研报：面向未来的显示技术-Micro LED

Micro-LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文名称为微型发光二极管，是指高密度集成的LED阵列，阵列中的LED像素点距离在10微米量级，每一个LED像素都能自发光。Micro-LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮。

图 1：Micro-LED 结构图

同LED一样，Micro-LED典型结构是一个半导体器件，由直接能隙半导体材料构成。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一部分是N型半导体，主要载流子是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。

Micro-LED是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，后将Micro-LED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性，透明、不透明，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。

Micro-LED与传统LED显示产品差别巨大，其差异主要在于：精密程度数十倍的提升；集成工艺从直插、表贴、COB封装等变成了“巨量微转移”；缺陷可修复性几乎为零；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CMOS基板。与传统LED显示屏比较，Micro-LED在晶粒、封装、集成工艺、背板、驱动等每一个方面都不一样。

图 2：几种显示技术的发展历程

九十年代，显示TFT-LCD背光模组开始蓬勃发展时，有部分厂商看中LED具有高色彩饱和度、省电、轻薄等特点，将LED用作背光源显示技术。然而因LED成本过高、散热不佳、光电效率低等因素，LED技术在当时并没有得到较大的发展。

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。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冷阴极荧光灯管，其应用领域有手机、平板电脑、笔记本电脑、台式显示器乃至电视等。

与此同时，因TFT-LCD非自发光的显示原理所致，其透光率约在7%以下，造成TFT-LCD的光电效率低，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%的NTSC标准色域，无法表现出良好的色彩显示能力。此外，TFT-LCD无法提供足够的亮度显示能力，致使在室外环境下的影像和色彩辨识度低，为其一大应用缺陷。

表 1：几种显示技术的对比

2000年，美国堪萨斯州立大学江红星等人制备了基于Ⅲ族氮化物的Micro-LED，并于2001年报道了采用无源驱动的方式，成功制备了10×10的蓝光Micro-LED阵列，为Micro-LED显示的发展奠定了理论基础。2012年，索尼就发布了基于Micro-LED的55寸高清LED电视样品，这是Micro-LED作为商业化产品第一次出现在大众视野。2016年6月，索尼在InfoCommn展示了将P1.26 Micro-LED元件作为像素使用的CLEDIS显示屏，其出色的显示效果受到业界高度褒奖，开启了Micro-LED的研究热潮。2016年后，Micro-LED处于高速发展阶段，由于Micro-LED显示技术横跨多个产业领域，加之未来在微型显示、显示面板等应用想象空间非常广，吸引了不少业者投入研发。从Micro-LED概念首次提出，到近几年已经成为国际竞争关键科技焦点之一，目前，我国也在“十四五”规划中大力投入对Micro-LED技术的研究。

图 3：Micro-LED技术的发展历程

相比于已经大规模量产的LCD技术和OLED技术，Micro-LED几乎在各个技术维度上都有着非常优越的性能优势：长寿命、高对比度、可实现高分辨率、响应速度快、更广的视觉效果、丰富的色彩、超高的亮度和更低的功耗等。

1.低功耗

Micro-LED采用三原色亚像素自发光的结构，LCD显示过程中需要借助背光源到偏光片再到彩色滤光片，该显示过程中有大量能量损耗，两者相比，在显示应用中Micro-LED的功耗是LCD功耗低的10%左右。Micro-LED采用无机材料发光，发光效率更高，OLED采用有机材料发光，两者相比Micro-LED发光功耗低于OLED。在显示相同的画面，Micro-LED的功耗低于OLED，并且远低于LCD。

图 4：LCD、OLED和Micro-LED功耗比

2.高亮度

Micro-LED的亮度大约是LCD的30倍、OLED的60倍，发光效率方面明显大于LCD。与OLED使用有机材料不同，Micro-LED在发光部分中使用了氮化镓（GaN）材料，这种材料可以提供明显优于OLED的亮度。理论上，Micro-LED亮度可以达到100,000cd/m2，远高于LCD的3,000cd/m2和OLED的1,500cd/m2。

3.高分辨率

在Micro-LED显示技术下，每一个Micro-LED都是一个能够自发光的像素，同时单个Micro-LED都在微米级别，因此它可以做到非常高的分辨率。Micro-LED显示屏的像素密度可以做到1500PPI以上，而LCD和OLED屏幕PPI约在800PPI和400PPI左右。

表 2：LCD、OLED、Micro-LED技术指标对比

Micro-LED具有高解析度、低功耗、高亮度、高对比、高色彩饱和度、反应速度快、厚度薄、寿命长等特性，功率消耗量可低至LCD的10%、OLED的50%，是业界期待的下一代显示技术，可应用在AR/VR设备、电子信息、医疗健康、汽车等领域。

1.AR/VR领域

在VR场景中，Micro-LED能够提供超高分辨率的图像，让虚拟世界的每一个细节都栩栩如生，大大增强了沉浸感。比如在游戏中，玩家可以清晰地看到游戏场景中的纹理、光影变化，仿佛置身于真实的游戏世界之中。在AR应用里，高亮度和高对比度的Micro-LED可以将虚拟信息精准地叠加在现实世界之上，无论是导航指示还是产品展示信息，都能清晰地呈现在用户眼前，不会因为环境光的干扰而模糊不清。想象一下，在户外使用AR 眼镜进行旅游导览时，Micro-LED可以轻松应对强烈的阳光，让虚拟的景点介绍和路线指引清晰可见；而在夜晚使用VR设备观看影片时，它又能根据环境自动调节亮度，避免过亮的屏幕对眼睛造成刺激。VR/AR设备对佩戴舒适性有较高要求，Micro-LED无需背光模组的特性使其能够帮助设备实现更紧凑的设计。对于头戴式的VR设备来说，这意味着可以减轻头部的负担，让用户能够长时间佩戴而不会感到过度疲劳；对于AR眼镜而言，轻巧的设计使其更像普通眼镜，方便日常佩戴使用，真正实现科技与生活的无缝融合。

图 5：Micro-LED在AR/VR领域的应用

2.电子信息领域

Micro-LED有两大应用方向，一个是以苹果为代表的可穿戴设备市场，一个是以三星、索尼为代表的超大尺寸电视市场。Micro-LED技术不仅能够提高设备的显示性能，还可以实现更个性化、灵活的交互体验。

图 6：Micro-LED电视

3.医疗领域

Micro-LED技术被用于开发植入式医疗设备的无线供电系统。例如，韩国研究人员通过可贴在皮肤上的Micro-LED贴片和植入的光伏设备，开发了一种光子无线系统。该系统可以在体内产生电能，为医疗植入设备提供可持续的功率，从而避免高风险的电池更换手术。

图 7：Micro-LED在医疗领域的应用

4.汽车领域

Micro-LED显示技术可以应用于汽车仪表盘、中控屏等，提升驾驶体验。Micro-LED和OLED显示思路是相似的，且由于LED是无机物，Micro-LED寿命得到显著延长。Micro-LED让交互式屏幕的延迟达到纳秒级，相较于OLED的微秒级进一步提升一个数量级，让越来越多的车内交互式屏幕更加丝滑。由于Micro-LED更加轻薄且高透明，目前产业界已经有透明度超过70%的Micro-LED屏幕，且有进一步提升的潜能，车窗有望全部用Micro-LED替代，将显示隐藏于无形中。另外，Micro-LED可以达到很高的亮度，这意味着即使在日光下看屏幕也可以看的很清楚，可以广泛部署在车身周边，包括车尾部的智能显示灯，还有侧身的交互式显示等。

在照明方面，Micro-LED可用于打造像素式车灯。与DLP像素大灯相比，Micro-LED技术没有活动部件，可靠性更高，重量更低，在规模化量产下有低成本潜力，且随着工艺水平提升，Micro-LED像素大灯在分辨率上也有望缩小与DLP大灯的差距。

图 8：Micro-LED像素大灯

5.商业显示

Micro-LED显示技术可以应用于广告牌、商场展示等商业领域，吸引消费者注意力。

图 9：Micro-LED户外显示大屏

在超高清显示时代对画质和分辨率等规格提出更高要求的背景下，Micro-LED被寄予厚望。根据预测，2024年，全球Micro-LED市场规模将达14亿美元，未来将持续增长。2030年，全球Micro-LED市场规模将达93亿美元。

图 10：Micro-LED 全球市场规模

1. 欧美地区

纵观全球Micro-LED竞争态势，美国Micro-LED产业布局较早，技术研发成熟度较高。同时，北美的初创企业融资并购较活跃，LuxVue、X-Celeprint等初创企业逐步成为技术研发的主力军。2017年，X-Celeprint全球累计专利申请企业排名第二，仅次于苹果。但该类初创企业在制造能力上存在短板，需依托外部合作伙伴，未来国际企业机遇潜存。

2.中国地区

2020年，中国Micro-LED专利申请数量已超越韩国，位居全球第一。上游芯片、中游巨量转移、下游面板与应用等各产业环节龙头企业相继布局Micro-LED，加速中国行业追赶态势。加之“十四五”规划的大力扶持，中国Micro-LED有望迎来产业高速发展期。

3.日韩地区

日韩地区在OLED显示方面已占据相对优势，Micro-LED产业投入集中度相对而言较弱。以三星为代表的龙头企业积极研发投入，发展海外技术及战略合作。因此日韩技术研发优势仍然显著。

中美日等国为支持Micro-LED相关产业的发展，相继推出了一系列产业政策：

图 11：Micro-LED 产业政策

Micro-LED显示产业链，可大致分为上游的芯片制造、中游的面板制造、下游的整机应用，其中最核心的为芯片制造和巨量转移工艺。Micro-LED凭借其优异技术性能，可广泛应用于手机、平板、笔记本电脑、电视、AR/VR设备、户外显示器、抬头显示器（HUD）等领域，应用范围涵盖了目前所有的电子产品领域。

图 12：Micro-LED 产业链

具体到行业头部企业来分析，三星、苹果、京东方及LG等企业属于Micro-LED前瞻技术布局的第一梯队，资金实力雄厚、持续研发投入，有望助力上述企业关键技术突破、优化成本、率先抢占Micro-LED市场。但较为不同的是，三星、京东方及LG等头部企业主研大屏显示方向，提高生产率，优化模块显示效率，而苹果主攻小型智能穿戴电子，规避大屏显示竞争，依靠苹果生态吸引穿戴电子客群，形成差异化竞争优势。

三星：借助Micro-LED技术显示应用，助力其进一步巩固全球高端电视市场地位。三星在各产业链各关键技术上都有研究，但其重点布局产业中、下游技术，特别是显示相关技术研究较多，也进一步证明其未来将基于Micro-LED技术重点拓展电子显示产品应用发展。

苹果：加紧Micro-LED技术相关布局，助力其把控电子产品显示屏幕供应链。苹果专利布局也为全球化布局策略，与其整体的市场策略相关，重点布局的市场为美国、其次是中国，说明其较重视中国海外市场。苹果在各产业链各关键技术上都有研究，并且重点储备产业上游和下游技术，特别在巨量转移技术上，重点研究静电转移方式；在下游场景上，其重点拓展AR/VR等微显示场景。

思坦科技：自2018年开始Micro-LED中试，2022年落地厦门建设一期量产线，2023年底将投产并提供5百万～1千万片Micro-LED微显示芯片产能，单片全彩技术已完成中试并同步推进到量产阶段。

辰显光电：2023年6月，总投资30亿元的Micro-LED显示屏生产基地项目签约成都，将建设全球首条TFT基Micro-LED显示屏生产线，预计2024年底建成投产。

天马：2022年6月，天马在厦门投资建设一条从巨量转移到显示模组的全制程Micro-LED试验线。项目总投资11亿元，建设内容包括Micro-LED试验线，重点研发基于TFT基板的巨量转移相关技术，包括巨量检测、巨量键合、巨量修复、封装模组制程等。

康佳：已建成国内第一条全制程的巨量转移中试线，国内最先进、最全面、检测能力最强的MLED检测中心；建成了MLED芯片量产线和MLED直显量产线。目前芯片产能约2400片/月；商显完成1000㎡/月生产线。

利亚德：致力于Micro-LED领域的研究和生产，2020年10月，旗下全球首个大规模Micro-LED量产基地正式投产。截至2023年4月，利亚德Micro-LED产能约1400kk，2023年底，利亚德Micro-LED产能突破2000kk，产品覆盖P0.4-P1.8黑钻、Nin1等多种类型。

三安光电：湖北三安Mini/Micro-LED显示产业化项目建设也正在稳步推进中，该项目主要生产的产品包括Mini/Micro-LED外延片和芯片，目前产品已供货三星、华星光电、天马、康佳等客户。

华灿光电：公司通过定增募集资金总额20.84亿元，主要用于Micro-LED晶圆制造和封装测试基地项目。Micro-LED晶圆制造和封装测试基地项目建设期4年，第5年可达满负荷生产，将形成年产Micro-LED晶圆5.88万片组、Micro-LED像素器件45,000kk颗的生产能力。

目前，半导体芯片的制程已相当成熟，但 Micro-LED 支撑技术及相关产业公司仍处于摸索阶段。与传统 LED 产业链相比，Micro-LED 芯片的微缩化对芯片制造提出了更高的要求，既需要将芯片尺寸微缩至50微米以下，同时还需要满足高 PPI 需求，因此在外延制备、ITO、光刻、蚀刻、剥离、电测等环节均面临精细化工艺、良率提升等技术难关。此外，随着 LED 芯片尺寸变小，蚀刻过程中侧壁缺陷将对内部量子效率 IQE 造成影响，大幅减少芯片传输量，导致外部量子效率 EQE 效率减弱。

图 13：Micro-LED 芯片工艺流程

外延&芯片结构目前行业内主要关注波长均匀性、外延低缺陷和量子效率问题。量子效率问题是行业目前热点关注的话题，针对该问题，目前研究重点是改进侧壁损伤。

波长均匀性：标准LED制造中，整个晶圆上的波长变化在6-12nm，而Micro-LED的波长均匀性要做到2nm以内，意味着外延过程中晶圆表面的温度差不能超过1℃。随着衬底尺寸的增加，外延过程中的波长均匀性控制愈加困难。

低缺陷：主要包括由芯片外延、制造的环境或设备引入的颗粒物、污染物、刮痕、凹坑等。对直径大于0.8µm的颗粒物，要求其缺陷密度小于0.1/cm2。

量子效率：随着Micro-LED尺寸的缩小，小电流密度下的外量子效率急剧降低，这主要是由于制造过程中等离子体刻蚀产生的侧壁损伤引入了非辐射复合中心和漏电流。

与OLED显示技术不同，无机LED无法在玻璃或其他大尺寸衬底进行大面积的制作，因此需要在半导体衬底上进行制作，然后再转移到驱动背板上。当前LED所采用的衬底一般为蓝宝石，但蓝宝石与外延层之间的晶格和热膨胀系数不匹配，当尺寸增大时会因为应力而造成弯曲。而且蓝宝石衬底与目前大规模集成电路芯片不兼容，因此也有采用硅作为外延衬底的方案，但无论哪种衬底形式，LED在制作成应用成品时都或多或少需要进行转移动作。传统转移方式一次只能转移数颗器件，而对于一块常见的显示屏而言，往往需要完成数百万甚至更多微器件的转移。以一个4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗（以4000x2000xRGB三色计算），即使一次转移1万颗，也需要重复2400次，转移过程中的转移效率、精度、良率问题将重点影响转移后显示性能，因此这种转移方式对实际量产而言是不现实的技术路线。要完成Micro-LED显示屏的制作，必须采用巨量转移技术，即一次能够转移大量的器件到驱动基板上，在保持巨量转移的基础上，还必须同时保证转移的精度，良率及工艺的可靠性等。

1.巨量转移的注意事项

转移精度：将Micro-LED移动到驱动电路基板的准确度，须控制在±0.5μm以内。需要转移设备具有高对位精度和落点精准度。

转移效率：传统LED每秒钟转移2片，Micro-LED要求每秒2万片，还包括是否需要多次维修、重新定位或更换等。

转移良率：显示产品对于像素错误的容忍度极低，如果要制造少于5个像素坏点的全彩1920*1080显示屏，转移良率须达到99.9999%。

2.巨量转移的技术路线

目前Micro-LED巨量转移技术有好几种并行技术流派，根据转移过程中的作用力或具体的转移方式，大致可以分为：范德华力转移技术、磁场力转移技术、静电力转移技术、自对准滚轮转印技术、自组装转移技术及激光转移技术。

（1）范德华力拾取转移技术

范德华力拾取转移技术，又称微转移印刷（μTP）技术，其技术的关键是采用高聚物印章的力学特性来完成巨量转移中界面的粘性力调控挑战，其流程可分为拾取和放置两个过程：拾取过程主要依靠弹性图章与待转移器件之间的范德华力从施主基体上剥离；放置过程是利用印章将Micro-LED功能器件（或无机薄膜）印制到受主基体上。在这两个过程中，解决界面粘附主要涉及印章/Micro-LED和Micro-LED/基体两个界面之间的断裂形成“竞争断裂”机制。在拾取过程中，印章/Micro-LED界面的黏附作用应该大于元件/赠体基底界面的黏附作用，从而实现将元件薄膜从赠底基底上剥离，放置过程中，Micro-LED元件/印章界面的黏附应该小于Micro-LED/柔性受体界面的黏附，实现将Micro-LED器件转移到柔性受体。然而，从源基板上依靠范德华力直接拾取Micro-LED很难突破生长层的束缚的，通常需要对源基板做处理，用氢氧化钾（KOH）或氢氧化四甲铵的湿法化学蚀刻去除Si与Si的平面，将每个器件连接到这些区域中的硅，从而在不腐蚀硅晶片深度的情况下对器件进行了底切，硅的浮雕结构保留在器件之间的正交方向上，此时Micro-LED结构中的GaN形成了小支撑结构（即锚），整个μLED通过两个锚结构悬浮连接在基板上，此时可以使用图章转印方式以非破坏性，高速和并行操作将其移离源基板。

（2）磁场力转移技术

磁场力转移技术是在微转移印刷（μTP）工艺的基础上，基于生物材料工程技术制造印章使用微结构控制材料表面的特征，使用磁流变弹性体，根据磁场控制机械性能实现转移工作。为了将Micro-LED与生长基板分离，Micro-LED与弹性印章之间的接触界面处的粘合力（SDF）必须大于在基板与Micro-LED之间的接触界面处的粘合力（MDF）；要将从源基板上拾取的Micro-LED转移到目标基板，粘合力（SDF）必须大于在Micro-LED和印章之间的接触界面处产生的粘合力（TDF），这一流程与前述微转移印刷技术一致，但不同点在于这项研究提出了一种磁流变弹性体（MRE），是用光刻工艺制备表面仿生微结构并添加羰基铁（CI）粉末的一种弹性印章，弹性印章引入柱形微结构以调节界面粘性力，而脱附力则随着外加磁场和CI颗粒含量的不同而变化，施加的磁场强度越大，CI粒子之间的间隙越小，由于当CI颗粒分散在硅基质中时两种材料之间的界面结合强度降低，因此机械性能降低。此外CI粒径越小，MR效应越小，这是因为颗粒之间的拉力弱。当CI颗粒的含量降低时，相互吸引的颗粒数量减少，这导致MR效应降低和硬度降低。通过调节CI粒子的比例和外加磁场的大小。

（3）静电力转移技术

静电力转移技术是通过对转移头通电产生的静电引力或斥力作为拾取和放置微器件的方法。单个转移头由带有可独立通电的单电极或双电极凸台构成，并在基板上形成与μLED节距成整数倍相匹配的阵列，μLED阵列从源基板上通过剥离方式释放并固定在带有粘合层的基板上

图 14：自对准滚轮转印技术

（5）自组装转移技术

精准拾取技术虽然选择性相对好且产率高，但由于转移头的尺寸限制，传递速度大大降低。相比而言，自组装技术可以提供很高的转移速率，该技术是以elux公司提出的流体自组装为代表，其转移原理是将大量微LED元件放置于转移系统中，以流体力或磁力转移作用力使得芯片以一定的速度快速移动，以动态注入速率穿过接收器基板，然后悬浮液将微LED捕获在孔中，自行完成与基板相应组装位置的对位组装方式，然后在退火后将其电连接到相应孔的电接口。

图 15：自组装转移技术

（6）激光转移技术

激光无接触转移技术是以激光为驱动实现无接触选择性加工，并以图案化方式实现Micro-LED阵列化和批量化的转移。Uniqarta的激光使能高级放置（LEAP）是一种非接触式方法，通过这种方法，激光可以将芯片从载体转移到基板上，并具有高精度和高产量。多个模具通过单个扫描激光同时传送，从而最大限度地减少了对机械运动的需求。这使每小时的贴装速度超过1亿个单位，比任何其他裸片贴装技术都要高几个数量级。QMAT开发的巨量转移技术是束寻址释放（BAR），利用激光束将大量Micro-LED从源基板快速转移到目标基板。激光透过透明基板作用在激光释放层，通过光热作用使得芯片与原基板分离达到转移的目的，在进行转移前，由用户电脑将前一步所检测得到的芯片好坏文件进行处理并记忆，在进行转移时遇到坏点激光则绕过，可以避免将坏点转移到基板上，提高了良率。Optovate公司的选择性激光剥离（p-LLO）工艺使用准分子激光器在蓝宝石晶片的生长界面处照亮稀疏分离的裸片大小的氮化镓区域。紫外线照射会产生镓金属和氮气，这些气体可控制地将微型LED烧蚀到接收器工具或基板上。这种选择性阵列转移工艺使Micro-LED制造商能够应对GaN晶圆上的变化，包括生长缺陷，颜色和正向电压。此外，p-LLO的选择性光学寻址功能使晶圆上的预转移特性数据能够编码为Micro-LED提取图案，并用于播种和回填Micro-LED背板，从而优化了总产量。

图 16：激光转移技术

全彩显示能力作为Micro-LED技术的关键技术指标，Micro-LED的全彩化技术研究已经成为Micro-LED技术发展的研究热点和难点，Micro-LED的全彩化方案，目前主要可以分为RGB三色Micro-LED混色、UV/蓝光Micro-LED激发色转材料、光学透镜合成以及特殊结构法。

1.RGB三色Micro-LED混色法

RGB三色Micro-LED混色法，是将三颗不同的蓝色、绿色和红色Micro-LED分别从各自原始晶圆上剥离、转移、组装到同一驱动基板上形成一个独立的全彩像素，每一个蓝色、绿色和红色Micro-LED子像素可以划分256个灰度等级，共组成256³种颜色，完全满足人眼对显示的视觉要求。

主要的技术挑战有：

三次巨量转移难度大，相较于单色产品，全彩化Micro-LED需要转移的子像素数量达到三倍。尤其在电视等大尺寸应用领域，以一台75寸4K分辨率的电视为例，需要转移的Micro-LED数量将近2500万个（3840*2160*3），随之产生的转移效率、转移精度、转移良率、检测与返修等难度均呈指数级增长。

红光Micro-LED发光效率低，随着尺寸缩减，芯片的发光效率也会急速降低，这一点体现在蓝/绿光Micro-LED上，发光效率会从90%左右骤降到40%，降幅虽大却也尚可接受，关键在于红色Micro-LED的发光效率会从60%左右骤降到1%，完全无法支持产品应用。在南昌大学江风益院士团队、Kubos半导体公司、比利时Micledi公司等研发力量推动下，目前红光Micro-LED发光效率低这一痛点已得到了一定程度上的改善，但仍远不及蓝、绿光源，与之相伴而来的还有Micro-LED显示单元亮度低、功耗高、发热量大、可靠性差等诸多问题。

代表厂商：苹果、友达光电、华星光电、GLO、kyocrea京瓷、LG、MikroMesa、三星、PlayNitride、天马微电子、维信诺。

图 17：RGB三色Micro-LED混色法

2.UV/Blue 激发色转材料法

UV/Blue Micro-LED激发色转材料法原理与上述伪RGB混色法类似，只是仅采用UV或BLUE一种为单色基础光源，再以量子点或荧光粉（由于荧光粉颗粒较大，目前多采用量子点）等色转换材料为发光介质，实现全彩显示。

该方案制程相对RGB三色Micro-LED混色法更为简单易实现，成本也相对较低，但对UV/Blue Micro-LED外延片的波长均匀性要求高。同时，由于有机量子点材料的使用，一方面在光色转换上存在一定的能量损耗，另一方面会导致全彩Micro-LED像素稳定性较差。

代表厂商：Aledia、友达光电、株式会社eLux（日本）、群创光电、康佳、LG、Saphlux、夏普、三星显示、天马微电子、维信诺、应用材料、日本V-TECH。

图 18：UV/Blue 激发色转材料法

3.特殊结构法

特殊结构法则是在单片晶圆上直接实现全彩发光，其原理是在Micro-LED外延生长上引入一些特殊结构，比如纳米柱LED、设计中间载流子阻挡层、直接外延生长、设计不同形状的LED阵列等，使得基于同样生长材料的单片晶圆可以发出R/G/B三色光，而不再局限于某一种单色光，这也省去了复杂的晶粒转移和组装工艺，是近年新兴的一大研究方向。

由剑桥大学氮化镓中心分离出来的Micro-LED技术厂商Porotech，开发出一种高效提供所有三种原色的多孔InGaN平台，通过引入工程化多孔衬底，使更多的铟可以进入量子阱中，最终将发射光的波长扩展到红色，实现单颗芯片、单颗像素通过电流密度、电压驱动（Porotech将其定义为公司专有的DPT动态像素调整技术）就能散发所有色彩。

代表厂商：Aledia、GLO、英特尔、JDI公司、NS Nanotech（美国公司）、欧司朗、三星、SDP。

4.光学透镜法

光学透镜法是采用一定的光学结构，将R/G/B不同颜色的分立单色显示阵列，使用光学棱镜进行图像合成，通过调整分立单色阵列亮度及棱镜方向以实现全彩显示。

图 19：光学透镜法

这种方案免去了相当一部分的微型光源结构上的剥离、转移、组装等工作，制程相对而言要简单得多，但由于单色显示阵列分立且需要引入光学结构，整体全彩单元无法做得很大，目前仅在部分微显示领域搭配投影放大结构才能得以应用，在更大尺寸的应用场景中并不适合。

Micro-LED的驱动技术也至关重要，常规的LED小间距驱动方案当前尚无法满足Micro-LED在更高解析度的中小尺寸应用。当前主要有三种驱动方案应用在Mini/Micro-LED 显示产品上，分别为无源驱动（PM）、有源驱动（AM）。

1.PM驱动

把LED显示阵列中每一列LED的阳极（P-electrode）连接到列扫描线（Data Current Source）上，同时把每一行LED的阴极（N-electrode）连接到行扫描线（Scan Line）上。当某一特定的第Y列扫描线和第X行扫描线被选通的时候，其交叉点（X，Y）的LED就会被点亮。整个LED屏幕就是以这种方式进行高速逐点扫描点亮，避开了人眼的视觉暂留，最终即可实现显示画面。

这种PM逐点扫描方式，较容易实现，PCB设计布线比较繁琐，并且LED是循环高速扫描点亮，点亮时间非常短，所以亮度效率低，其次由于大量的扫描电路的设计，采用了大量的阻容器件，导致LED像素间串扰明显，对扫描信号的频率要求很高，这其实对驱动技术也提出了挑战，已经不能满足Micro-LED在中小尺寸高解析度屏幕的应用。

图 20：PM驱动电路

像素密度在Micro-LED显示产品上较传统小间距产品得到了大幅提升，LED发光器件数量大量增加，如何才能将更多的LED发光器件控制好？当前多数采用的是大扫描，多通道的高度集成驱动IC方案来解决，如扫描方式从16扫、32扫、64扫甚至96扫， 如果仅仅是增大扫描数，可能还不够，这样面积有限的基板上很难布下太多的驱动IC, 这时候超16通道的驱动IC就陆续上市，以支持行业做更高清的LED显示产品。目前PM高扫描，多通道的小间距LED驱动方案仍然不能完美地解决暗亮、低灰不均匀、高对比下的耦合等问题。这些问题的产生，主要是受寄生电容的影响，在PCB设计的阶段，可以做Layout线路调整降低寄生电容大小，同时像素间距越来越小，PCB线路越来越密集，寄生电容影响越明显，目前看驱动方案很重要，同时PCB 设计也不容忽视。

2.AM驱动

AM驱动方式基本是随着Micro-LED的出现开始深入研究，因为Micro-LED能实现更高PPI的显示产品，PM驱动难以满足需求。在AM驱动电路中，每一个Micro-LED像素都有各自独立的驱动电路，双晶体管单电容2T1C电路是最基本的有源矩阵驱动电路。单个2T1C像素电路使用2个TFT晶体管和1个电容，其中开关晶体管用来控制像素电路的开启或关闭，驱动晶体管与电压源相连，在一帧内为Micro-LED提供稳定的驱动电流，依靠存储电容来储存数据信号。有源驱动方式克服了像素在扫描时存在的串扰问题，让像素单元有更长的点亮时间，使Micro-LED显示器拥有更高的显示亮度。

AM驱动相比PM驱动来讲，AM驱动就像是动车组，每节车厢都自带动力，能够将Micro-LED的亮度利用率做到更高，PM驱动就像是绿皮火车，仅仅车头有动力，最终采用的是车头传递动力到后续车厢的，就好比是PM的逐点扫描点亮一样，LED是高速循环点亮的，所以PM驱动的屏亮度有效率较低，由于高速扫描，显示图像也不稳定，这对中小尺寸Micro-LED用于消费级市场是不匹配的。综合来看，AM主要有以下优势：能较好实现更高PPI的Micro-LED显示产品，实现更高亮度、更低功耗、亮度更均匀、更高对比度以及更稳定的图像显示，可以预见AM驱动未来将成为Micro-LED在中小尺寸大规模量产并商业化的较好的驱动方案。

（1）TFT主动驱动

TFT驱动Micro-LED显示阵列与传统TFT-OLED技术类似，采用键合技术将Micro-LED阵列转移到TFT驱动的背板上，在玻璃基板上生长TFT，以非晶硅（a-Si）TFT、低温多晶硅（LTPS）TFT以及氧化物TFT三类为主要代表。目前由LTPS TFT驱动Micro-LED器件性能较好，是因为LTPS TFT具有载流子迁移率高、高度集成化、响应速度快和低功耗等优点，LTPS TFT可以跟驱动电路制程整合，二者具有很好的相容性，但与氧化物TFT相比，LTPS TFT成本很高。以铟镓锌氧化物（IGZO）TFT为主的氧化物TFT具有漏电流较低、响应速度快、制备成本较低等优点，有较大的产业前景。

图 21：TFT驱动Micro-LED显示阵列

TFT驱动的主要优点有大面积、高分辨率、亮度均匀、技术较成熟，主要缺点有成本较高。主要技术挑战有：

为了实现超大尺寸Micro-LED显示屏，需采用玻璃背板技术进行拼接，但是要做到完全无缝拼接，目前在工艺上仍然还存在一定难度。

每个晶体管会持续受到不同栅压的影响，阈值电压会发生漂移，从而导致输出的图像不稳定，出现图像伪像。

（2）CMOS主动驱动

CMOS驱动的有源矩阵Micro-LED微显示器中每一个像素都对应一个CMOS驱动电路，能够存储数据并驱动对应的Micro-LED像素单元，CMOS驱动背板的结构包括像素驱动器、扫描驱动器、数据驱动器和混合电压调节器。将制备好的Micro-LED阵列倒装连接到CMOS驱动背板上。像素驱动电路工作原理，由M₁、M₂、M₃三个晶体管和一个电容器Cs组成，当行扫描信号Rs变为0，行使能信号Ren变为1时，会使得M₁晶体管导通，列数据Cdata写入存储电容器Cs，开始行扫描过程。然后，将通过Cs上的电压施加到M₂的栅极和源极上，从而可以控制µLED的电流。像素中的列数据Cdata按照特定顺序存储在该行的Cs中后，Rs变为1，行扫描过程自动移动到下一行，当所有子像素存储数据Cdata加载完成时，Ren全局使能信号开启，输出显示画面。

图 22：CMOS驱动Micro-LED显示阵列

CMOS驱动的主要优点有高分辨率、亮度均匀，主要缺点有成本高、Micro-LED阵列转移和键合等技术问题的限制。主要技术挑战有：

转移键合技术，难对准：技术难度高，将RGB三色LED阵列准备转移到驱动基板上实现全彩显示，难度高，良率低。LED芯片的衬底膨胀系数与驱动电路的衬底的膨胀系数不同，导致Micro-LED和驱动矩阵精准对准困难。

阈值电压漂移，输出图像不稳定：驱动晶体管的内部特性发生缓慢变化，导致驱动晶体管的阈值电压发生漂移，从而影响驱动晶体管的综合特性，进而可能导致在Micro-LED显示器上出现图像伪像。

灰度调节：亮度补偿难视觉刷新频率越高，画面显示越稳定，视觉闪烁感就越小，采用通过采用数字化的驱动或数模混合的驱动，可以达到更高的灰阶。

Micro-LED的接合技术主要分3种：预置锡膏技术、金属共晶键合技术、微管技术。

1.预置锡膏技术

与传统的焊锡技术类似，锡膏以合金、助焊剂及抗垂流剂为主，可分为高温和低温锡膏。目前主要以低温锡膏为主，熔点为142 ℃，将微米级的锡粉预喷涂在PCB上或芯片的电极上，然后将Micro-LED芯片放置在正确的位置后，在低温回流焊下，预置锡膏在表面张力的作用下，自动聚积到Micro-LED的金属电极下，以达到导电的目的。由于Micro-LED电极之间距离很小，使用锡膏工艺容易造成Micro-LED正负极之间导通，形成微短路现象，因此使用锡膏工艺一般适用于80微米以上的芯片。

2.金属共晶键合技术

芯片底部采用锡或金锡等合金做接触面镀层，芯片可焊接于镀有金或银的基板上，当基板被加热至共晶温度时，金或锡元素渗透到金锡合金层中，形成导通电流的共晶键。随着芯片尺寸的缩小，芯片与驱动电路基底热膨胀系数的差异会导致难以对准和残余应力的问题。因此，共晶焊只适用于20微米以上Micro-LED芯片。

3.微管技术

一般用于10μm以下Micro-LED的接合，通常在硅基板上使用。在具有Micro-LED倒装芯片的GaN晶片上，焊盘由相对柔软的材料形成，当两个基板在室温下压合在一起时，微管将自身嵌入电极中，CMOS硅基阵列与Micro-LED之间形成机械和电性连接。Templier利用这种方法构造了像素间距为10μm、像素为873×500的主动式驱动Micro-LED。

1. 检测技术

LED的检测技术大致可以分为接触式光电检测技术、光致发光检测技术和非接触式电致发光检测技术。

传统LED产业使用接触式光电检测技术来测试LED芯片的光电性能，但产能不高。且由于Micro-LED芯片电极很小，且数量众多，接触式检测方法并不适用。光致发光检测技术是一种无接触检测技术，能够获取Micro-LED的亮度和发光波长，从而用于检测出坏点，但是检测精度不高。非接触式电致发光检测技术是当Micro-LED芯片小于80μm时，采用光学CCD的方式，检测Micro-LED外观的微缺陷。但对于Micro-LED芯片的电压、电极不良、光学性质异常等却无法检出。总体来说，目前尚没有成熟的适用于Micro-LED芯片的检测工艺。

3.维修技术

在检测出Micro-LED的坏点后，接下来就是如何维修的问题。维修技术需要满足维修精度、维修实用性、维修产能以及维修成本的要求。目前主要的维修方式有：选择性拾取维修、选择性激光维修以及激光焊接技术。

在Micro-LED制程中，巨量转移技术与检测维修技术是影响Micro-LED显示屏良莠的关键之处。而两者又是强相关的关系，一次转移的良率越高，后面所需要的检测和维修的时间越少，成本越低。反之，如果想要依靠后面的检测和维修来解决一次转移良率的问题，这是不现实的。所以在Micro-LED工艺方面，核心是解决一次巨量转移的良率问题。

未来Micro-LED行业发展可以关注以下几个方面：

第一， Micro-LED芯片尺寸仍在微缩。Micro-LED芯片成本还太高，芯片降本最直接的方法就是缩小尺寸。Micro-LED芯片尺寸正从34×58微米往20×40微米、15×30微米方向迈进，未来几年，Micro-LED芯片的成本将持续下降。

第二，大屏 Micro-LED供应链日益健全。在大屏 Micro-LED显示器上，虽然目前只有三星实现商用量产，但是LG Display、索尼、京东方、华星光电、惠科、辰显光电、群创光电等企业，都在投入资源研发大尺寸的 Micro-LED显示器。相信这些厂商的持续投入，将带动大屏 Micro-LED显示器技术日趋成熟，配套的供应链也日益健全。

第三，虽然苹果Micro-LE手表项目终止，但不代表 Micro-LED手表应用消失。目前，友达仍持续在1.39英寸产品上耕耘，去年获得了瑞士手表大厂泰格豪雅的订单。前者自去年第四季度开始向后者出货Micro-LED面板，这证明 Micro-LED有一定的产能和市场需求。而头戴显示和车载显示会是孵化 Micro-LED项目的温床。

第四，单色 Micro-LED AR眼镜已经量产，比如OPPO翻译眼镜、小米AR眼镜探索版等，而全彩化 Micro-LED显示因全彩化技术方案难题还待进一步耕耘。全彩 Micro-LED显示主要有两个阵营，一是通过原生RGB  Micro-LED打造，二是采用量子点的色转换（含有部分色转换和全彩转换）。原生RGB方法尽管组装简单，但面临发光效率低和背板电路设计复杂的问题，量子点色转换的效率还未达到规模量产的阶段。

第五，生成式AI的走红给单色 Micro-LED带来了更多应用空间。针对一些简单的AI功能，比如实时翻译、查阅资讯等，它们主要以文字形式展现，单色 Micro-LED光机+AI方案的AR眼镜可满足需求，预计这类AR眼镜在未来两年内或有明显增长。

第六，车载Micro-LED显示方面，需要出现一些创新应用，比如P-HUD（Panoramic Head-up Display，全景抬头显示器），在汽车的前挡风玻璃上成像，这对光学设计和亮度需求更高。现在，厂商在聚焦两种P-HUD方案，其一是反射式P-HUD方案，把 Micro-LED做成光机形态放在前舱，然后投影到前挡风玻璃上；其二是直显式P-HUD方案，把透明背板的 Micro-LED显示屏嵌入前挡风玻璃，为司机提供安全驾驶辅助功能。