Micro-LED顯示的發展與技術研究

何宏玉

（南京洛普股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 Micro-LED顯示概述

1.1 Micro-LED顯示技術的原理

Micro-LED顯示技術是指以自發光的微米量級的LED為發光像素單元，將其組裝到驅動面板上形成高密度LED陣列的顯示技術。由于Micro-LED顯示芯片尺寸小、集成度高和自發光等特點，與LCD、OLED顯示相比在亮度、分辨率、對比度、能耗、使用壽命、響應速度和熱穩定性等方面具有更大的優勢。Micro-LED顯示技術使用的顯示設備多為細小的電子器件，通常使用的電子器件大小都在50 μm以下，通過電子器件組成發光矩陣來達到顯示的效果。由于Micro-LED顯示技術具有顯示質量高、使用壽命長等眾多優點，因而Micro-LED顯示技術受到全球相關研究人員和學者的關注，未來Micro-LED顯示技術也將會成為全球顯示領域的重點技術得到發展和推廣。

1.2 Micro-LED顯示技術的優勢

Micro-LED顯示技術的優勢主要體現在以下幾點。第一點是Micro-LED顯示技術的節能效益，使用Micro-LED顯示技術能夠起到非常好的節能效果；第二點Micro-LED顯示技術的使用壽命與傳統顯示設備相比具有非常大的優勢，Micro-LED顯示技術的使用壽命可達到10×104小時，而傳統顯示設備的使用壽命一般在數百至數千小時，很少能超過1萬小時，不足Micro-LED顯示技術的十分之一。同時Micro-LED顯示技術還能夠根據實際使用情況來調節不同的發光亮度，因此Micro-LED顯示技術的使用壽命遠比傳統顯示設備長；第三點是Micro-LED顯示技術的環保性更強。隨著時代的發展，現在人們更加注重自然環境的保護工作，Micro-LED顯示技術的光譜中不包括紫外線和紅外線等容易造成污染現象的光，因此使用Micro-LED顯示技術會帶來的輻射非常小，因此Micro-LED顯示技術還具有非常好的環保效果，符合我國推行的綠色可持續性發展戰略；第四點是Micro-LED顯示技術與LCD、OLED等其他顯示設備相比，Micro-LED顯示技術自身無論是在亮度、清晰度、可視角度方面都具有非常大的優勢，因此未來Micro-LED顯示技術將會成為顯示領域發展的必然趨勢，逐漸成為未來市場環境中主流的顯示技術且被各行業加以運用。

2 Micro-LED顯示的發展歷程

Micro-LED顯示技術是由傳統的LED顯示技術逐漸研發而來，傳統的LED就是指發光二極管，主要是由含鎵、砷、磷、氮等的化合物材料制成。發光二極管的發光原理是發光二極管上帶有PN結，N極帶有電子而P極帶有空穴，當向PN結上施加一定的正向電壓后，游離電子會通過PN結流向空穴，當電子與空穴復合時，通過輻射效果能夠發射出可見光，以此來起到顯示和照明效果。由于發光二極管具有良好的節能效益，因此目前已經被全球各個國家廣泛加以運用。

隨著科技水平的不斷升級，傳統LED技術已經無法滿足人們的實際需求，而Micro-LED顯示技術也隨之誕生，Micro-LED顯示技術與傳統的LED相比具有更高的顯示質量和精確度，通過Micro-LED顯示技術顯示出的內容像素也比傳統的LED技術更高。1999年美國相關科研人員首次在科研文章中針對Micro-LED顯示技術進行分析和闡述，這也是Micro-LED顯示技術首次問世并得到廣泛關注。而Micro-LED顯示技術在提出后也獲得很多研究人員的高度重視和深入研究，在2001年部分學者和研究人員針對Micro-LED顯示技術提出通過無源驅動加以利用，并構建出藍光Micro-LED顯示技術矩陣并投入使用；而在2006年，在無源驅動藍光Micro-LED顯示技術矩陣的基礎上，我國科研人員研發出有源驅動的藍光Micro-LED顯示技術矩陣，通過倒扣焊接的形式將無源驅動藍光Micro-LED顯示技術矩陣加以集成，并在2009年成功申請關于Micro-LED顯示技術的世界專利。而隨著時間的推移，針對Micro-LED顯示技術的研究也逐漸深入，索尼公司、香港科技大學、哥倫比亞大學分別針對Micro-LED顯示技術提出了新的創新和實驗，針對Micro-LED顯示技術的研究也逐漸步入智能化、先進化。目前全球研究人員已經針對Micro-LED顯示技術的集成化、智能化、微縮化和全彩色化進行更深入研究，全球范圍內的Micro-LED顯示技術已經得到非常快速的發展，使用的Micro-LED顯示技術也愈發趨近于成熟。

3 Micro-LED顯示的關鍵技術

3.1 芯片技術

Micro-LED顯示技術的芯片設備是整體顯示質量的關鍵影響因素。目前市場環境中的Micro-LED產品主要利用GaN（氮化鎵）芯片作為主要顯示芯片，而GaN芯片在實際使用中存在逐漸萎縮化，導致自身發光效率和性能下降。未來Micro-LED顯示技術有著集成化和微縮化的趨勢。在尺寸縮小的情況下，GaN芯片無法繼續滿足Micro-LED顯示技術運用中所需的高發光顯示效率。部分研究人員發現：當GaN芯片自身的尺寸小于50μm時，GaN芯片存在部分無法正常發光的情況。針對GaN芯片在實際使用中存在的此類問題，南昌大學的研究學者對此加以優化，通過InGaN芯片作為Micro-LED顯示技術的主要芯片加以使用，有效提高了Micro-LED顯示技術的質量和實際發光效率。

3.2 背板技術

背板是Micro-LED顯示技術應用場景中的主要設備之一。目前市場環境中常見的Micro-LED產品主要使用兩種不同的背板設備：印刷電路板設備或玻璃材料制成的基板。印刷電路板設備存在易發生卷曲的問題，由于Micro-LED顯示技術自身的微縮化趨勢，導致其芯片設備非常微小。而當使用印刷電路背板所構成的設備時，由于能量的轉移和印刷電路背板設備自身存在的膨脹收縮率，背板設備非常容易出現彎曲、翹起等現象，影響整體印刷電路背板設備的自身穩定性，從而導致產品無法正常使用，影響芯片的正常能量轉移效果。相比較之下，玻璃基板能夠保持非常好的穩定性和轉移質量。但玻璃基板存在著非常高的制作精度和工藝技術需求。由于玻璃基板的尺寸非常小，因此往往需要通過光刻技術進行制作與生產。由于精確度要求高、操作難度大，這種加工技術的應用還不是很廣泛，進而在一定程度上影響了Micro-LED顯示技術的推廣和應用。在未來，隨著科技水平的提升，玻璃基板將會成為Micro-LED顯示技術使用的主要背板材料。因此，針對玻璃基板的制作、加工工藝技術，需要相關人員加以重視，并進行深入研究。

3.3 全彩化技術

全彩化，即Micro-LED顯示技術對于實際實現色彩上的豐富程度。目前全球范圍內，Micro-LED顯示技術全彩化的實現技術主要包括以下幾種：第一種是三色RGB技術，主要是指將紅色、綠色和藍色三種LED芯片放在背板設備上，通過三種不同顏色的芯片進行控制，以此實現顯示效果的全彩化處理，由于紅色、綠色和藍色是色彩的三基色，因此通過這三種不同顏色就能夠實現對所有色彩的合成與呈現，以此來實現Micro-LED顯示技術的全彩化；第二種方式是透鏡合成技術，該項技術旨在對Micro-LED顯示使用的芯片加以更換，構建出能夠發出紅色、綠色和藍色光線的Micro-LED，后通過透鏡成像的原理來構建不同色彩。透鏡合成技術在實際應用中需要使用投影儀設備，同時對其光利用效率有著較高要求。透鏡合成技術與三色RGB技術在原理上存在一定的相似性；第三種方式是特殊結構法，旨在對Micro-LED所使用的芯片材料進行特殊處理，通常是在芯片設備中設計出相應的阻擋層，通過阻擋層達到對電流實際密度的控制，進而控制Micro-LED中載流子的實際注入和分布情況。通過此種方法，能夠實現對不同波長光線的固定發射，并通過不同波長來實現對Micro-LED顯示的全彩化。目前特殊處理技術還處于研發階段，在實際應用中仍然存在比較多的問題，暫無法真正投入到Micro-LED顯示應用中。因此，針對特殊處理技術仍需要相關研究人員加以研發和設計。

3.4 巨量轉移技術

巨量轉移是Micro-LED顯示技術實現全彩化的重要技術，全彩化能夠為Micro-LED顯示帶來更多的優勢和幫助，而由于目前科技水平的制約導致全彩化Micro-LED顯示技術存在穩定性不足、效率低等缺點，Micro-LED顯示技術在實際使用中需要通過巨量轉移技術將不同顏色的Micro-LED進行精確轉移，而Micro-LED的數量多、個體尺寸小因此導致在實際轉移過程中無法有效對全部Micro-LED進行精確轉移，而通過巨量轉移技術能夠有效改善此類問題。目前研究人員研發出利用聚二甲基硅氧烷作為材料進行轉移Micro-LED，能夠實現Micro-LED的巨量轉移，而知名的蘋果公司也推出新型的巨量轉移技術，通過靜電轉移陣列的方式將大量Micro-LED進行精確轉移和放置，形成Micro-LED陣列加以轉移。目前外國某公司研發出了激光轉移，轉移速度能夠達到每小時上百萬顆Micro-LED，由于激光轉移的高效性，全球各地的研究人員都將激光轉移作為未來發展的研究對象。隨著科技的發展，電磁轉移技術、流體轉移技術等不同類型的巨量轉移技術也得到更多的重視，而巨量轉移技術也在持續的研發中愈發先進，轉移效率也逐漸提高，巨量轉移技術是實現Micro-LED顯示技術全彩化的重要技術，因此對于Micro-LED顯示技術的未來發展和應用具有重要意義。

4 結束語

綜上所述，Micro-LED顯示技術是未來全球顯示領域的關鍵技術之一，同時也相關研究人員未來需要持續不斷研發的關鍵。通過對Micro-LED顯示技術的發展歷史和關鍵技術加以深入回顧與研究，可有效提高后續研發效率，促進Micro-LED顯示技術的集成化、微縮化、智能化發展。