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Micro-LED显示利用微米尺寸（≤50μm）无机LED器件作为发光像素，来实现主动发光矩阵式显示。

从显示技术原理的来讲，Micro-LED与有机发光二极管（Oganic light emitting diodes， OLED）、量子点发光二极管（Quantum dot light emitting diodes， QLED）都属于主动发光式显示技术。

但与OLED、QLED显示技术不同，Micro-LED显示使用无机GaN等LED发光芯片，发光性能优异、寿命长，其产业化所面临的主要是集成工艺及其相关材料的问题。

Micro-LED由于其优异的性能和潜在的应用价值，自被提出以来，学术界已经掀起了相关技术研究的浪潮。谷歌学术数据显示，这一领域的文献数量在2006年开始呈指数型增长，截止2019年，Micro-LED领域已有近3000篇出版文献，而且这种高速的增长的趋势预计还将持续一段时间。随着Micro-LED显示技术的不断发展，其产业化也越发受到关注。苹果、三星、索尼、LG、华星光电、京东方、友达等国际知名公司纷纷加入到Micro-LED显示的技术开发中。此外，很多从事Micro-LED显示技术创业公司也相继成立，如Ostendo，Optovate，Luxvue，PlayNitride等。

以2014年苹果公司收购Luxvue为起点，Micro-LED显示技术进入快速发展阶段，2018年以后进入爆发期。同时，国内的终端厂、芯片厂也纷纷加入Micro-LED阵营。

尽管市场上已经有很多公司推出了基于Micro-LED显示技术的样机以及应用示范，然而Micro-LED显示技术还远未达到成熟的程度。虽然Micro-LED显示技术具有显著的优势，但该技术尚不成熟，在芯片、背板、巨量转移、全彩化、接合、驱动和检测维修等方面仍然存在着一些技术瓶颈。此外，Micro-LED晶粒的发光效率、波长一致性和良率还没有达到Micro-LED彩色化显示的要求。

1、芯片技术

从芯片的技术角度看，首先是外延过程中的波长均匀性问题。现阶段Micro-LED晶圆的波长一致性可以达到3~5nm，而要量产化，需要在3nm的波长均匀性的条件下，生产良率达到90%以上。其次，随着芯片尺寸的缩减，芯片发光效率急速降低的问题。蓝光和绿光使用的是GaN芯片，虽然也有发光效率下降问题，但仍然可以支持产品应用。但红光属于GaAs芯片，发光效率低，而且在芯片尺寸小于50微米时，红色芯片几乎不发光。针对这一问题，南昌大学的江风益院士团队利用*的InGaN基橙-红光LED技术，大大提高了红光LED的发光效率。

此外，在器件构造过程中，感应耦合等离子体刻蚀会造成Micro-LED芯片侧壁的损伤，从而产生严重的表面缺陷态，并可能出现漏电问题，进而影响芯片发光特性和可靠性。

2、背板技术

目前在消费电子领域Micro-LED技术使用的背板有两种：

一种是印刷电路板（PCB），另一种是玻璃基板。由于Micro-LED芯片电极很小，而PCB的膨胀收缩比率较大，且PCB容易翘曲，因此在巨量转移中，尺寸稳定性和PCB的翘曲通常会造成转移效果不良。玻璃基板的尺寸稳定性好，但需要注意玻璃基板的横向和纵向尺寸变化的非等向性。且玻璃基板的电极一般使用光刻工艺加工，精度高。未来，玻璃基板在应用上更具竞争力。

3、巨量转移技术

芯片制作完成后，需要通过巨量转移将其转移到驱动电路背板上。目前Micro-LED的巨量转移技术主要有：拾取释放法（Stamp）、激光转移技术（Laser）、流体自组装技术、滚轮转印技术。

（a）弹性印章微转移技术；（b）激光转移技术；

（c）流体自组装技术；（d）滚轮转印技术

拾取放置技术是利用不同转移头将Micro-LED做拾取和放置，而这些转移头可以利用范德华力、磁力或静电力吸附等达到巨量转移的目的。

X-Celeprint公司采用聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsilo-xane， PDMS）弹性体印章作为载体，转移过程如上图a所示：弹性印章依靠范德华力将Micro-LED阵列从其原生基板转移到目标背板上，且弹性体在数千次转移循环过程中不会有明显的变化。

晶圆级印章被证明能够在一次转印操作中转移超过80000个75 μm × 90 μm的芯片。

传统的激光转移技术是利用激光剥离技术将蓝宝石基板与Micro-LED分离，从而完成转移，但这可能会在芯片表面产生凹陷或裂纹等损伤。

针对这一问题，Ezhilarasu等通过采用激光可脱粘的热塑性聚酰亚胺将Micro-LED粘接在临时的玻璃基板上，然后再采用激光剥离，这种方法可以实现99%的良率。

流体自组装技术是利用流体的拖拽力，将Micro-LED转移的背板上。这一技术是由eLux公司提出的，衬底上的接触位被设计成井状，Micro-LED随悬浮液流动使就会落入这些井中，从而实现自组装。滚轮转印技术是在2017年由韩国机械材料研究所提出的，其过程如上图d所示,通过使用软的滚轮印章将μ-LED和TFT从晶圆上进行三次转移，能够实现在柔性基底上构建Micro-LED阵列。这种方法的对准精度在3 μm以内，良率接近99.9%。

就巨量转移的技术而言，首先面临的共性问题就是精度：

Micro-LED巨量转移以半导体精密度为基准，要求转移的精度为±1 μm。

其次，还要求转移具有极高的良率，且芯片数量越多，对巨量转移的良率要求越高，以4K全彩显示器为例，为了将不良子像素的数量减少到大约22个，需要高达99.9999%的良率。此外，为实现量产，单小时产能（Units per hour，UPH）至少要达到20kk。

4、接合技术

Micro-LED的接合技术主要分3种：预置锡膏技术、金属共晶键合技术、微管技术。

预置锡膏技术与传统的焊锡技术类似，锡膏以合金、助焊剂及抗垂流剂为主，可分为高温和低温锡膏。目前主要以低温锡膏为主，熔点为142 ℃，将微米级的锡粉预喷涂在PCB上或芯片的电极上，然后将Micro-LED芯片放置在正确的位置后，在低温回流焊下，预置锡膏在表面张力的作用下，自动聚积到Micro-LED的金属电极下，以达到导电的目的。

由于Micro-LED电极之间距离很小，使用锡膏工艺容易造成Micro-LED正负极之间导通，形成微短路现象，因此使用锡膏工艺一般适用于80微米以上的芯片。

金属共晶键合技术，芯片底部采用锡或金锡等合金做接触面镀层，芯片可焊接于镀有金或银的基板上，当基板被加热至共晶温度时，金或锡元素渗透到金锡合金层中，形成导通电流的共晶键。

随着芯片尺寸的缩小，芯片与驱动电路基底热膨胀系数的差异会导致难以对准和残余应力的问题。因此，共晶焊只适用于20微米以上Micro-LED芯片。

微管技术一般用于10 μm以下Micro-LED的接合，通常在硅基板上使用。在具有Micro-LED倒装芯片的GaN晶片上，焊盘由相对柔软的材料形成，当两个基板在室温下压合在一起时，微管将自身嵌入电极中，CMOS硅基阵列与Micro-LED之间形成机械和电性连接。Templier利用这种方法构造了像素间距为10 μm、像素为873 × 500的主动式驱动Micro-LED。

综上，我们从Micro-LED显示的全工艺的各个环节进行了分析，可以发现，Micro-LED在各个环节所面临的技术瓶颈是共性的，归结起来就是：精度→良率→效率→成本的问题。这几个问题是逐层递进，且具有成因果关系的。Micro-LED显示技术成立的前提就是精度，如果精度低，就难以实现高性能的Micro-LED显示；在保证精度的前提下，良率和效率是降低成本的*重要因素，也是Micro-LED技术大规模产业化的前提。

目前Micro-LED各环节的技术基本处于提升精度的阶段，距离良率和效率提升阶段仍有一段距离。