Micro-LED显示的发展与技术研究

何宏玉

（南京洛普股份有限公司，江苏 南京 210000）

1 Micro-LED显示概述

1.1 Micro-LED显示技术的原理

Micro-LED显示技术是指以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。由于Micro-LED显示芯片尺寸小、集成度高和自发光等特点，与LCD、OLED显示相比在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。Micro-LED显示技术使用的显示设备多为细小的电子器件，通常使用的电子器件大小都在50 μm以下，通过电子器件组成发光矩阵来达到显示的效果。由于Micro-LED显示技术具有显示质量高、使用寿命长等众多优点，因而Micro-LED显示技术受到全球相关研究人员和学者的关注，未来Micro-LED显示技术也将会成为全球显示领域的重点技术得到发展和推广。

1.2 Micro-LED显示技术的优势

Micro-LED显示技术的优势主要体现在以下几点。第一点是Micro-LED显示技术的节能效益，使用Micro-LED显示技术能够起到非常好的节能效果；第二点Micro-LED显示技术的使用寿命与传统显示设备相比具有非常大的优势，Micro-LED显示技术的使用寿命可达到10×104小时，而传统显示设备的使用寿命一般在数百至数千小时，很少能超过1万小时，不足Micro-LED显示技术的十分之一。同时Micro-LED显示技术还能够根据实际使用情况来调节不同的发光亮度，因此Micro-LED显示技术的使用寿命远比传统显示设备长；第三点是Micro-LED显示技术的环保性更强。随着时代的发展，现在人们更加注重自然环境的保护工作，Micro-LED显示技术的光谱中不包括紫外线和红外线等容易造成污染现象的光，因此使用Micro-LED显示技术会带来的辐射非常小，因此Micro-LED显示技术还具有非常好的环保效果，符合我国推行的绿色可持续性发展战略；第四点是Micro-LED显示技术与LCD、OLED等其他显示设备相比，Micro-LED显示技术自身无论是在亮度、清晰度、可视角度方面都具有非常大的优势，因此未来Micro-LED显示技术将会成为显示领域发展的必然趋势，逐渐成为未来市场环境中主流的显示技术且被各行业加以运用。

2 Micro-LED显示的发展历程

Micro-LED显示技术是由传统的LED显示技术逐渐研发而来，传统的LED就是指发光二极管，主要是由含镓、砷、磷、氮等的化合物材料制成。发光二极管的发光原理是发光二极管上带有PN结，N极带有电子而P极带有空穴，当向PN结上施加一定的正向电压后，游离电子会通过PN结流向空穴，当电子与空穴复合时，通过辐射效果能够发射出可见光，以此来起到显示和照明效果。由于发光二极管具有良好的节能效益，因此目前已经被全球各个国家广泛加以运用。

随着科技水平的不断升级，传统LED技术已经无法满足人们的实际需求，而Micro-LED显示技术也随之诞生，Micro-LED显示技术与传统的LED相比具有更高的显示质量和精确度，通过Micro-LED显示技术显示出的内容像素也比传统的LED技术更高。1999年美国相关科研人员首次在科研文章中针对Micro-LED显示技术进行分析和阐述，这也是Micro-LED显示技术首次问世并得到广泛关注。而Micro-LED显示技术在提出后也获得很多研究人员的高度重视和深入研究，在2001年部分学者和研究人员针对Micro-LED显示技术提出通过无源驱动加以利用，并构建出蓝光Micro-LED显示技术矩阵并投入使用；而在2006年，在无源驱动蓝光Micro-LED显示技术矩阵的基础上，我国科研人员研发出有源驱动的蓝光Micro-LED显示技术矩阵，通过倒扣焊接的形式将无源驱动蓝光Micro-LED显示技术矩阵加以集成，并在2009年成功申请关于Micro-LED显示技术的世界专利。而随着时间的推移，针对Micro-LED显示技术的研究也逐渐深入，索尼公司、香港科技大学、哥伦比亚大学分别针对Micro-LED显示技术提出了新的创新和实验，针对Micro-LED显示技术的研究也逐渐步入智能化、先进化。目前全球研究人员已经针对Micro-LED显示技术的集成化、智能化、微缩化和全彩色化进行更深入研究，全球范围内的Micro-LED显示技术已经得到非常快速的发展，使用的Micro-LED显示技术也愈发趋近于成熟。

3 Micro-LED显示的关键技术

3.1 芯片技术

Micro-LED显示技术的芯片设备是整体显示质量的关键影响因素。目前市场环境中的Micro-LED产品主要利用GaN（氮化镓）芯片作为主要显示芯片，而GaN芯片在实际使用中存在逐渐萎缩化，导致自身发光效率和性能下降。未来Micro-LED显示技术有着集成化和微缩化的趋势。在尺寸缩小的情况下，GaN芯片无法继续满足Micro-LED显示技术运用中所需的高发光显示效率。部分研究人员发现：当GaN芯片自身的尺寸小于50μm时，GaN芯片存在部分无法正常发光的情况。针对GaN芯片在实际使用中存在的此类问题，南昌大学的研究学者对此加以优化，通过InGaN芯片作为Micro-LED显示技术的主要芯片加以使用，有效提高了Micro-LED显示技术的质量和实际发光效率。

3.2 背板技术

背板是Micro-LED显示技术应用场景中的主要设备之一。目前市场环境中常见的Micro-LED产品主要使用两种不同的背板设备：印刷电路板设备或玻璃材料制成的基板。印刷电路板设备存在易发生卷曲的问题，由于Micro-LED显示技术自身的微缩化趋势，导致其芯片设备非常微小。而当使用印刷电路背板所构成的设备时，由于能量的转移和印刷电路背板设备自身存在的膨胀收缩率，背板设备非常容易出现弯曲、翘起等现象，影响整体印刷电路背板设备的自身稳定性，从而导致产品无法正常使用，影响芯片的正常能量转移效果。相比较之下，玻璃基板能够保持非常好的稳定性和转移质量。但玻璃基板存在着非常高的制作精度和工艺技术需求。由于玻璃基板的尺寸非常小，因此往往需要通过光刻技术进行制作与生产。由于精确度要求高、操作难度大，这种加工技术的应用还不是很广泛，进而在一定程度上影响了Micro-LED显示技术的推广和应用。在未来，随着科技水平的提升，玻璃基板将会成为Micro-LED显示技术使用的主要背板材料。因此，针对玻璃基板的制作、加工工艺技术，需要相关人员加以重视，并进行深入研究。

3.3 全彩化技术

全彩化，即Micro-LED显示技术对于实际实现色彩上的丰富程度。目前全球范围内，Micro-LED显示技术全彩化的实现技术主要包括以下几种：第一种是三色RGB技术，主要是指将红色、绿色和蓝色三种LED芯片放在背板设备上，通过三种不同颜色的芯片进行控制，以此实现显示效果的全彩化处理，由于红色、绿色和蓝色是色彩的三基色，因此通过这三种不同颜色就能够实现对所有色彩的合成与呈现，以此来实现Micro-LED显示技术的全彩化；第二种方式是透镜合成技术，该项技术旨在对Micro-LED显示使用的芯片加以更换，构建出能够发出红色、绿色和蓝色光线的Micro-LED，后通过透镜成像的原理来构建不同色彩。透镜合成技术在实际应用中需要使用投影仪设备，同时对其光利用效率有着较高要求。透镜合成技术与三色RGB技术在原理上存在一定的相似性；第三种方式是特殊结构法，旨在对Micro-LED所使用的芯片材料进行特殊处理，通常是在芯片设备中设计出相应的阻挡层，通过阻挡层达到对电流实际密度的控制，进而控制Micro-LED中载流子的实际注入和分布情况。通过此种方法，能够实现对不同波长光线的固定发射，并通过不同波长来实现对Micro-LED显示的全彩化。目前特殊处理技术还处于研发阶段，在实际应用中仍然存在比较多的问题，暂无法真正投入到Micro-LED显示应用中。因此，针对特殊处理技术仍需要相关研究人员加以研发和设计。

3.4 巨量转移技术

巨量转移是Micro-LED显示技术实现全彩化的重要技术，全彩化能够为Micro-LED显示带来更多的优势和帮助，而由于目前科技水平的制约导致全彩化Micro-LED显示技术存在稳定性不足、效率低等缺点，Micro-LED显示技术在实际使用中需要通过巨量转移技术将不同颜色的Micro-LED进行精确转移，而Micro-LED的数量多、个体尺寸小因此导致在实际转移过程中无法有效对全部Micro-LED进行精确转移，而通过巨量转移技术能够有效改善此类问题。目前研究人员研发出利用聚二甲基硅氧烷作为材料进行转移Micro-LED，能够实现Micro-LED的巨量转移，而知名的苹果公司也推出新型的巨量转移技术，通过静电转移阵列的方式将大量Micro-LED进行精确转移和放置，形成Micro-LED阵列加以转移。目前外国某公司研发出了激光转移，转移速度能够达到每小时上百万颗Micro-LED，由于激光转移的高效性，全球各地的研究人员都将激光转移作为未来发展的研究对象。随着科技的发展，电磁转移技术、流体转移技术等不同类型的巨量转移技术也得到更多的重视，而巨量转移技术也在持续的研发中愈发先进，转移效率也逐渐提高，巨量转移技术是实现Micro-LED显示技术全彩化的重要技术，因此对于Micro-LED显示技术的未来发展和应用具有重要意义。

4 结束语

综上所述，Micro-LED显示技术是未来全球显示领域的关键技术之一，同时也相关研究人员未来需要持续不断研发的关键。通过对Micro-LED显示技术的发展历史和关键技术加以深入回顾与研究，可有效提高后续研发效率，促进Micro-LED显示技术的集成化、微缩化、智能化发展。