盡管固態(tài)照明迅速發(fā)展，但是顯示屏的背光仍然是LED的實(shí)質(zhì)性市場(chǎng)。十多年來(lái)，屏幕都是由這些設(shè)備進(jìn)行顯示的最初這些設(shè)備被放置在傳統(tǒng)的封裝中，最近更多地是在芯片級(jí)的封裝中，而且它們現(xiàn)在是LCD的背光源。

LED封裝的一個(gè)最成功案例是作為大型視頻廣告牌中的光源，比如在體育場(chǎng)館、商場(chǎng)等。根據(jù)顯示屏的尺寸和分辨率，包含紅色、綠色和藍(lán)色芯片的分立封裝LED形成單個(gè)像素，間距通常為1 mm至40 mm。

截止今日，LED都沒(méi)有被用作為小間距顯示屏中的直接發(fā)光元件，即像素。這種現(xiàn)象是由許多問(wèn)題造成的，包括成本和制造可行性。但是，使用MicroLED和亞毫米像素間距生產(chǎn)顯示屏的想法可以追溯到LED起步時(shí)期。

在過(guò)去五年中，開(kāi)發(fā)基于MicroLED的顯示器興趣大增，尤其是2014年蘋果公司收購(gòu)Luxvue之后。去年10月，F(xiàn)acebook收購(gòu)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)公司Oculus；而今年5月，夏普收購(gòu)了另外一家MicroLED的新創(chuàng)公司eLux，以及最近Google注資瑞典Micro LED制造商Glo。

鑒于這些收購(gòu)，證明microLED不只僅是停留在實(shí)驗(yàn)室。那么，這些大品牌為什么對(duì)這項(xiàng)技術(shù)這么感興趣呢？因?yàn)閙icroLED可以將獨(dú)立的紅色、綠色和藍(lán)色子像素作為獨(dú)立可控的光源，能夠形成具有高對(duì)比度、高速和寬視角的顯示器。

事實(shí)上，MicroLED顯示器比OLED的對(duì)手要強(qiáng)很多，因?yàn)镸icroLED有更寬的色域、帶來(lái)更高的亮度、更低的功耗、更長(zhǎng)的使用壽命、更強(qiáng)的耐用性和更好的環(huán)境穩(wěn)定性。此外，如蘋果最近的專利文件所示，MicroLED可以集成傳感器和電路，實(shí)現(xiàn)具有嵌入式感測(cè)功能的薄型顯示器，如指紋識(shí)別和手勢(shì)控制。

雖然MicroLED仍然還未進(jìn)入市場(chǎng)，但是它們還不只是停留在紙上的想法。在2012年1月的“International CES”上，索尼就展出了1920×1080像素的55英寸MicroLED顯示器，包含620萬(wàn)個(gè)子像素，每個(gè)都是可獨(dú)立控制的MicroLED芯片，受到媒體的強(qiáng)烈關(guān)注。但是，索尼對(duì)于商業(yè)化還沒(méi)有給出時(shí)間表，到目前為止，沒(méi)有一臺(tái)microLED電視機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)。

MicroLED本質(zhì)上是一項(xiàng)很復(fù)雜的技術(shù)

今天，MicroLED還沒(méi)有一個(gè)普遍認(rèn)可的定義。但是，一般來(lái)說(shuō)，MicroLED被認(rèn)為是總表面小于2500 mm2的LED芯片。這相當(dāng)于是50mm×50mm的正方形，或直徑為55mm的圓形芯片。 根據(jù)這一定義，microLED今天已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上了： 索尼在2016年再次亮相，采用小間距大型LED視頻墻的形式，傳統(tǒng)的LED封裝由MicroLED替代。

制造MicroLED顯示器的技術(shù)涉及方方面面：將LED基板加工成準(zhǔn)備用于拾取和轉(zhuǎn)移到接收基板的MicroLED陣列，用于集成到非均勻集成的系統(tǒng)中：顯示器。顯示器又集成LED、像素驅(qū)動(dòng)晶體管、光學(xué)器件等。外延片可容納數(shù)億MicroLED芯片。

實(shí)現(xiàn)MicroLED顯示屏有兩個(gè)主要選項(xiàng)。一個(gè)是將MicroLED單獨(dú)或分組地拾取并轉(zhuǎn)移到薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)矩陣上，這類似于OLED顯示器中使用的；另一個(gè)是使用CMOS驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)十萬(wàn)個(gè)MicroLED的完整單片陣列組合起來(lái)。

如果采用這兩種方法中的第一種，則組裝一個(gè)4K顯示器需要拾取、放置和單獨(dú)連接2500萬(wàn)個(gè)MicroLED芯片（假設(shè)沒(méi)有像素冗余）到晶體管背板。用傳統(tǒng)的拾放設(shè)備操縱這樣的小型設(shè)備，每小時(shí)的加工速度約為25,000個(gè)單位。這太慢了， 組裝單個(gè)顯示器將需要一個(gè)月的時(shí)間。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，像蘋果、X-Celeprint等數(shù)十家公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出大規(guī)模的并聯(lián)抓取技術(shù)。他們可以同時(shí)加工數(shù)萬(wàn)到數(shù)百萬(wàn)的MicroLED。但是，當(dāng)MicroLED尺寸僅為10μm時(shí)，以足夠的精度加工和放置非常具有挑戰(zhàn)性。

還有一些與LED芯片相關(guān)的問(wèn)題要克服。當(dāng)其尺寸非常小時(shí)，其性能會(huì)受到與表面和內(nèi)部缺陷（例如開(kāi)放式粘合、污染和結(jié)構(gòu)損壞）相關(guān)的側(cè)壁效應(yīng)的影響。這些缺陷導(dǎo)致非輻射載體重組加速。側(cè)壁效應(yīng)可以延伸到類似于載體擴(kuò)散長(zhǎng)度的距離（通常為1mm至10mm）：這在傳統(tǒng)的LED中并不重要，因?yàn)槠渚哂袛?shù)百微米的邊緣，但在MicroLED中卻是十分致命的。在這些設(shè)備中，它可以限制芯片整個(gè)體積的效率。

由于這些缺陷，MicroLED的峰值效率通常低于10％，當(dāng)設(shè)備尺寸低于5mm時(shí)，它的峰值效率可能小于1％，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前最好的傳統(tǒng)藍(lán)光發(fā)射的“macro”LED，它現(xiàn)在可以產(chǎn)生超過(guò)70％的外部量子峰值效率。

更糟的是，MicroLED通常必須以非常低的電流密度運(yùn)行。它們通常在低于1-10 A cm-2峰值效率區(qū)域驅(qū)動(dòng)，因?yàn)榧词乖谶@種低效率下，LED也是非常明亮的。如果一臺(tái)帶MicroLED的手機(jī)以其最高效率運(yùn)行，其顯示屏將提供高達(dá)數(shù)以萬(wàn)計(jì)nits的亮度，比目前市場(chǎng)上更亮的手機(jī)高出一個(gè)級(jí)別。屏幕會(huì)很亮，以至于膽大的用戶都不敢看。

當(dāng)LED以非常低的電流密度工作時(shí)，它們的效率非常低，使得該技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)其削減能量消耗的承諾。因此，解決這個(gè)問(wèn)題就成為MicroLED公司的優(yōu)先事項(xiàng)。提高效率的辦法包括引入新的芯片設(shè)計(jì)和改進(jìn)制造技術(shù)。這兩種方法都可以減少側(cè)壁缺陷并使電載體遠(yuǎn)離芯片的邊緣。

MicroLEDs的開(kāi)發(fā)人員也面臨與色彩轉(zhuǎn)換、光提取和光束成形有關(guān)的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代顯示屏的另一個(gè)要求就是消除壞點(diǎn)或有缺陷的像素。在外延、芯片制造和轉(zhuǎn)移方面實(shí)現(xiàn)100％的綜合收益率是不太可能的，所以MicroLED顯示器制造商必須制定有效的缺陷管理策略，可以包括像素冗余和單個(gè)像素修復(fù)，這得取決于顯示器的特性和成本。

目前MicroLED最容易實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域

MicroLED能夠部署在從最小到最大的任何顯示應(yīng)用中。在許多情況下，它們將比LCD和OLED顯示器的最終組合更好。但是，生產(chǎn)可行性和經(jīng)濟(jì)成本限制了其使用。然而，詳細(xì)的分析表明，智能手表和其他可穿戴產(chǎn)品，如AR / MR應(yīng)用的微型顯示器，最能顯示MicroLED顯示器的性能。

其中，在智能手表上實(shí)現(xiàn)MicroLED是最有可能的，因?yàn)橹悄苁直砭哂邢鄬?duì)較少的像素?cái)?shù)和中等范圍的像素密度，因此，芯片和組裝成本效率高，也最接近MicroLED當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的狀態(tài)。它們具有潛在的差異化功能，包括能夠延長(zhǎng)電池壽命、降低功耗以及更高的亮度，從而提供戶外環(huán)境下良好的可讀性。

如果這些顯示器開(kāi)始大量出現(xiàn)，那么在顯示器前端平面內(nèi)可引入各種傳感器，例如可以讀取指紋并提供手勢(shì)識(shí)別。

MicroLED的另一個(gè)主要機(jī)會(huì)就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR）的頭戴式顯示器。在虛擬現(xiàn)實(shí)中，用戶佩戴完全封閉的頭戴式顯示器將其與外界視覺(jué)隔離；而AR和MR應(yīng)用則將計(jì)算機(jī)生成的圖像覆蓋到現(xiàn)實(shí)世界中。

?? MicroLED顯示器是通過(guò)將晶片切割成微小器件，并以并行拾取和放置技術(shù)將其轉(zhuǎn)移到晶體管底板

這些應(yīng)用的要求之一是，覆蓋的圖像要足夠亮，可與環(huán)境光競(jìng)爭(zhēng)，特別是在戶外應(yīng)用中。

為了滿足這些條件，顯示器必須放在不引人注意的位置，使用光學(xué)效率小于10％的復(fù)合投影或波導(dǎo)光學(xué)器件將圖像投影到眼睛上。這些要求決定了顯示器的亮度范圍從10,000到50,000 Nits，這比市場(chǎng)上最好的手機(jī)的亮度高出10倍到50倍。

今天，MicroLED是唯一有潛力提供這些亮度水平的候選，同時(shí)保持合理的功耗和緊湊性。令人鼓舞的是，同樣的推理可以應(yīng)用于汽車和其他環(huán)境中的平視顯示器中，這類顯示器可以被認(rèn)為是AR的一種形式。

MicroLED想努力產(chǎn)生影響的市場(chǎng)就是智能手機(jī)。目前，OLED顯示器已經(jīng)以非常有競(jìng)爭(zhēng)力的成本提供了非常出色的性能。如果MicroLED也參與其中，則子像素的尺寸必須減小到幾微米，這樣的話，提供可接受的效率會(huì)更難。

在電視上取得成功的可能則更高。在這種情況下，缺點(diǎn)是像素密度相對(duì)較低，在4K、55英寸電視中的間距約為100毫米。低密度阻礙了轉(zhuǎn)移技術(shù)的效率，因?yàn)槊總€(gè)周期需要移動(dòng)數(shù)千個(gè)芯片，而智能手機(jī)或智能手表則是數(shù)十萬(wàn)個(gè)。想在這個(gè)市場(chǎng)上蓬勃發(fā)展，就需要開(kāi)發(fā)替代的高效率裝配技術(shù)。（編譯：LEDinside James）




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