micro led技术原理及简介（micro led功能特性和优势及发展前景）

　　Micro LED简介

　　MicroLED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。2017年5月，苹果已经开始新一代显示技术的开发。2018年2月，三星在CES2018上推出了MicroLED电视。

　　Micro LED功能特性

　　microLED比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。microLED出色的特性将使得它可以在电视、iPhone、iPad上应用。

　　Micro LED历史

　　说起Micro LED，先得从显示TFT-LCD背光模组应用说起。在1990年代TFT-LCD开始蓬勃发展时，因LED具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点，部分厂商就利用LED做背光源。然而因成本过高、散热不佳、光电效率低等因素，并未大量应用于TFT-LCD产品中。

　　直到2000年，蓝光LED芯片刺激荧光粉制成白光LED技术的制程、效能、成本开始逐渐成熟;当进入2008年，白光LED背光模组呈现爆发性的成长，几年间几乎全面取代了CCFL，其应用领域由手机、平板电脑、笔电、台式显示器 乃至电视等等。

　　然而，因TFT-LCD非自发光的显示原理所致，其open cell穿透率约在7%以下，造成TFT-LCD的光电效率低落;且白光LED所能提供的色饱和度仍不如三原色LED，大部分TFT-LCD产品约仅72%NTSC;再则，于室外环境下，TFT-LCD亮度无法提升至1000nits以上，致使影像和色彩辨识度低，为其一大应用缺陷。故另一种直接利用三原色LED做为自发光显示点画素的LED Display或Micro LED Display的技术也正在发展中。

　　micro led技术原理

　　MicroLEDDisplay的显示原理，是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1~10μm等级左右;后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的MicroLED显示。

　　而要制成显示器 ，其晶片表面必须制作成如同LED显示器 般之阵列结构，且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构，MicroLED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术。

　　黏贴完成后MicroLED能藉由整合微透镜阵列，提高亮度及对比度。MicroLED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗MicroLED的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮MicroLED以显示影像。

　　MicroLED典型结构是一PN接面二极管，由直接能隙半导体材料构成。当对MicroLED上下电极施加一正向偏压，致使电流通过时，电子、空穴对于主动区复合，发射出单一色光。MicroLED光谱主波长的FWHM约20nm，可提供极高的色饱和度，通常可》120%NTSC。

　　而且自2008年以后，LED光电转换效率得到了大幅提高，100lm/W以上已成量产标准。因此对于MicroLED显示的应用，因其自发光的显示特性，搭配几乎无光耗元件的简易结构，就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器 设计。

　　这样可解决目前显示器 应用的两大问题，一是穿戴型装置、手机、平板等设备的80%以上的能耗在于显示器 上，低能耗的显示器 技术可提供更长的电池续航力;二是环境光较强致使显示器 上的影像泛白、辨识度变差的问题，高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。

　　Micro LED优势

　　高亮度、低功耗、超高解析度与色彩饱和度。MicrolED最大的优势都来自于它最大的特点，微米等级的间距，每一点画素(pixel)都能定址控制及单点驱动发光。比起其他LED，发光效率上，目前MICROLED最高，且还在大幅提升空间;发光能量密度上，MICROLED最高，且还有提升空间。——前者，有利于显示设备的节能，其功率消耗量约为LCD的10%、OLED的50%;后者则可以节约显示设备有限的表面积，并部署更多的传感器，目前的理论结果是，MICROLED和OLEDD比较，达到同等显示器 亮度，只需要后者10%左右的涂覆面积。与同样是自发光显示的OLED相较之下，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500PPI(像素密度)，相当于AppleWatch采用OLED面板达到300PPI的5倍之多。

　　寿命长。由于Micro-LED使用无机材料，且结构简易，几乎无光耗，它的使用寿命非常长。这一点是OLED无法相比的，OLED作为有机材料、有机物质，有其固有缺陷——即寿命和稳定性，难以媲美无机材料的QLED和MICROLED。

　　能够适应各种尺寸。

　　成本降低空间大。目前微投影技术以数位光线处理(DigitalLightProcessing，DLP)、反射式硅基板液晶显示(LiquidCrystalonSilicon，LCoS)、微机电系统扫描(MEMSScanning)叁种技术为主，但这叁种技术都须使用外加光源，使得模组体积不易进一步缩小，成本也较高。相较之下，採用自发光的MicroLED微显示器 ，不须外加光源，光学系统较简单，因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势.

　　应用范畴广。MicroLED解决了几大问题，一个是消费型平板包括智能手机、可穿戴设备80%的能耗都在显示器 上，低能耗的MicroLED显示器 将大大延长电池续航能力，对于MicroLED显示的应用，因其自发光的显示特性，搭配几乎无光耗元件的简易结构，就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器 设计。二是环境光较强致使显示器 上的影像泛白、辨识度变差的问题，MicroLED高亮度的显示技术可以轻松解决这个问题，使其应用的范畴更加宽广。

　　Micro LED产业链如何

　　对于一个MicroLED显示产品，他的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三大块。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。因此，台湾工研院认为，他们具有整条产业链的优势。

　　但是，具有同样产业基础的地区还包括韩国、我国大陆、日本。其中日本在上游材料和设备上的领先性和完善度，要远超过我国台湾地区。不过，日本同仁对MicroLED的兴趣可没有台系产业那么高涨。

　　为什么其它具有相当或者更好产业基础的地区，在MicroLED的热情上低于台系呢?答案分成两个层次：第一是，大陆、韩国和日本显示企业，现在最忙的事情是OLED。第二，MicroLED有一个其他电子行业几乎不会用到的高难度工艺——巨量微转移(也叫巨量转移)。台湾MicroLED产业最大的动作之一，即是2016年12月以台湾工研院为牵头单位，成立“巨量微转移”产业联盟。

　　“巨量转移”是一个什么技术呢?简单说就是在指甲盖大小的TFT电路基板上，按照光学和电气学的必要规范，均匀焊接三五百，甚至更多个红绿蓝三原色LED微小晶粒，且允许的工艺失败率是有几十万分之一。——只有达到这样工艺的产品，才能真正应用到AppleWatch3等产品上。

　　对于MicroLED的工艺问题，很多人认为，可以从传统LED屏中摄取经验。但是，MicroLED与传统led显示产品差别巨大。与传统LED显示屏比较，MicroLED的差别主要在于：1.精密程度数十倍的提升;2.集成工艺从直插、表贴、COB封装等变成了“巨量微转移”;3.缺陷可修复性几乎为零;4.背板从印刷电路板，变成了液晶和OLED显示所使用的TFT基板，或者CPU与内存所采用的单晶硅基板。

　　即与传统LED显示屏比较，MicroLED在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样——所以，可以看到MicroLED产品的火热没有得到任何一个传统LED大屏厂商的表态。

　　事实上，除了晶粒、TFT背板、IC这些“元组建”，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)等之外，MicroLED正真的核心则是“如何将这些元件集成”，即“巨量转移”技术。后者是整个行业的命门。如果有企业要牵头MicroLED产品，最需要的即是从这里入手。

　　对此，目前比较确切的消息是：今年2月份MikroMesa与重庆惠科携手打造了两岸首座MicroLED面板实验室的合作。该实验室计划在今年底完工，2018年制造出全彩色MicroLED样品。MikroMesa目前在LED微晶粒上具有领先的研发技术，传闻能做到3UM。惠科则建设有A-SILCD生产线，具有TFT背板等方面的技术资源。二者合作的目的是，利用近可能现成的资源突破“巨量转移”技术。

　　不过，即便是这种比较深入的项目其对MicroLED的产业时间表预期亦不能乐观：2018年实现全彩样品，距离真实商业应用还有多远依然不好说。以OLED为例，实现全彩，到目前手机行业的大规模认可，中间走了二十余年。且，惠科、MikroMesa都是显示圈新手，二者关注MicroLED颇有企图“四两拨千斤”弯道超车之意。

　　综上所述，从元件角度看，MicroLED在TFT、IC、LED晶粒上都不具有难度;但是从工艺和产业进程看，巨量转移横亘在MicroLED愿景与现实之间，短期难以彻底跨越。

　　Micro LED应用前景广泛

　　目前如果考虑现有技术能力，Micro-LED有两大应用方向，一是可穿戴市场，以苹果为代表，据传苹果将在新一代的苹果手表和iPhone上使用Micro-LED技术，并且有望在2018年推出Micro LED穿戴设备。;二是超大尺寸电视市场，以Sony为代表，今年，索尼在CES上展示的Micro-LED cledis已在分辨率、亮度、对比度都具有优良的性能。

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