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micro-LED十六年发展历程揭秘

编辑：清风　[ 2016-9-26 11:32:54 ]　文章来源：LED大屏网

LED显示屏

LED技术已经发展了近三十年，最初只是作为一种新型固态照明光源，之后虽应用于显示领域，却依然只是幕后英雄——背光模组。如今，LED逐渐从幕后走向台前，迎来最蓬勃发展的时期。如今它已多次出现在各种重要场合，在显示领域扮演着越来越重要的角色。

▲图1 LED在 ①鸟巢 ②水立方 ③上海世博会上的应用

LED之所以能够成为当前的关注焦点，主要归功于它许多得天独厚的优点。它不仅能够自发光，尺寸小，重量轻，亮度高，更有着寿命更长，功耗更低，响应时间更快，及可控性更强的优点。这使得LED有着更广阔的应用范围，并由此诞生出更高科技的产品。

▲图2 LED 大尺寸显示屏（分辨率较低）

▲图3 8×8 LED阵列与micro-LED阵列的对比

如今，LED大尺寸显示屏已经投入应用于一些广告或者装饰墙等。然而其像素尺寸都很大，这直接影响了显示图像的细腻程度，当观看距离稍近时其显示效果差强人意。此时，micro-LED display 应运而生，它不仅有着LED的所有优势，还有着明显的高分辨率及便携性等特点。

当前micro-LED display的发展主要有两种趋势。一个是索尼公司的主攻方向——小间距大尺寸高分辨率的室内/外显示屏。另一种则是苹果公司正在推出的可穿戴设备（如 Apple Watch），该类设备的显示部分要求分辨率高、便携性强、功耗低亮度高，而这些正是micro-LED的优势所在。

Micro-LED display 已经发展了十数年，期间世界上多个项目组发布成果并促进着相关技术进一步发展。例如，2001年日本Satoshi Takano团队公布了他们的研究的一组micro-LED阵列。

该阵列采用无源驱动方式，且使用打线连接像素与驱动电路，并将红绿蓝三个LED芯片放置在同一个硅反射器上，通过RGB的方式实现彩色化。该阵列虽初见成效，但也有着不容忽视的缺点，其分辨率与可靠性都还很低，不同LED的正向导通电压差别比较大。

同年，H. X. Jiang团队也同样做出了一个无源矩驱动的10×10 micro-LED array。这个阵列创新性的使用四个公共n电极和100个独立p电极。并采用复杂的版图设计以尽量最优化连线布局。虽然显示效果有一定的进步，但没有解决集成能力低的问题。

▲图4 H. X. Jiang团队的10×10 阵列连线布局

另一个比较突出的成果是在2006年由香港科技大学团队公布的。同样采用无源驱动，使用倒装焊技术集成Micro-LED 阵列[3]。但是同一行像素的正向导通电压也差别比较大，而且当该列亮起的像素数目不同时，像素的亮度也会受到影响，亮度的均匀性还不够好。

▲图5 香港科技大学团队成果展示

2008年，Z. Y. Fan团队公布另一个无源驱动的120×120的微阵列，其芯片尺寸为3.2mm×3.2mm，像素尺寸为20×12μm，像素间隔为22μm。尺寸方面已经明显得到优化，但是，依然需要大量的打线，版图布局仍然十分复杂。

而同年Z. Gong团队公布的微阵列，依然采用无源矩阵驱动，并使用倒装焊技术集成。该团队做出了蓝光（470nm）micro-LED阵列和UV micro-LED（370nm）阵列，并成功通过UV LED阵列激发了绿光和红光量子点证明了量子点彩色化方式的可行性。

▲图6 UV micro-LED 阵列

▲ 图7 Micro-LED 阵列与Si-CMOS的集成

此外，在该年，B. R. Rae 团队成功集成了 Si-CMOS 电路，该电路可为UV LED提供合适的电脉冲信号，并集成了SPAS （single photo avalanche diode ）探测器，主要应用于在便携式荧光寿命读写器。然而其驱动能力比较弱，且工作电压很高。

2009年，香港科技大学Z. J. Liu所在团队利用UV micro-LED阵列激发红绿蓝三色荧光粉，得到了全彩色的微LED显示芯片。2010年该团队分别利用红绿蓝三种LED外延片制备出360 PPI的微LED显示芯片[8]，并把三个芯片集成在一起实现了世界上首个去背光源化的全彩色微LED投影机。