Micro LED显示技术入门大全文档格式.docx

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Micro-LED的支持者宣称其整体亮度较OLED高30倍，同时提供更高的每瓦流明效率。

Micro-LED采用的是1-10微米的LED晶体，实现0.05毫米或更小尺寸像素颗粒的显示屏；

MiniLED（次毫米发光二极管）则是采用数十微米级的LED晶体，实现0.5-1.2毫米像素颗粒的显示屏。

而小间距LED，采用的是亚毫米级LED晶体，最终实现1.0-2.0毫米像素颗粒显示屏。

小间距LED显示屏是指LED点间距在P2.5（2.5毫米）及以下的LED显示屏。

2、Micro-LED的发展简史

Micro-LED技术是2000年由德州理工大学教授HongxingJiang和JingyuLin率先提出。

之后的多年里，全球已有众多厂商投入相关技术的研发。

3、Micro-LED技术特性

Micro-LED是新一代显示技术，比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。

比现有的LED、小间距LED更加应用广泛，可实现更加细腻的显示效果。

4、Micro-LED的应用

如果考虑目前现有技术能力，Micro-LED有两大应用方向，一是可穿戴市场，以苹果为代表，据传苹果将在未来的苹果手表和iPhone上使用Micro-LED技术；

二是超大尺寸电视市场，以Sony为代表，2016年，索尼展出Micro-LEDcledis，在分辨率、亮度、对比度上都具有优良的性能。

从短期来看Micro-LED市场集中在小型显示器，从中长期来看，Micro-LED的应用领域非常广泛，横跨穿戴式设备（SmartWatches）、超大室内显示屏幕、电视、显示器（Monitors）、手机（MobilePhones）、头戴式显示器（HMD，HeadMountDisplay）、抬头显示器（HUD，HeadUpDisplay）、车尾灯、无线光通讯Li-Fi、AR/VR、投影机等多个领域。

5、生产工艺

对于一个Micro-LED显示产品，它的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三部分。

这三者有一个共同的特点，即大量继承于已有的液晶和LED产业，如可直接继承于LED晶粒（如三安）、半导体显示（如京东方）、IC设计企业（如聚积、奇景）等。

因此，Micro-LED技术可以在现有基础上发展。

但Micro-LED的核心技术却是纳米级LED的转移，而不是制作LED这个技术本身。

从目前Micro-LED主流技术路径来看，Micro-LED制造过程主要包括LED外延片生长、TFT驱动背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量转移四部分组成。

目前，Micro-LED在外延和芯片的关键技术上都需要取得突破。

Micro-LED的外延关键技术包括三个：

波长均匀性一致性、缺陷和Particle的控制、外延面积的有效利用。

而Micro的芯片关键技术包括五个：

Sub微米级的工艺线宽控制、芯片侧面漏电保护、衬底剥离技术（批量芯片转移）、阵列键合技术（阵列转移键合）、巨量测试技术。

Micro-LED想要从实验室走向工厂，其中的四个关键步骤尤为重要，包括：

微缩制程技术、巨量转移技术、键结技术（Bonding）、彩色化方案，其中又以微缩制程与转移技术最为棘手。

具体的技术难点可以总结为两个方面：

Micro-LED制备需将传统LED阵列化、微缩化后定址巨量转移到电路基板上，形成超小间距LED，以实现高分辨率。

整个制程对转移过程要求极高，良率需达99.9999%，精度需控制在正负0.5μm内，难度极高，需要更加精细化的操作技术；

一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量级大幅提高，需要新技术满足这一要求。

以一个4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗（以4000x2000xRGB三色计算），即使一次转移1万颗，也需要重复2400次。

以一个4KUHD（3840*2160）的显示器件为例，有8,294,400个像素单元，包含24,883,200个RGB子像素。

即使生产时有99.99%的良率，仍会有2488个子像素会出现问题。

微缩制程技术

一片6英寸的晶圆（Waffer）上可以制作出1.65亿颗10X10μm（间距10μm）的Micro-LED晶粒，如果是5X5μm（间距5μm）尺寸就会有高达6.5亿颗。

生产LED芯片经常导致一些微小的“侧壁”损坏，通常是在250x250微米（um）的LED芯片上出现约1-2um的缺陷。

但是，制造Micro－LED所需的LED芯片小至5x5um，2um的侧壁缺陷已经足以导致破坏性的影响，留下的可用面积极其微小，大约仅占总芯片尺寸的4%。

微缩制程技术是指将原有的LED毫米级的长度微缩至预期目标10μm以下，即1-10μm，也叫μLED芯片技术。

Micro-LED的μLED芯片与现有量产的LED红蓝黄芯片相比，在材质和外延工艺上通用。

差别之处以及相应的技术难点在于：

（1）Micro-LED需要用到微米级别的LED制程，现有的LED芯片量产工艺及设备无法满足μLED芯片加工要求。

（2）μLED芯片需要做衬底剥离，现有的激光剥离衬底工艺，成本高、效率低，需要开发适合于μLED芯片的衬底剥离技术。

μLED芯片尺寸缩小到了10μm，但是现有设备的加工极限在100μm以上，需要开发更高精度的工艺和设备。

巨量转移技术

巨量转移必须突破的瓶颈包括设备的精密度、转移良率、转移时间、制程技术、检测方式、可重工性及加工成本。

巨量转移方面的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Micro-LED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。

目前巨量转移技术，主要有几大技术流派：

精准抓取（FinePick/Place）派，包括：

静电吸附（StaticElectrostatic），范德华力（VanDerWallsforce），电磁力/磁力（Electromagnetic/Magnetic）；

选择性释放（SelectiveRelease）派，包括激光剥离（Laserablation）；

自组装（Self-Assembly）派，包括流体自组装（Fluidselfassembly）；

及转印（RollPrinting）派。

还有黏附层（Adhesivelayer）；

真空吸附（Vacuum）；

超声释放式（UltrasoundRelease）等。

目前Micro-LED巨量转移技术可谓是百花齐放，并且均有不同技术特性，因此针对不同的显示产品可能会有相对适合的解决方案。

2018年3月，初创企业X-Celeprint提交了关于他们的微转印技术（μTP技术）的论文。

μTP技术最初是由美国IllinoisUniversity的JohnA.Rogers等人利用牺牲层湿蚀刻和PDMS转贴的技术，将Micro-LED转贴至可挠式基板或玻璃基板上来制作Micro-LED阵列的技术，该技术于2006年Spin-out给Semprius公司，而2013年X-Celeprint获得Semprius技术授权，并于2014年初开始正式运营。

用最简单的语言来描述微转印技术，就是使用弹性印模（stamp）结合高精度运动控制打印头，有选择地拾取（pick-up）微型器件的大阵列，并将其打印（放置）到替换基板上。

首先，在“源”晶圆上制作微型器件（芯片），然后通过移除半导体电路下面的牺牲层获得“释放”。

随后，一个微结构弹性印模（与“源”晶圆匹配）被用于拾取微型器件，并将这些微型器件打印（放置）在目标基板上。

通过改变打印头的速度，可以选择性地调整弹性印模和被打印器件之间的黏附力，最终控制装配工艺。

当印模移动较快时，黏附力变得很大，得以“拾取”被打印元件，让它们脱离基板；

相反，当印模远离键合界面且移动较慢时，黏附力变得很小，被打印元件便会“脱离”，然后“打印”在接收面上。

印模通过设计，可以实现单次拾取和打印操作，转移成千上万个分立元器件，因此这项工艺流程可以实现大规模并行处理。

例如，240平方微米的芯片被放置在间距为250um的晶圆上，需要把芯片“打印”（放置）到间距为2mm的新表面上，印模上的末端（参考下图转印印模）就会被制作成2mm的间距，然后从晶圆上拾取1、8、16等芯片，一次打印完成后再回来拾取2、9、17等芯片。

该技术已经在众多“可印刷”微型器件中得到验证，包括激光、LED、太阳能电池和各种IC材料（硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓和包括金刚石在内的介电薄膜）的集成电路。

还有超声释放式Micro-LED巨量转移方法，包括如下步骤，A、转移准备，转移基板水平放置，转移基板的下表面富有弹性膜，Micro-LED晶片粘附在弹性膜的表面，在平放转移基板的上表面的位置设有超声发生单元，在该超声发生单元表面安装有超声换能器；

B、选择对齐，超声发生单元与转移基板上某处Micro-LED晶片对齐，通过超声换能器实现直接接触；

C、形变释放，超声作用在某些特定位置时，该处的弹性膜产生变形，在Micro-LED晶片背面拱起，使晶片脱离转移基板，在重力作用下落到目标衬底上；

D、持续释放，释放转移基板某处Micro-LED晶片后，超声发生单元移动到下一释放位置，与该位置上的Micro-LED晶片对齐，释放该处Micro-LED晶片。

巨量移转技术为目前各大厂的专利布局重点，集中在静电吸附、范德华力转印、流体组装、激光剥离、电磁力/磁力、黏附层、真空吸附。

磊晶与芯片、全彩化、电源驱动、背板及检测与修复技术，仍有许多专利布局空间。

键结技术

Micro-LED与TFT驱动背板的连接方式，主要研究方向有芯片焊接（chipbonding）、外延焊接（waferbonding）和薄膜连接（thinfilmbonding）。

Chipbonding（芯片级焊接）

将LED直接进行切割成微米等级的Micro-LEDchip（含磊晶薄膜和基板），利用SMT技术或COB技术，将微米等级的Micro-LEDchip一颗一颗键接于显示基板上。

Waferbonding（外延级焊接）

在LED的磊晶薄膜层上用感应耦合等离子离子蚀刻（ICP），直接形成微米等级的Micro-LED磊晶薄膜结构，此结构之固定间距即为显示像素所需的间距，再将LED晶圆（含磊晶层和基板）直接键接于驱动电路基板上，最后使用物理或化学机制剥离基板，仅剩4~5μm的Micro-LED磊晶薄膜结构于驱动电路基板上形成显示像素。

Thin