从Micro-LED的历史与现状，看其量产技术难点与应⽤前景
揭开Micro-LED的神秘外⾐
Micro-LED是什么？
电源线扣
Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术。指的是在⼀个芯⽚上集成的⾼密度微⼩尺⼨的LED阵列，如LED显⽰屏每⼀个像素可定址、单独驱动点亮，可看成是户外LED显⽰屏的微缩版，将像素点距离从毫⽶级降低⾄微⽶级。 ⽽Micro LED display，则是底层⽤正常的CMOS集成电路制造⼯艺制成LED显⽰驱动电路，然后再⽤MOCVD机在集成电路上制作LED阵列，从⽽实现了微型显⽰屏，也就是所说的LED显⽰屏的缩⼩版。
凸显的优势
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Micro LED优点表现的很明显，它继承了⽆机LED的⾼效率、⾼亮度、⾼可靠度及反应时间快等特点，并且具⾃发光⽆需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积⼩、薄型等优势。除此之外，Micro LED还有⼀⼤特性就是解析度超⾼。因为超微⼩，表现的解析度特别⾼; 据说，如若
军用单杠苹果iPhone 6S 采⽤micro LED，解析度可轻松达1500ppi以上，⽐原来的Retina显⽰的400PPi要⾼出3.75倍 ⽽相⽐OLED，其⾊彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更⾼的亮度以及具有较佳的材料稳定性、寿命长、⽆影像烙印等优点。故为OLED之后另⼀具轻薄及省电优势的显⽰技术，其与OLED共通性在于亦需以TFT背板驱动，所以TFT技术等级为IGZO、LTPS、Oxide。
存在的劣势
1. 成本及⼤⾯积应⽤的劣势。依赖于单晶硅衬底做驱动电路，并且从此前苹果公布的专利上来看，有 着从蓝宝⽯衬
底转移LED到硅衬底上的步骤，也就意味着制作⼀块屏幕⾄少需要两套衬底和互相独⽴的⼯艺。这会导致成本的上升，尤其是较⼤⾯积应⽤时，会⾯临良率和成本会有巨⼤的挑战。
贝雷梁（对于单晶硅衬底，⼀两⼨已经是很⼤的⾯积了，参照全幅和更⼤的中画幅CMOS感应器产品的价格）当然从技术⾓度来说LuxVue将驱动电路衬底转换为⽯英或者玻璃来降低⼤⾯积应⽤成本是可⾏的，但这也需要时间。相⽐于AMOLED成熟的LTPS+OLED⽅案，成本没有优势。
2. 发光效率优势被PHOLED威胁甚⾄反超。磷光OLED（Phosphorescent OLED，PHOLED）效率的提升有⽬共
睹，UDC公司的红绿PHOLED材料也都已经在三星Galaxy S4及后继机型的⾯板上开始商⽤，⾯板功耗已经和⾼PPI 的TFT-LCD打平或略有优势。⼀旦蓝光PHOLED材料的寿命问题解决并商⽤，⽆机LED在效率上也将占不到便宜。
3. 亮度和寿命被QLED威胁。QLED研究现在很热，从QD Vision公司提供的数据来看⽆论效率和寿命都⾮常有前
景，⽽从事这块研究的⼤公司也很多。当然QLED也是OLED的强⼒竞争对⼿。
4. 难以做成卷曲和柔性显⽰。OLED和QLED的柔性显⽰前景很好，也已经有不少的Prototype展⽰，但对于LuxVue
来说做成卷曲和柔性都显得⽐较困难。如果要制造iWatch之类的产品，屏幕没有⼀定的曲率是⽐较不符合审美的。
现状
说起micro LED的发展现状，正如Nouvoyance现任CEO也是三星OLED⾯板中P排列像素创始⼈Candice Brown-Elliott所说，在苹果收购LuxVue之前只有很少⼈知道和从事该领域，⽽现在已经有很多⼈开始讨论这项技术。
⽽两位Micro-LED技术的专家在去年也曾表⽰，该技术⽔平还很难应⽤⽣产各种实⽤的屏幕⾯板，近期不⼤可能在iPhone、iPad或者iMac产品中看到这项屏幕技术。但对于较⼩的显⽰屏，Micro-LED仍是⼀个可⾏的选择，像Apple Watch等⼩型屏的应⽤。
其实⾃LuxVue被苹果收⼊之后，有看到VerLASE公司宣布获取突破性的⾊彩转换技术专利，这种技术能够让全彩MicroLED阵列适⽤于近眼显⽰器，之后⼀直没有相关报道。最近，LEDinside从最近台湾固态照明研讨会得到消息，Leti、德州⼤学(Texas Tech University)和PlayNitride皆在研讨会上展现⾃⼰的micro LED研发成果。
Leti推出了iLED matrix，其蓝光EQE 9.5%，亮度可达107 Cd/m2；绿光EQE 5.9%，亮度可达108 Cd/m2，采⽤量⼦点实现全彩显⽰，Pitch只有10 um，未来⽬标做到1 um。Leti近程计划从smart lighting切⼊，中程2-3年进⼊HUD和HMD市场，抢搭VR/AR热，远程⽬标是10年内切⼊⼤尺⼨display应⽤。
⽽台湾Play Nitride公布的同样以氮化镓为基础的PixeLEDTM display技术，公司⽬前透过移转技术转移⾄⾯板，转移良率可达99%！
由此可见，Micro LED技术已经有很多企业在跟进，发展速度也在加快。但就苹果本⾝来看，该技术属苹果实验室阶段技术，且苹果本⾝也押宝了许多新兴产业，故未来是否导⼊量产仍有待观察。数据采集板
发展的瓶颈
其实Micro LED的核⼼技术是纳⽶级LED的转运，⽽不是制作LED这个技术本⾝。由于晶格匹配的原
因，LED微器件必须先在蓝宝⽯类的基板上通过分⼦束外延的⽣长出来。⽽做成显⽰器，必须要把LED发光微器件转移到玻璃基板上。由于制作LED微器件的蓝宝⽯基板尺⼨基本上就是硅晶元的尺⼨，⽽制作显⽰器则是尺⼨⼤得多的玻璃基板，因此必然需要进⾏多次转运。
对于微器件的多次转运技术难度都是特别⾼，⽽⽤在追求⾼精度显⽰器的产品上难度就更⼤。通过此前苹果收购Luxvue后公布的获取专利名单也以看出，⼤多都是采⽤电学⽅式完成转运过程，所以说这才是Luxvue的关键核⼼技术
台湾錼创执⾏长李允⽴近⽇也表⽰："Micro LED成功关键有⼆：⼀是苹果、三星这些品牌⼚的意愿；⼆是晶⽚搬动技术，⼀次搬运数百万颗超⼩LED晶⽚，有门槛要克服。“
其实，Micro LED还⾯临第三个问题，即全彩化、良率、发光波长⼀致性问题。单⾊Micro LED阵列通过倒装结构封装和驱动IC贴合就可以实现，但RGB阵列需要分次转贴红、蓝、绿三⾊的晶粒，需要嵌⼊⼏⼗万颗LED晶粒，对于LED晶粒光效、波长的⼀致性、良率要求更⾼，同时分bin的成本⽀出也是阻碍量产的技术瓶颈。
Micro-LED的成长史
LED技术已经发展了近三⼗年，最初只是作为⼀种新型固态照明光源，之后虽应⽤于显⽰领域，却依
然只是幕后英雄——背光模组。如今，LED逐渐从幕后⾛向台前，迎来最蓬勃发展的时期。如今它已多次出现在各种重要场合，在显⽰领域扮演着越来越重要的⾓⾊。
▲图1 LED在①鸟巢②⽔⽴⽅③上海世博会上的应⽤
LED之所以能够成为当前的关注焦点，主要归功于它许多得天独厚的优点。它不仅能够⾃发光，尺⼨⼩，重量轻，亮度⾼，更有着寿命更长，功耗更低，响应时间更快，及可控性更强的优点。这使得LED有着更⼴阔的应⽤范围，并由此诞⽣出更⾼科技的产品。
▲图2 LED ⼤尺⼨显⽰屏（分辨率较低）
▲图3 8×8 LED阵列与micro-LED阵列的对⽐
如今，LED⼤尺⼨显⽰屏已经投⼊应⽤于⼀些⼴告或者装饰墙等。然⽽其像素尺⼨都很⼤，这直接影响了显⽰图像的细腻程度，当观看距离稍近时其显⽰效果差强⼈意。此时，micro-LED display 应运⽽⽣，它不仅有着LED的所有优势，还有着明显的⾼分辨率及便携性等特点。
当前micro-LED display的发展主要有两种趋势。⼀个是索尼公司的主攻⽅向——⼩间距⼤尺⼨⾼分辨率的室内/外显⽰屏。另⼀种则是苹果公司正在推出的可穿戴设备（如Apple Watch），该类设备的显⽰部分要求分辨率⾼、便携性强、功耗低亮度⾼，⽽这些正是micro-LED的优势所在。
Micro-LED display 已经发展了⼗数年，期间世界上多个项⽬组发布成果并促进着相关技术进⼀步发展。例如，2001年⽇本Satoshi Takano团队公布了他们的研究的⼀组micro-LED阵列。
该阵列采⽤⽆源驱动⽅式，且使⽤打线连接像素与驱动电路，并将红绿蓝三个LED芯⽚放置在同⼀个硅反射器上，通过RGB的⽅式实现彩⾊化。该阵列虽初见成效，但也有着不容忽视的缺点，其分辨率与可靠性都还很低，不同LED的正向导通电压差别⽐较⼤[1]。
汽车投影同年，H. X. Jiang团队也同样做出了⼀个⽆源矩驱动的10×10 micro-LED array。这个阵列创新性的使⽤四个公共n电极和100个独⽴p电极。并采⽤复杂的版图设计以尽量最优化连线布局。虽然显⽰效果有⼀定的进步，但没有解决集成能⼒低的问题[2]。
▲图4 H. X. Jiang团队的10×10 阵列连线布局
另⼀个⽐较突出的成果是在2006年由⾹港科技⼤学团队公布的。同样采⽤⽆源驱动，使⽤倒装焊技术集成Micro-LED 阵列[3]。但是同⼀⾏像素的正向导通电压也差别⽐较⼤，⽽且当该列亮起的像素数⽬不同时，像素的亮度也会受到影响，亮度的均匀性还不够好。
▲图5 ⾹港科技⼤学团队成果展⽰
2008年，Z. Y. Fan团队公布另⼀个⽆源驱动的120×120的微阵列，其芯⽚尺⼨为3.2mm×3.2mm，像素尺⼨为20×12µm，像素间隔为22µm。尺⼨⽅⾯已经明显得到优化，但是，依然需要⼤量的打线，版图布局仍然⼗分复杂[4]。
⽽同年Z. Gong团队公布的微阵列，依然采⽤⽆源矩阵驱动，并使⽤倒装焊技术集成。该团队做出了
蓝光（470nm）micro-LED阵列和UV micro-LED（370nm）阵列，并成功通过UV LED阵列激发了绿光和红光量⼦点证明了量⼦点彩⾊化⽅式的可⾏性[5]。
▲图6 UV micro-LED 阵列
▲图7 Micro-LED 阵列与Si-CMOS的集成
此外，在该年，B. R. Rae 团队成功集成了Si-CMOS 电路，该电路可为UV LED提供合适的电脉冲信号，并集成了SPAS （single photo avalanche diode ）探测器，主要应⽤于在便携式荧光寿命读写器。然⽽其驱动能⼒⽐较弱，且⼯作电压很⾼[6]。
2009年，⾹港科技⼤学Z. J. Liu所在团队利⽤UV micro-LED阵列激发红绿蓝三⾊荧光粉，得到了全彩⾊的微LED显⽰芯⽚[7]。2010年该团队分别利⽤红绿蓝三种LED外延⽚制备出360 PPI的微LED显⽰芯⽚[8]，并把三个芯⽚集成在⼀起实现了世界上⾸个去背光源化的全彩⾊微LED投影机[9]。
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