显示行业 ～ P4：Micro LED 产业链／技术路线深度

　　Micro-LED技术主要由衬底和外延材料、芯片器件、颜色混合（R/G/B或量子点激发）、IC驱动基板连接（巨量转移或单片集成）、检测和修复五大部分组成。

　　衬底材料的选用对于 LED 的晶体质量具有重要意义。

　　目前 GaN 蓝绿光 LED 的衬底一般采用蓝宝石（Al2O3）衬底、硅（Si）衬底、 碳化硅（SiC）衬底以及氮化镓（GaN）衬底。

　　蓝宝石衬底具有透光性能好、耐高温、抗腐蚀、产品商业化成熟度高（2 英寸、4 英寸、6 英寸）等特点，但由于 GaN 材料与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷，影响生长晶体的均匀性，尤其当衬底尺寸变大时，由于生长工艺过程中外延片的严重翘曲，对均匀性影响更为明显；同时，蓝宝石是一种绝缘体，需要在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；为了不断提升器件的发光效率，需要在图形衬底上进行外延生长，图形衬底制备中增加了光刻、蚀刻工艺过程，从而提高了衬底成本。 相比于蓝宝石衬底，Si 衬底具有低成本、大面积、高质量、良好的导电导热性能等优点，并且其制备工艺相对成熟；由于 Si 的导热系数是蓝宝石的 5 倍，良好的散热性使 Si 衬底 LED 具有高性能和长寿命。同时，Si 衬底可以实现无损剥离，消除了衬底和 GaN 材料层的应力。但 GaN 材料与 Si 衬底之间存在更大的晶格失配和热应力失配，在外延层中产生更多缺陷，外延片翘曲严重，并容易造成表面龟裂；因此，对 GaN 外延工艺技术提出了更高的要求。SiC 衬底具有良好的导电性能及高的导热性能，其与 GaN 材料之间的晶格失配较小，外延材料缺陷少，并可制备成垂直型器件，适合大电流器件需求。此外，可在 SiC 衬底上加工所需的出光面，提高发光效率，可应用于一些具有较大面积的大功率器件。但目前商用化 SiC 衬底价格较高。GaN 衬底具有良好的导电导热性能，可以实现同质外延生长，外延材料缺陷少，可应用于一些高性能器件。但目前 GaN 衬底商用化程度低，价格昂贵。 现在商业用红光 LED 大多是在 GaAs 衬底上通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）生长 AlGaInP 外延层获得。通过调节 AlGaInP 组分的构成达到与 GaAs 衬底的匹配，从而在 GaAs 衬底上生长晶格匹配的外延材料，且材料的 Al 组分低，发光效率高。

　　目前主流的衬底材料有 Si 衬底和蓝宝石衬底。

　　除了选择衬底材料，

　　在衬底尺寸方面，优先选择较大厚度、较大尺寸的衬底，较厚的衬底可以有效缓解外延过程中因为应力集中而造成的外延片翘曲变差的异常，从而可以较好地提升外延片的均匀性； 而大尺寸晶圆已经渐为主流，在工艺成本的驱动下，国内外厂家已经开始大量尝试 6 英寸及更大尺寸衬底的生产。 此外，Micro-LED 极高的良率、均匀性也要求衬底具有极低的杂质缺陷、极高的表面平整度。综合上述对尺寸大小、厚度的新要求，改进现有的衬底生产工艺是十分必要的。

　　在外延生长过程中主要关注两个问题，即均匀的发光波长以及尽可能低的缺陷颗粒数量。

　　为了解决干涉条纹（MURA）现象及提高转移的效率，Micro-LED 对波长的均匀性要求非常高，基于不同的转移技术，单片波长一般要求控制在±2nm，有些甚至要求控制在单片±1nm 范围，而传统 LED 通常要求单片波长控制在±5nm。缺陷颗粒控制问题则是对目前的厂家提出了更高的要求，包括对厂房洁净度的提升、 对 MOCVD 设备的操作及维护等。如果采用新式的生长方案，是否会影响相关参数也是值得研究的方向。 波长均匀性

　　在波长均匀性方面，面临的挑战主要有以下三点：

　　衬底之间规格的一致性。由于蓝光、绿光 LED 是在 Al2O3、SiC 或 Si 衬底上生长 InGaN 等三元材料，红光 LED 是在 GaAs 衬底上生 长 AlGaInP 等四元材料，不同衬底之间的规格的一致性，对波长均匀性的控制也非常重要。 衬底的厚度及尺寸的大小。在外延材料的生长中，衬底不同厚度及尺寸的大小对外延生长的应力控制水平也会存在差异。一般说来，衬底越厚，均匀性也越容易控制；但衬底尺寸越大，均匀性越难控制。需要严格控制衬底的来料规格，对影响波长均匀性的规格参数尤其要严格把关。对衬底厚度及尺寸的大小要求，各家可综合考虑成本、 效率及工艺要求等因素，选择最佳的衬底厚度及尺寸。 MOCVD 设备。不同 MOCVD 设备，由于其气流模型及温场控制的水平不同，其生长出来的外延片的波长均匀性水平也会不同，外延片的波长均匀性和 MOCVD 设备及外延工艺相关。对于 Micro-LED，芯片尺寸较传统 LED 微缩了几十分之一甚至更低，无法再使用传统的挑拣（Sorting）与分选（Binning）技术，因此需要极高的波长均匀性， Micro-LED 外延片波长均匀性需控制 1σ在 0.8nm 或更小。而外延片的波长均匀性水平和 MOCVD 设备性能相关，比如温度均匀性和实时可调节等，因此需要根据对 MOCVD 的设备要求及掌握度，根据自身工艺及技术水平，慎重选择或请设备厂家协助开发均匀性更好的新型 MOCVD 设备。MOCVD 外延，通常要求外延片的发光波长波动小于±1nm，这主要依赖于 MOCVD 装备和腔体设计的发展。如果考虑在全色显示中的应用，那么三基色 Micro-LED 芯片的均匀性也是必须考虑的问题。在蓝光、绿光使用不同参数 GaN LED 芯片的同时，红光 AlGaInP 芯片也必须达到相似的工作电流条件、波长漂移幅度、工作寿命，而不同材料芯片的组装难题也必须解决。

　　半极性/非极性面 GaN 量子阱生长技术，是解决波长一致性的技术方案，特别是 Micro-LED 随注入电流增大的情况之下，可以有效的抑制/消除量子限制斯塔克斯效应（QCSE），减轻峰值波长的移动。

　　表面颗粒及缺陷控制

　　外延生长的缺陷及表面颗粒在 Micro-LED 中对应的就是一个芯片坏点，对外延片表面良率的要求也更高。 在这一方面，面临的挑战主要有以下五点：

　　衬底缺陷及表面颗粒的控制。在外延生长中，衬底本身的缺陷也会引起外延表面生长的缺陷；另外，在衬底加工过程中产生的表面颗粒也会影响到最终外延生长的表面质量。因此，衬底厂商针对用于 Micro-LED 外延生长的衬底要严格管控质量，减少衬底的位错密度。厂房洁净度的影响。Micro-LED 生产厂房的洁净度将会严重影响外延片表面颗粒及良率。在衬底的加工过程中要严格管控衬底的表面质量，提升衬底车间的洁净度等级，部分工序车间洁净度要设定在百级甚至更高级别。 MOCVD 设备。不同 MOCVD 设备，由于其气流模型的不同，在外延生长过程中可能会因预反应或吸附在反应室内的颗粒掉落到外延片表面，亦或是在腔体传输过程中掉落或扩散到外延片上的颗粒， 导致外延片缺陷的产生。MOCVD 的选择要考虑到该设备对均匀性及表面颗粒控制的水平是否具有独特的优势工艺水平。在外延生长过程中，生长条件控制的好坏，决定了外延生长出来的 GaN 材料质量的高低，所以合适的外延生长条件， 如生长温度、气体流量、压力、V/III 比等都会影响到外延表面质量及缺陷的产生。表面颗粒的检测。目前外延厂普遍采用显微镜手动检测样片， 精确度及效率均不高。由于蓝宝石衬底的透明性，市场上还缺乏有效的检测蓝宝石外延缺陷/颗粒的设备，需要开发能检测小于 1μm 尺寸颗粒的检测设备。小电流密度下的峰值效率

　　量子效率下降（Quantum efficiency droop，简称 droop 效应）导致市面上所有的 LED 效率曲线都呈先上升后下降的趋势。在效率极值点以下的小电流区域量子效率仍然很低，这对于 Micro-LED 的显示造成较大的影响。小注入下，表面态、穿透位错等缺陷相关的载流子输运复合机制，强的极化电场导致的波函数空间分离等均需要详细 的分析。相比于正常尺寸的器件有源区结构，诸如阱宽、阱数、掺杂、电子阻挡层、电子注入层等外延结构均需要做较大的优化。

　　Micro-LED 使用电流往往非常小，要求控制在 μA 甚至 nA 的层级水平，对应的电流密度往往小于 1A/cm2 甚至更低。在如此低的电流密度下，为了达到最佳的节能效果，往往要求 Micro-LED 芯片在低电流密度下的外量子效率刚好为芯片的峰值效率。

　　由于外延缺陷密度和存在内应力等因素的影响，传统 LED 在小电流密度下的峰值效率低，在这种电流密度下使用的 LED 难于实现节能和稳定使用的效果。 Micro-LED 效率会随电流密度的增大而增大，当达到峰值之后随电流密度的增大而减小。而随着 Micro-LED 尺寸的减小，效率峰值向大电流密度方向移动，且效率峰值不断降低。Micro-LED 尺寸较小之后，边缘效应也更加明显。而且随着温度和使用时间的增加，Micro LED 的效率也会发生变化。

　　提升外延生长的质量，减少材料生长产生的位错密度，传统蓝绿光 GaN 的位错密度在 10^8 cm-2以上，而要提升小电流密度下的峰值效率，位错密度要控制在 10^7 cm-2，甚至更小的级别；而多量子阱中的点缺陷，也可能是造成低电流密度的主要原因。所以，如何减少多量子阱中的点缺陷密度，也是外延生长中要充分考虑的因素之一。 另外，考虑改变外延的结构设计，尽量减少外延材料的内部应力的产生。提升电子空穴的浓度，减少 p-GaN 材料的缺陷密度。

　　R/G/B 三色 Micro-LED 芯片转移混色。 采用三种芯片混合，在亮度、效率、稳定性和颜色显示效果方面最优，调频响应时间最快，但是缺点是需要三次巨量转移，成本高， 工艺良率挑战大，驱动匹配难度较大。通过外延或者外延结合芯片工艺实现三色 LED，可控性差，较难实现。特别是红光 LED 部分以及在微米尺度下如何提升 LED 的亮度，难度也非常高。如果都采用半导体 LED 结构，R/G/B-LED 芯片中蓝光和绿光 LED 是采用 GaN 基材料，而红光 LED 则是采用 III-V 族半导体 AlGaInP 基材料，本身两类材料的外延生长、制备工艺和安全要求均有差异，会带来成本的大幅上涨。其次，宽禁带 GaN-LED 与窄禁带 AlGaInP-LED 光电性能存在差异，如小电流工作条件，发光波长温度漂移，工作寿命等都会给后期的显示应用带来不良影响。

　　发光芯片+红绿蓝光转换材料或蓝光芯片结合红绿色光转换材料混色。 采用 GaN 蓝光/紫外 LED 芯片结合红绿色光转换材料，可以减少巨量转移难度，也可以不采用巨量转移，用外延级焊接或薄膜转移方法，这需要与外延端和封装端密切配合。目前认为纳米尺寸的量子点光转化材料是 Micro-LED 显示的终极解决方案之一。但是量子点的精确涂敷方法也是一个待解决的课题。目前最为看好的技术路线是以蓝光或紫外 Micro-LED 两维阵列作为激发光源，激发无机材料的三基色量子点薄膜, 发射出纯正的 R/G/B 三色光。量子点采用 II-VI 族（Zn, Cd, Se, S）等具有核壳结构的材料体系，稳定性佳，成本不高。量子点材料具有较大的斯托克斯位移(stokes shift)，发光效率高；量子点材料对可见光散射小，出光效率高；量子点材料对蓝光全吸收，可降低蓝光 LED 发射功耗，均对显示应用有利。

　　通过外延或与芯片工艺结合实现 GaN 基三色 LED。 考虑到 AlGaInP 基材料体系 LED 在微小尺度下的效率大幅衰减问题难以解决，目前部分研究人员认为采用 GaN 基材料向红光 microLED 推进也是一种可行方案。但是由于铟组分含量的提升，外延材料中应力集聚，缺陷与位错密度难以降低，导致外延和芯片工艺难度巨大。同时，高铟组分又会导致更大的 QCSE，使得芯片在发光波长的单色性和一致性上出现问题。以 Si 衬底 LED 为基础向红黄光发展， 有望可以优化这些问题。但 是 GaN 体系的红/黄光 LED 的量子效率仍然很低，难以发挥 III 族氮化物 LED 效率高的优势。

　　单个microLED可全光谱调色。Porotech Dynamic Pixel Tuning? (DPT?) 技术实现了单个microLED可全光谱调色，摆脱了支撑所有当前商业显示技术的 RGB（红-绿-蓝）子像素模型的限制。通过使用新型氮化镓材料，使单个 microLED 芯片能够产生任何可见颜色。支撑DPT?的材料 PoroGaN?允许利用调制电流在单个 microLED 芯片上发射覆盖整个色谱的可见光。在它可以发射的颜色中，DPT? microLED 能够通过从单个像素发射纯白色。通过消除对 RGB 子像素的需求，DPT?允许 microLED 驱动的显示器将整体像素密度提高四倍。因此，DPT? 可以为每种类型的显示器带来分辨率、亮度和效率方面的显着提升。这一突破对于需要高分辨率的小型显示器（如 AR 和 VR 显示器）以及可穿戴技术来说尤其重要。

　　Micro-LED的尺寸定义并不是绝对，通常尺寸小于100μm的LED 芯片就逐步进入了 Micro-LED 领域。

　　当然，根据最终应用环境的不同，Micro-LED 芯片的尺寸可以大致分为三个区：

　　面向超大屏幕显示， 芯片尺寸大约是 40μm -90μm；面向小尺寸屏幕，芯片尺寸大约是 20μm -50μm；面向高 PPI 的 AR 和 VR 显示，芯片尺寸则需要小至 10μm。近日，由利亚德牵头制定的《Micro LED显示屏通用技术规范——中大尺寸显示屏》团体标准发布并首次明确对Micro LED芯片要求：Micro LED芯片尺寸要求长宽任意一边小于100μm（之前利亚德发布的MIP尺寸）；Micro LED芯片应为倒装芯片，应采用无焊线工艺。

　　随着 Micro-LED 发光单元尺寸变小，Micro-LED 芯片的效率也会降低，且在小电流下的效率下降更为显著，这对小电流密度下工作的 Micro-LED 较为不利。应该是由于小尺寸单元中芯片表面缺陷态密度占比增大导致的。 针对这一问题，主要技术发展趋势是：尽量局限电流扩散范围在有效发光区域内，避免电流扩散到表面缺陷态区域；由于芯片尺寸缩小后电流扩散不再是 LED 效率瓶颈，可减少掺杂来降低缺陷态密度； 此外，采用湿法化学、退火或 ALD 致密介质材料绝缘钝化，来减少表面缺陷态。

　　芯片结构主要存在着两种技术路线，一种是倒装结构，另一种是垂直结构。倒装结构需要两个共面的电极，其优点是：电路设计更简单，可修复性更强。倒装结构的单元尺寸通常大于 30μm。垂直结构的电极位于芯片上下两边，相对于倒装结构，尺寸可以做得更小，绑定的控制更容易，因而成本也更低。垂直结构可以采用 10μm×10μm 的芯片单元，其成本约是倒装结构 30μm×30μm 的 1/10。目前普遍认为垂直芯片结构是 Micro-LED 的发展趋势。两种技术路线各有其优劣点。

　　为了配合不同的转移方案与芯片应用，也衍生出了一些特殊的芯片结构设计：

　　Chip on Wafer (COW) 主要是在外延层/蓝宝石衬底上透过蚀刻、沉积、金属蒸镀等半导体工艺制作成 Micro-LED 芯片结构，以晶圆方式直接出货。Tether-type Chip on Carrier (T-COC) 主要芯片结构是以微机电技术方式在蓝宝石基板上制作出具有可释放结构的 Micro-LED 芯片，一般称之为弱化结构。技术特征是以蚀刻牺牲层的方式制作出悬空结构，与之搭配的转移技术方案为使用弹性膜 Stamp Pick & Place 转移技术、滚轴转移方式等。 Freestanding Chip on Carrier (F-COC) 主要是在外延层/蓝宝石基板上制作完成 Micro-LED 芯片后，使用激光剥离技术（Laser Lift-off，LLO）将芯片转移至暂时性载板上， 此载板上可因应客户需求使用特定胶膜贴合（UV 胶膜、热解胶膜等、激光解离胶膜等），与之搭配的转移技术方案可使用激光转移技术、弹性层 Stamp Pick & Place 转移技术、滚轴转移技术等。 根据不同的制备技术，首先 Micro-LED 需要考虑厚度与长、宽度的比例因素，而基于 GaN 的 LED 芯片还面临着物理上的限制。其次， 优化 LED 尺寸微缩带来的边缘效应降低芯片的亮度。芯片的几何结构关系到像素光源的出光角度，因此面向不同的应用需求，芯片几何结构需要做出相应的改变。这需要上下游领域的密切配合。随着芯片 尺寸的缩小，像素光源的密集程度增加，各像素点之间的光串扰问题变得不容忽视。需要从芯片结构设计上配合封装技术对像素进行有效隔离，减少像素点之间的光串扰。

　　基于 GaN 的 LED 芯片面临着物理上的限制。例如，

　　LED 光效的 Droop 问题，即 LED 的发光效率随着注入电流增加明显下降；LED 尺寸微缩带来的边缘效应，因为通过刻蚀工艺制程的 Micro-LED 芯片，侧壁会留下不可避免的刻蚀损伤，成为表面非辐射复合的通道，从而降低芯片的亮度；亮度和波长的一致性和稳定性问题，从高品质显示的需求出发，要求蓝、绿、红 LED 的发光亮度稳定性高， 波长一致性好，半峰宽窄，即颜色更纯，这又对材料的量子阱结构， 芯片工艺提出了更苛刻的要求；随着 Micro-LED 芯片尺寸的缩 小，出光效率方面也需要进行优化，特别是面向显示的 Micro-LED 在 广角范围内的出光强度也需要优化。从工作电流来看，常规照明芯片工作的电流密度较大，通常大于 35A/cm2，并且希望在电流密度高的区间效率维持在较高水平，减少 Droop 效应的影响。Micro-LED 用于显示时，工作在小电流区间，主 要范围为 0.02-2A/cm2。因此在外延材料和芯片工艺领域，需要做相应的改变。针对这一问题的技术发展趋势是在外延结构设计方面针对小电流下的效率进行优化，使其发光效率的峰值移到更低电流密度区域，并且可以进一步提升芯片内量子效率。显示应用最关注的还是效率：亮度/功率的评价体系。但是亮度因为是直视，应采用毫坎德拉 （mcd）或者尼特（nit）的评价方式。 反向漏电流正常需要控制在 pA 级别；比如<10pA@-5V 的要求， 目前在-5V 下可以做到 10-4-10-5μA 级别。 电压均匀性也相当重要，因为切分灰阶时是采用电压控制。 波长均匀性要求能够到达整片 3nm 的范围内，波长标准差(std)达 到 0.7nm-1nm 的范围。

　　外延芯片部分结束后，需要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒正确且有效率的移动到电路基板上，以一个 4K 电视为例，需要转移的晶粒就高达 2400 万颗（以 4000× 2000×R/G/B 三色计算），即使一次转移 1 万颗，也需要重复 2400 次，这种技术叫做巨量转移。 现有的设备、制程和工艺无法满足 Micro-LED 量产化的需求，不仅制作成本高，同时生产效率也很低。因此，Micro-LED 量产化应用的实现，巨量转移是其得以有效发展的第一步。

　　Micro-LED 巨量转移技术的开发存在许多问题与挑战：

　　在转移之前，需要将 Micro-LED 从外延片移动到载体；Micro-LED 的厚度仅为几微米，将其精确地放置在目标衬底上的难度非常高；Micro-LED 的芯片尺寸及间距都很小，要将芯片连上电路，也充满挑战；Micro-LED 芯片需要进行多次转移（至少需要从蓝宝石衬底→临时衬底→新衬底），且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高；对于 R/G/B 全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将红/绿/蓝芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。不同的 Micro-LED 巨量转移技术具有不同的技术特性，主要分为芯片转移和外延级键合两大类。

　　巨量转移 已经在另一篇文章中详细提到：显示行业 ～ P4：Micro-LED 巨量转移 - 知乎 (zhihu.com)

　　外延级键合 首先将一片 InGaN 蓝色 Micro-LED 外延片和 CMOS 驱动电路晶圆键合在一起，再在该键合后的蓝色 Micro-LED 上涂覆色转换材料，得到红色和绿色晶圆级 Micro-LED，然后通过连续切割制备成单个 R/G/B Micro-LED 像素，最后将独立的 R/G/B Micro-LED 像素转移到接收基板，如行列导线构成的基板。该技术无需制备红色和绿色 Micro-LED，简化了制备流程；同时无需 TFT 背板，因而不受驱动尺寸的限制。

　　目前可以通过喷墨打印技术、转移印刷及光刻工艺开发 MicroLED+色转换材料实现全彩化技术，对低 PPI 和高 PPI 的显示产品都适用。

　　可用于色转换技术的转换材料主要分为以下几种：

　　纳米荧光粉：由于传统荧光粉尺寸过大，无法集成到尺寸相对小的 Micro-LED 上，并且粉体化传统大尺寸荧光粉涂覆密度较低，发光效率较差，因此发展了亚微米尺度的纳米荧光粉。但在光转换过程中其能量损耗较大，随着时间和环境的变化，荧光粉会产生色温漂移，光的稳定性较差；有机荧光材料：如 F8DP， F8BT 等，但有机材料存在稳定 44 性差和寿命短等问题，需要发展特殊的包裹材料来提高其稳定性和抗氧化性；量子点：主要包括无机量子点 CdSe/ZnS，碳量子点，钙钛矿量子点等；传统量子点 CdSe/ZnS 寿命长，量子效率高，但有毒性； 碳量子点成本低廉，低毒但量子效率较低；钙钛矿量子点量子效率较高，但稳定性不好。将量子点（QD）/荧光粉与 Micro-LED 集成的方法，主要有：

　　喷墨打印即采用量子点墨水来形成量子点图案的一种技术。打印喷头包含一个或多个喷管，它们能够把墨盒中的量子点墨水喷洒出去。 同时通过步进电动机来控制墨滴的位置，从而产生整齐而持续的图像，为了便于墨水形状的调控，通常需要采用化学修饰对 Micro-LED 进行表面处理，以获得憎水表面，从而形成半球状墨水。通过这种喷墨打印技术即可把量子点墨水直接打印集成在 Micro-LED 像素上， 从而实现多色显示。

　　气雾喷流打印通过将量子点油墨雾化，雾化后的量子点传送到喷嘴，再通过在喷嘴中添加气场使得量子点油墨不直接接触喷嘴壁，从而被打印在物件上形成图案的一种技术。若光源为紫外光，则需要红绿蓝三色量子点；若光 源为蓝色光，则只需要红绿二色量子点即可实现三色集成。 打印过程中，由于液滴边缘溶剂的蒸发速度高于液滴中心，薄膜表面较容易出现“咖啡环效应”。可以通过调整量子点溶剂的粘度、表 面张力，制备高粘度、低挥发性油墨，有效抑制“咖啡环效应”的产生。 为了增加紫外光子的利用率，在器件上布置分布式布拉格反射器， 该技术工艺与传统喷墨技术相比，材料浪费率低，能够灵活适应 Micro-LED 微米级的芯片尺寸，实现高分辨率显示。

　　光刻技术实现光转换材料与 Micro-LED 的集成方案有两种， 其中一种方案是首先采用光刻技术形成网格状光阻模板，然后采用刮涂的办法，往网格模板里填充量子点材料，从而形成图形化的量子点光转换膜；通常为了便于刮涂，量子点混入到一种聚合物基质材料。 再通过粘合、贴合、键合等方式将这种图形化的量子点膜集成到 Micro-LED 阵列上，即可实现全彩显示。另外一种方案是通过光分散剂将量子点溶液均匀的分散到光刻胶（PR）中，之后将 QD PR 溶液旋涂在目标基板表面，经过紫外曝光使 QDs 膜硬化，并通过显影，洗去多余的 QD 材料，最后，将图案化的 QD 膜固化以制成硬膜。利用这种 QD PR 的解 决方案，可以通过光刻工艺将光转化层像素间距缩短到 10μm，但是， 此方案容易造成的量子点效率降低。此外，QD 的溶解度是一个障碍， QD 能否在 PR 中均匀的分散，将直接影响显示效果。对于 Micro-LED 微米级的芯片尺寸，对掩模版的精度要求也会越来越高。

　　弹性印章转印可以将量子点层中的所需部分通过各种基板不受限制地转移到器件层中的特定位置上。将量子点材料旋涂在黏附力较小的 Si 基板上，通过图案化的聚二甲基硅氧烷（PDMS）印模快速地拾取量子点层中所需部分，最后利用 PDMS 转压到目标基板上，实现量子点层与目标基板紧密结合。该方法制备工艺简单，但是转印压力的均匀性难以控制，导致图案边缘无法完全拾取量子点层，量子点层存在高度差异，制造成本增加，并且量子点层依次转印的过程中，由于存在高度差异，会导致量子点材料位置偏移或部分粘除。

　　传统大尺寸LED 测试技术 ，主要包括光致发光测试 (Photoluminescence，PL)及电致发光测试(Electroluminescence，EL)两部分。PL 测试能在不接触且不损坏 LED 芯片的情况下，对 LED 芯片进行测试，但检测效果与 EL 测试相比略为逊色，可能无法检测出所有瑕疵，因此在一定程度上会降低后续的生产良率。相反的，EL 测试通过对 LED 芯片加以电流来进行测试，能够找出更多缺陷，却可能因与芯粒接触而造成芯片损伤。而 Micro-LED 由于芯片体积过小， 传统测试设备难以适用，因此 EL 检测的难度相当高。但是 PL 测试又可能出现电学上不良器件检测的遗漏，造成检测可靠性不高。因此， 有必要发展新的测试方法以提高检测速度、可靠性和成本。

　　主要有光学检测技术、显微高光谱光电热综合检测技术、接触式光电检测技术、非接触式 PL 检测技术、非接触式 EL 检测技术、紫外线照射光电检测技术等。

　　接触式光电检测技术。利用 EL 或 PL 检测整片 Micro-LED 阵列的坏点并能计算良率。 例如已经研发出的一种运用数码式 Si 基电光平台结合探针座结合软件 HD Die Tester，运用接触式 EL 量测，在几分钟内可检测高达 1952×1112 百万颗等级的 pixel 数量，为每颗 Micro-LED 的电压及电流等电特性信息建立数据资料库储存于电脑中，并可及时读出制作成 电压-电流曲线图及 Micro-LED 显示屏均匀性分布图。在单颗芯片的检测流程中，如果是在键合 Micro-LED 之前，这种方法能够确保像素操作（如 SRAM）的效果不会因为重新布线（RDL） 或任何后端晶圆处理而变差；如果载片上已经填充了 Micro-LED，那么在使用柔性电路板（FPC）进行引线键合之前，这种方法能够在较小的区域内评估 Micro-LED 的像素品质。

　　在通过检测技术挑出 Micro-LED 缺陷晶粒之后，如何有效维修并替换坏点 pixel 也是 Micro-LED 显示领域不可或缺的一项技术。目前针对 Micro-LED 坏点的修复技术，主要包括冗余电路修复技术、选择性激光修复技术及选择性拾取修复技术等。

　　冗余电路修复方案：由于 LED 外延生长及制备过程中的不均一性，EL/PL 由于技术局限性也难以检测出个别坏点，而且转移和键合技术不够成熟、良率较低等，以上原因难以避免在转移并键合到基板后会产生坏点。目前，为了方便坏点修复，LED 键合位置会做冗余设计，当键合上去的 LED 被检测为坏点时，对其连接电路进行切断，使其不能再对电路产生影响，后续在备用位置键合新的 LED，完成修复动作。

　　选择性激光修复方案：利用光线自动检测工具进行零接触检测，检测完以后使用激光修剪工具进行修复，根据检测结果剔除 Micro-LED 芯片不良品。

　　选择性拾取修复方案：结合非接触型 EL 测试与波束定位 （BAR)的转移方法，能够只将好的 Micro-LED 芯片高速转移到目标基板上，同时也可进行替换修复。

　　薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）自 20 世纪 60 年代发明 以来，一直有着广泛的应用，发展速度也非常迅速。从非晶 Si TFT 到多晶 Si TFT，从高温多晶 Si TFT 到低温多晶 Si TFT，技术日趋成熟， 应用对象也逐渐发展，可以驱动传统 LCD 和 OLED。对于未来市场的主力 Micro-LED 来说，大面积低密度的显示产品中基本可以继续延用 TFT 作为驱动。

　　非晶硅薄膜晶体管（a-Si:H TFT）器件半导体层中通常含有大量的悬挂键，载流子的迁移率很低，通常会进行氢化处理以提高迁移率；制作温度底，可用玻璃为基底，并具有大面积均匀性、能实现大面积彩色显示、具有大容量、高像素显示性能，但由于较低的迁移率，很难制备高性能、全集成的超薄型结构紧凑的显示器模块。

　　多晶硅薄膜晶体管（Poly-Si TFT）：相对于 a-Si:H TFT 具有较高的迁移率、响应速度较快、易高度集成化、具有 P/N 型导电模式、自对准结构、抗光干扰能力强、分辨率高、可以制作集成化驱动电路等优点。多晶 Si 薄膜工艺主要分为高温工艺和低温工艺。高温工艺需要以昂贵的石英为衬底，TFT 性能好，但只适用于中小尺寸的显示屏或投影屏；低温多晶硅(LTPS)TFT 由于其低功耗、轻便、薄型、提供大电流和系统集成性而被广泛地应用于有源(主动)驱动显示薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）和主动矩阵有机发光二极管显示（AMOLED）中，获得低温多晶 Si 薄膜并低温制备多晶 TFT 是实现有源矩阵显示的关键。

　　铟镓锌氧化物薄膜晶体管（IGZO-TFT）：IGZO-TFT 以氧化物半导体材料充当半导体活性层。在结构上与非晶 Si 薄膜晶体相似。但氧化物薄膜晶体管具有较高的电子迁移率，实现极低的漏电流、较大的驱动电流、较快的器件响应速度。IGZO-TFT 器件在可见光谱范围均有较高的光透过率，制作工艺相对简单，但仍然有器件工艺稳定性较差等缺点。目前已经在中尺寸的 TFT-LCD 产品中，以及大尺寸的 AMOLED 产品中有所应用，可以实现高性能，全集成、紧凑的显示模块，也很有可能应用于 Micro-LED 的 TFT 驱动中。

　　有机薄膜晶体管（OTFT）：有机薄膜晶体管以有机半导体材料充当栅绝缘层、半导体活性层。它是在无机薄膜晶体管基础之上发展起来的，两者结构相似。目前聚合物晶体管的特性还不能和传统的无机晶体管相比，由于有机半导体在常温下多为热跳跃式传导，表现为高的电阻率、载流子迁移率低，但有机薄膜 TFT 具有可弯曲显示的特点，因此不但耐冲击，而且重量轻、体积小，不仅改变了显示器的外观，应用环境也因此大为扩展且多样化。近年来随着高迁移率有机半导体材料、薄膜物理和器件工程等方面研究的快速发展，OTFT 的迁移率、开关电流比等性能已经可以达到和超越非晶 Si 晶体管的水 平，但是实现大规模商业化仍然面对很多挑战。

　　目前非晶 Si TFT 技术制备工艺成熟，相对简单，成品率高，适合于大面积生产。低温多晶 Si LTPS-TFT 技术亦相对比较成熟，产品集中在小屏幕，良品率低。IGZO-TFT 技术刚刚起步，虽然已经部分商用，但是工艺尚未成熟。OTFT 仍处在研发阶段。

　　随着 Mini-LED、Micro-LED 的发展使得 LED 大屏的像素点间距越来越低，集成度大幅度提高，使得传统的驱动 IC 排布及 PCB 走线越来越复杂，空间不够用，必须使用更高集成度的驱动 IC。

　　传统驱动 IC 受限于 PCB 板级的灰阶时钟频率的传输，PWM 精度最高达到 14bit。面向 Micro-LED 的驱动 IC 必须灰度达到 16bit 或以上，此时的理论对比度可达 65,535:1，满足 HDR10 的规格要求。

　　HDR 定义的色域空间为 BT.2020， 将 BT.2020 在 R/G/B 三原色的波长拿出来看，分别为红光 630nm、绿 光 532nm、蓝光 467nm，对于目前 LED 外延技术，因绿光波长的半 宽波长离散度较大，目前的显示设备不容易达成 BT.2020。而 LED 波 长会随着电流大小漂移，所以驱动 IC 的电流误差范围需要小于 1.5%。 目前传统驱动 IC 的典型电流误差范围在 3%。在 Micro-LED 驱动 IC 中，可以通过纳米 CMOS Si 基器件、N 相位控制 62 及动态器件匹配等技术，将驱动电流误差控制到 1.5%以内，满足 BT.2020的技术规范。同时，纳米CMOS器件快速开关特性匹配MicroLED 的快速响应，提升灰阶等级以及图像刷新性能。

　　目前小点间距 LED 显示屏的驱动芯片一般采用多路恒流驱动方式，具有匹配性好、可以准确设置输出电流的优势，并能够通过串行数字和脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）使能信号（enable signal）的配合，使画面达到高灰度显示。

　　与传统LED相比，Micro-LED并没有呈现出更高的驱动复杂性， 它只是较小版本的 LED。但 Micro-LED 技术的出现，将驱动新形式 的显示终端。相应的，Micro-LED 驱动技术的进步将遵循以下规律路线：低成本高性能的 TFT 驱动技术、传统 CMOS 专用 IC 与 MicroLED 融合、高刷新、高灰阶、广色域驱动产品也将被新应用因素促进， 此外，随着 Micro-LED 增量应用终端的出现，融合处理与驱动乃至智 能接口的驱动芯片产品也将涌现。

　　参考资料：

　　Micro-LED 产业技术路线图（2020 年版）

　　这家公司官宣推出全球首款“像素一体化”全彩MicroLED屏......

　　全球首个“Micro LED显示屏”技术标准发布