Micro LED技术，即LED微缩化和矩阵化技术，被视为下一代的显示技术，拥有低功耗、高亮度、高对比度、反应时间短、宽色域等特性而广受关注。
1. Micro-LED 简介
Micro LED 是指将微米量级尺寸的发光二极管(LED)，批量转移到基板上，再利用物理沉积完成保护层和电极，最后封装完成，使得LED以矩阵形式高密度集成在一个芯片上，实现显示功能。其中，“微米量级”一般指相邻 LED点间距在 100 微米以下(即 P0.1 以下)。由于采用主动选址驱动，Micro LED显示器件的任何像素都能定址控制并单点驱动发光，即利用垂直交错的正负栅极连接每一个Micro-LED的正负极，依次通电，通过扫描方式点亮Micro-LED进行图形显示。相较于现流行的OLED显示技术，Micro-LED采用传统的氮化镓(GaN)LED技术，可支持更高亮度、高动态范围以及广色域，以实现快速更新率、广视角与更低功耗。表1. Micro LED 与 LCD、OLED性能比较
显示技术 Micro-LED LCD OLED
技术类型 自发光 背光 自发光
亮度(nits) 5000 500 500
色域(NTSC) 140% 70% 110%
视角 大 较大 大
对比度 1,000,000:1 10,000:1 1,000,000:1
功耗 低 高 中等
响应时间 纳秒 毫秒 微秒
寿命 约为LCD的30-40% 高 约为LCD的60-80%
PPI >2000 800 500
厚度(mm) <0.05 >2.5 <1.5
在小间距LED显示技术中，Micro-LED采用的是1-10微米的LED晶体，实现0.05毫米或更小尺寸像素颗粒的显示屏；MiniLED（次毫米发光二极管）则是采用数十微米级的LED晶体，实现0.5-1.2毫米像素颗粒的显示屏；而小间距LED，采用的是亚毫米级LED晶体，最终实现1.0-2.0毫米像素颗粒显示屏。小间距在线观看黄瓜视频是指LED点间距在P2.5（2.5毫米）及以下的在线观看黄瓜视频。
点间距
1.一个像素点中心到另一个像素点中心的距离；
2.点间距越小，最短的观看距离就越小，观众距显示屏的距离可以越近；
3.点间距 = 尺寸 / 尺寸对应的分辨率。
2. Micro-LED 显示原理
（一）像素结构
Micro LED 显示一般采用成熟的多量子阱LED 芯片技术。以典型的InGaN 基LED 芯片为例，Micro LED 像素单元结构从 下往上依次为蓝宝石衬底层、25nm 的GaN 缓冲层、3μm 的N 型GaN 层、包含多周期量子阱(MQW)的有源层、0.25μm 的P 型 GaN 接触层、电流扩展层和P 型电极。像素单元加正向偏电压时，P 型GaN 接触层的空穴和 N 型 GaN 层的电子均向有源层迁移，在有源层电子和空穴发生电荷复合，复合后能量以发光形式释放。与传统 LED 显示屏相比，Micro LED 具有两大特征，一是微缩化，其像素大小和像素间距从毫米级降低至微米级；二是矩阵化和集成化，其器件结构包括CMOS 工艺制备的LED 显示驱动电路和LED 矩阵阵列。
（二）阵列驱动
InGaN 基 Micro LED 的像素单元一般通过以下四个步骤制备：
第一步通过 ICP 刻蚀工艺，刻蚀沟槽至蓝宝石层，在外延片上隔离出分离的长条形GaN 平台。第二步在 GaN 平台上，通过 ICP 刻蚀，确立每个特定尺寸的像素单元。第三步通过剥离工艺， 在 P 型 GaN 接触层上制作 Ni/Au 电流扩展层。第四步通过热沉 积，在 N 型 GaN 层和 P 型 GaN 接触层上制作 Ti/Au 欧姆接触电极。
其中，每一列像素的阴极通过 N 型 GaN 层共阴极连接，每一行像素的阳极则有不同的驱动连接方式，其驱动方式主要包括被动选址驱动(Passive Matrix，简称 PM，又称无源寻址驱动)、主动选址驱动(Active Matrix，简称 AM，又称有源寻址驱动) 和半主动选址驱动三种方式。
图丨Micro-LED像素连接结构（来源：赛迪智库集成电路研究所）
（三）背板键合
从基板材质看，Micro LED 芯片和背板的键合的基材主要有PCB、玻璃和硅基。根据线宽、线距极限的不同，可以搭配不同的背板基材。CMOS 工艺采用键合金属实现 LED 阵列与硅基 CMOS 驱动 背板的电学与物理连接。制作过程中，首先在 CMOS 驱动背板 中通过喷溅工艺热沉积和剥离工艺等形成功能层，再通过倒装焊 设备即可实现 LED 微显示阵列与驱动背板的对接。
3. Micro-LED 生产工艺流程
对于一个Micro-LED显示产品，它的基本构成是TFT基板、超微LED晶粒、驱动IC三部分。从目前Micro-LED主流技术路径来看，Micro-LED制造过程主要包括LED外延片生长、TFT驱动背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量转移四部分组成。Micro-LED的外延关键技术包括三个：波长均匀性一致性、缺陷和Particle的控制、外延面积的有效利用。
Micro的芯片关键技术包括五个：Sub微米级的工艺线宽控制、芯片侧面漏电保护、衬底剥离技术（批量芯片转移）、阵列键合技术（阵列转移键合）、巨量测试技术。
其中的四个关键步骤尤为重要，包括：微缩制程技术、巨量转移技术、键结技术(Bonding)、彩色化方案，其中又以微缩制程与转移技术最为棘手。
（一）核心工艺——芯片制备
与 LED 显示相同，Micro LED 芯片一般采用刻蚀和外延生长(Epitaxy，又称磊晶)的方式制备。
芯片制作流程主要包括以下几步。一是衬底制备，用有机溶剂和酸液清洗蓝宝石衬底后，采用干法刻蚀制备出图形化蓝宝石衬底。二是中间层制备，利用MOCVD 进行气相外延，在高温条件下分别进行 GaN 缓冲层、N型 GaN 层、多层量子阱、P 型 GaN 层生长制备。三是台阶刻蚀， 在外延片表面形成图形化光刻胶，之后利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)工艺刻蚀到 N 型 GaN 层。四是导电层制备，在样品表面溅射氧化铟锡(ITO)导电层，光刻形成图形化 ITO 导电层。五是绝缘层制备，利用等离子体增强化学的气相沉积法 (PECVD)沉积形成 SiO2 绝缘层，之后经光刻和湿法刻蚀。最后是电极制备，采用剥离法等方法制备出图形化光刻胶，电子束蒸 发 Au 后利用高压剥离机对光刻胶进行剥离。
（二）核心工艺——巨量转移
Micro LED 的薄膜转移主要有物理转移和化学转移两种方法：
物理转移方法主要包括以 LuxVue （2014年被苹果收购）为代表的静电吸附转移技术——利用静电作用力，将 Micro LED芯片吸附到基板上；
化学转移方法主要包括以 X-Celeprint 为代表的微转移打印技术[μTP 技术]——使用弹性印模(stamp)结合高精度运动控制打印头，通过控制打印头速度调整弹性印模和被转移Micro LED 芯片间的范德华力，有选择地拾取 Micro LED芯片并将其打印到目标基板上。
巨量移转技术为目前各大厂的专利布局重点，集中在静电吸附、范德华力转印、流体组装、激光剥离、电磁力/磁力、黏附层、真空吸附。
（三）核心工艺——键接技术
Micro-LED与TFT驱动背板的连接方式，主要研究方向有芯片焊接（chip bonding）、外延焊接（wafer bonding）和薄膜连接（thin film bonding）。
（四）核心工艺——彩色化方案
RGB-LED全彩显示显示原理主要是基于三原色（红、绿、蓝）调色基本原理。众所周知，RGB三原色经过一定的配比可以合成自然界中绝大部分色彩。同理，对红色-、绿色-、蓝色-LED，施以不同的电流即可控制其亮度值，从而实现三原色的组合，达到全彩色显示的效果，这是目前LED大屏幕所普遍采用的方法。
4. Micro-LED Challenges
Micro-LED 在生产上，面临着很高的设备成本以及竞争压力，需要一段时间的发展以及更好的效果产品呈现，才可以被市场更好的接受。在技术问题上，Micro-LEDs有着很多技术挑战，具体的技术难点可以总结为两个方面：
Micro-LED制备需将传统LED阵列化、微缩化后定址巨量转移到电路基板上，形成超小间距LED，以实现高分辨率。整个制程对转移过程要求极高，良率需达99.9999%，精度需控制在正负0.5μm内，难度极高，需要更加精细化的操作技术；
一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量级大幅提高，需要新巨量转移技术满足这一要求。以一个4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗（以4000 x 2000 x RGB三色计算），即使一次转移1万颗，也需要重复2400次。
Micro-LED 在作为显示器件的产品应用方面，从目前技术发展阶段看，Micro LED 在超大尺寸显示器市场成本优势并不明显，由于该技术更容易实现高像素密度，兼具发光效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点，与其它显示技术相比在智能手表(手环)、虚拟现实显示等可穿戴设备领域的竞争优势明显。
表2. Micro-LED 各技术环节代表企业
芯片制备 巨量转移 Micro-LED 面板 终端
Glo X-celeprint mLED 京东方 苹果
三案 LuxVue Leti 群创 索尼
晶元 MikroMesa III-N LG 三星
镎创 ALLOS 镎创 友达 群创
在CES 2020上，三星、LG、TCL、SONY、康佳等都发布了其最新的MicroLED、QLED 8K和生活方式电视系列新品。据天风国际证券分析师郭明錤研究报告，Apple正在计划4–6款mini LED产品，这也会大大推动micro-LED 相关技术应用的布局发展。
目前，Micro-LED的量产仍有待推进，从目前来看，生产可行性和经济成本限制了其应用范围。但从长远来看，随着关键技术的突破，Micro LED 或将全面进入显示领域。Gartner 预测，2018年全球可穿戴市场规模有望达到 83 亿美元，因此也将带动 Micro LED 显示技术进入规模发展期。
同时，Micro LED 使用微米级的 LED 芯片，显示器件开口率可以非常小，从而有利于制作增强现实产品(AR)需要的透明显示器，发展透明显示将是未来 Micro LED 发展的重要方向之一。
