有关微缩化LED显示的关键技术研究进展

　　国内外针对微缩化LED显示的关键技术研究进展如下。

　　01 微缩制程

　　微缩制程的侧壁缺陷导致Micro-LED的发光面积大幅降低，如图5所示，使其外量子效率由常规LED的35%左右，下降至10%甚至2%，其原因是边缘漏电导致非辐射跃迁。为了克服不同机制的漏电，可以从材料、结构等多角度提出不同的方法。例如，可以借鉴半导体技术如分辨率增强技术来实现，其中包括了光学邻近校正、离轴照明、次分辨率辅助图形和移相掩模等方法。

　　02 巨量转移技术

　　大尺寸LED的常规转移方式为真空吸附，然而真空管存在物理极限尺寸，最大只能抓取约80μm的LED颗粒，对于单颗像素小于50μm的Micro-LED而言，真空吸附的方式不再适用。巨量转移主要的技术包括静电力释放技术，范德华力技术，磁力吸附和释放技术，激光图形化释放技术，自主装(流体力)技术和转印技术，见图6。

　　科研工作者对弹性印章研究的时间最长，早在2000年就有专家学者利用PDMS作为印章材料，转印微米级图形。印章转移印刷实现了革命性的制造策略，其中首先将LED组装成微型化的微型系统“光引擎”，然后进行微转移印刷并直接互连到金属化的大幅面板上。行业内多使用弹性印章的方式做转移，是目前的一种主流转移技术。激光辅助转移工艺在灵活性、可靠性、可量产性等方面相对其他技术方案有优势，尤其是可以兼容修复工艺，所以目前是被行业给予厚望的重要路线。印章转移的方案，核心是弱化结构芯片的工艺制备和PDMS材料的选取，配合激光辅助转移，使得该种巨量转移方案可以兼顾转移和修复，可以兼容多种设计和多种尺寸芯片，在设备成本和耗材成本方面有显著优势，具有更多的灵活性，见图七。

　　03 键合技术

　　2019年，JBD发布了5000 DPI Micro-LED微显示器件，如图 8所示，采用的是单片集成技术，其像素间距为5μm，分辨率1280×720，由PWM IC背板设计供电。该产品可适用于AR、VR、微型投影仪和其它移动显示应用。此外， JBD还发布了世界上最小的显示面板( 3.3 mm)，如图9所示。其像素密度为6350 DPI，像素间距4μm。用此款Micro-LED微显示面板做投影机光引擎，体积可小至0.45 cm3。内置RAM，且像素可根据需要更新，面板功耗约20 mW。这种具备低成本优势的面板非常适合近眼提示信息类 AR、运动光学以及瞄准器类应用。

　　美国的德克萨斯理工大学在 2011年《应用物理快报》上发表成果，用GaN蓝宝石基板和硅基驱动基板，通过倒装焊进行电气互联，像素周期是15μm×15μm，分辨率640×480，单绿色样品。

　　Chen CJ等人采用铟-铟倒装焊工艺连接Si CMOS IC和蓝宝石基LED，成功研制出了分辨率960×540的单色(蓝光)有源Micro-LED微显示器件( 1.4 cm)，其剖面结构如图11所示。除了铟-铟倒装焊连接外， Templier等人通过在CMOS驱动芯片上制备微型管状结构(micro-tube)用于倒装连接也成功制备了硅基Micro-LED微显示器件，如图12所示，其分辨率为873×500。