Micro LED制造工艺中四大关键技术难点

随着显示技术的不断发展，Micro LED作为一种新兴的显示技术，因其高亮度、高对比度、低功耗等优点，受到了广泛关注。为了实现Micro LED技术的产业化，外延生长、巨量转移技术、驱动技术以及全彩显示等四大关键技术至关重要，这些技术的发展和突破对于实现Micro LED的商业化应用具有重要意义。美能显示，作为专注于研发显示行业精密高效检测设备的企业，深度参与到这场技术变革之中，致力于凭借自身专业优势为Micro LED技术突破贡献力量，推动其从实验室走向大规模应用，开启显示技术新纪元。

Micro LED制备主要工艺流程

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外延生长结构设计

由于Micro LED器件的性能高度依赖外延技术，随着发光芯片尺寸的减小，外延质量对性能的影响变得更加突显。首先，传统检测技术已无法满足产品质检和用户深度体验要求，在对外延波长的一致性、均匀性和位错密度的控制需要进一步优化。一般要求发光波长控制在1nm以下，衬底的弯曲度应小于50μm。其次，杂质粒子和缺陷问题需要通过进一步改善工艺来控制，以最大程度减少外延结构内的缺陷颗粒数量。其中，缺陷颗粒的数量应控制在0.2/cm2以下。

另外，Micro LED在小电流密度注入条件下存在光效率问题，因为缺陷导致其峰值效率通常低于10%。而Micro LED通常需要匹配非常低的电流密度，这会导致较高的功耗比例，如下图所示。

氮化物LED的典型效率曲线及典型结构

外延的波长均匀性和缺陷密度直接影响屏幕的色彩表现，从而影响到视觉感受，同时增加后续芯片排布和筛选的成本。

蓝宝石衬底是氮化物外延中最常用的材料，具备成熟的工艺和良好的稳定性。然而由于蓝宝石与氮化物之间存在较大的品格失配和热失配问题，会对器件的性能产生影响。因此，在Micro LED技术的发展过程中，外延技术的改进和缺陷处理是至关重要的，这将直接影响到Micro LED器件的性能和可靠性。

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芯片制备中的尺寸效应

随着LED芯片尺寸的减小和表面积的减小，ICP（Inductively Coupled Plasma）刻蚀损伤区域与有源区的比例增加，刻蚀过程中形成的缺陷也更多。这将导致非辐射SRH（Shockley-Read-Hall，肖克利-里德-霍尔）复合率的增加，从而降低发光效率，如下图所示。

RGB芯片尺寸减小与量子效率降低对照图

同时，侧壁损伤区域也存在漏电风险，进一步降低了芯片的可靠性。

为了解决这些问题，需要采取一系列的技术措施，如优化ICP刻蚀过程、改进外延生长工艺、增强侧壁保护等，以降低损伤和缺陷的形成，并提高发光效率和器件可靠性。这些技术措施对于实现高质量的Micro LED显示具有重要意义，并为Micro LED技术的进一步发展提供了指导和支持。

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全彩化研究

在Micro LED直显市场，仍以下述方案为全彩化主流。即先以A1GaInP和GaN材料生产RGB三色Micro LED芯片，再采用巨量转移技术将MicroLED芯片转移至驱动基板，实现单色或RGB全彩显示。

单基色Micro LED实现全彩化的方案主要有两种，一种是通过光学透镜合成，采用透镜与控制板连接，将不同单基色RGB显示屏的子画面合成，然后利用驱动面板进行图片信号的传输，进而对三色Micro-LED阵列的亮度进行调整以实现彩色化，并与光学投影镜头连接，以此实现微投影，原理如下图所示：

光学透镜合成法原理图

光学透镜合成法只需要转移单基色Micro LED，不涉及RGB LED巨量转移的选择性转移问题，理论而言实现更简单，但光学透镜合成法光路系统复杂，且无法集成在手机、可穿戴设备的显示屏上，现阶段只适合于投影显示等。

另一种单基色Micro LED全彩化是通过色彩转换法采用短波长Micro LED（紫外或蓝光）加发光介质的方法来实现全彩化。发光介质大致有两类：量子点、荧光粉。其中，量子点是一种纳米级尺寸的纳米品，如硫化镉(CdS)量子点和硒化镉(CdSe)量子点等，通过控制量子点的尺寸使其对应发出不同波长的光，因此量子点发射光谱范围覆盖较广，且量子点发射光谱的半峰宽较窄，可有效提升显示屏的色彩饱和度。因此，量子点Micro LED显示技术也成为行业（特别是穿戴式 Micro LED显示领域）研究的热点。

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巨量转移技术

实现MicroLED与电路驱动结合的显示阵列，需要对MicroLED芯片进行多次巨量转移（至少需要从蓝宝石衬底→临时衬底→新衬底），且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求高。对于RGB全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将R/G/B芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。

Micro LED芯片的厚度仅为几微米，将其精确地放置在目标衬底上的难度极高，且芯片尺寸及芯片间距都很小，要将芯片连上电路也是一个巨大的挑战。

目前主流巨量转移技术主要有静电力印章、磁力印章、弾性印章、激光辅助转移、流体自组装、滚轮转印等方式。

主流巨量转移技术方案对照

静电力印章（左）和磁力印章（右）原理示意图

弹性印章（左）和激光转移（右）原理示意图

流体自组装（左）和滚轮转印（右）原理示意图

其中弹性印章转移经由众多研究者努力已发展为较为成熟的转移技术。激光辅助转移技术难度大，工艺制程要求更为严苛，其转移良率高、速度快等特点吸引了大量产业界学术界研究者的目光，被认为是最具商业化潜力的转移技术。

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显示驱动系统集成研究

Micro LED是电流驱动型发光器件，其驱动方式一般有两种模式，无源选址驱动（PM:Passive Matrix，又称无源寻址、被动寻址、无源驱动等）与有源选址驱动（AM: Active Matrix，又称有源寻址、主动寻址、有源驱动等）。想要匹配Micro LED芯片达到更好出光效果，需要设计相应驱动电路并集成在一起，才能实施独立驱动，Micro LED应用场景与驱动方式匹配关系如下图所示。

Micro LED显示屏的主要应用场景、显示面积、像素密度及最佳驱动方式

从产业化及成本角度考虑，开发适合的TFT以匹配Micro LED是当前阶段较为可行的方案。

综上所述，Micro LED技术的产业化之路充满了挑战，但也充满了机遇。通过不断优化外延生长工艺、突破巨量转移技术的瓶颈、开发高效的显示驱动系统以及探索全彩化的创新方案，Micro LED技术有望在未来的显示市场中占据重要地位。美能显示也将在这一进程中持续助力行业前行，成为推动显示技术进步的坚实后盾，与众多企业携手共创显示科技的璀璨未来。

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