示畫素所需的間距，再將LED晶圓(含磊晶層和基板)直接鍵接于驅(qū)動(dòng)電路基板上，最后使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離基板，僅剩4~5μm的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)于驅(qū)動(dòng)電路基板上形成顯示劃素。優(yōu)點(diǎn)是具有批量轉(zhuǎn)移能力，但是不可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移間距。

(c)Thin film transfer(薄膜轉(zhuǎn)移)

使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板，以一暫時(shí)基板承載LED磊晶薄膜層，再利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻，形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu);或者，先利用感應(yīng)耦合等離子離子蝕刻，形成微米等級(jí)的Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)。

再使用物理或化學(xué)機(jī)制剝離LED基板，以一暫時(shí)基板承載LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)。

最后，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路基板上所需的顯示畫素點(diǎn)間距，利用具有選擇性的轉(zhuǎn)移治具，將Micro-LED磊晶薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行批量轉(zhuǎn)移，鏈接于驅(qū)動(dòng)電路基板上形成顯示畫素。

此方法成本低，對(duì)顯示基板尺寸無限制，具有批量轉(zhuǎn)移能力。

2、批量轉(zhuǎn)移至電路基板——巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

Micro-LED實(shí)質(zhì)上可以看作將LED器件進(jìn)行數(shù)百倍乃至數(shù)千倍的縮小，以使更多更小的Micro-LED的發(fā)光集成在同等面積的芯片上。所以在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)Micro-LED的技術(shù)瓶頸就在于此。

這就涉及到一種其他電子行業(yè)幾乎都不會(huì)用到的高難度工藝——“巨量微轉(zhuǎn)移”(也叫巨量轉(zhuǎn)移)技術(shù)。

“巨量轉(zhuǎn)移”是一個(gè)什么技術(shù)呢?簡(jiǎn)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，均勻焊接數(shù)量達(dá)成百上千個(gè)，甚至更多紅綠藍(lán)三原色LED微小晶粒，且對(duì)允許的工藝失敗率有著極為苛刻的要求。

只有達(dá)到這樣程度工藝的一個(gè)產(chǎn)品，才能真正應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中來。

根據(jù)最終運(yùn)用場(chǎng)景的不同，Micro LED可以直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高分辨率顯示屏供VR等產(chǎn)品使用，也可以在襯底上制作完成后通過巨量轉(zhuǎn)移的方式將Micro LED芯片在更大尺寸且?guī)в羞壿嬰娐返幕迳线M(jìn)行組裝，從而滿足手機(jī)和電視等大尺寸顯示屏運(yùn)用場(chǎng)景的需求。

和AR、VR等運(yùn)用場(chǎng)景中微小的屏幕尺寸相比，手機(jī)、平板和電視上的屏幕尺寸較大。如果希望在這些場(chǎng)景中使用Micro LED，則LED器件需要在基板上進(jìn)行分離，并在較大的基底上進(jìn)行組裝：

(1)在帶有驅(qū)動(dòng)電路的基板上僅進(jìn)行LED的組裝完成顯示屏幕的制作。常見的做法有將LED組裝到帶有TFT的基板上，或分別將LED和驅(qū)動(dòng)芯片組在玻璃基板上組裝等。該技術(shù)因?yàn)榇嬖谳^多的步驟，其理論良率較低。

(2)將LED和CMOS進(jìn)行整合，使得每個(gè)單元有自己的驅(qū)動(dòng)，其后再在較大的基底上進(jìn)行組裝。每個(gè)結(jié)構(gòu)單元都有自己的驅(qū)動(dòng)，理論上可以提高良率和減少后續(xù)修補(bǔ)工藝。

不同的應(yīng)用對(duì)應(yīng)的組裝技術(shù)

藍(lán)寶石類基板上生長出來的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。

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是Micro LED制造過程中的核心技術(shù)，也是降低成本的關(guān)鍵。很多企業(yè)都在發(fā)展Mini LED，就是因?yàn)榫蘖哭D(zhuǎn)移技術(shù)限制了Micro LED的發(fā)展。從技術(shù)迭代角度來看，Mini LED類似一種過渡，Mini LED優(yōu)于OLED ，而Micro LED優(yōu)于Mini LED。

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)。

因此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)。

從短期來看Micro-LED市場(chǎng)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。

目前，AR/VR市場(chǎng)逐步擴(kuò)大，展望未來，Micro LED重點(diǎn)應(yīng)用落在AR眼鏡、車載顯示領(lǐng)域。相較AR眼鏡較為常用的LCD、LCOS、DLP、LBS、Micro OLED顯示技術(shù)，Micro LED具有高像素、高亮度、高色純度、低能耗的特點(diǎn)，此外Micro LED可將光機(jī)的體積變得更小，在不影響眼鏡外觀情況下，保持高顯示性能。

Micro LED顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化步伐正在加快，各類創(chuàng)新應(yīng)用逐步拓展到微顯示、消費(fèi)類電子、商用顯示等多領(lǐng)域。