全球面板产业优化调整，TFT-LCD产值下滑趋势明显，LTPS-LCD、Oxide-LCD、AMOLED和小间距发光二极管显示（Mini/Micro LED）产值均呈稳定或出现增长。智慧城市、智慧网联汽车、虚拟显示等行业应用提出对高亮度、高对比度、高分辨率等性能要求，Micro LED被誉为下一代主流显示技术。
Micro-LED 显示技术是近年来继OLED 显示技术后最受关注的平板显示技术。作为固体主动发光器件，Micro-LED具有工作电压低、发光效率高、响应速度快、性能稳定可靠、工作温度范围宽等优点，在电视、电脑、微型投影机、无掩膜光刻、手机、手表、AR、VR 等中小型和微型显示器件中具有重要的应用需求。
Micro-LED在2000年左右被首次提出。2004年，英国斯特克莱德大学研究团队使用干法刻蚀技术制作出GaN基蓝光Micro-LED阵列，像素大小为20μm，像素数为128×96。2006年，长春光机所梁静秋研究团队利用分层湿法腐蚀制备了AlGaInP红光Micro-LED阵列，像素大小为16μm×20μm，像素数量为1000×818。2011年，美国德克萨斯州立大学研究团队制作出像素大小为15μm的GaN基绿光Micro-LED阵列，像素数为640×480。2014年，苹果公司收购Lux Vue，正式入场Micro-LED的技术研究，Micro-LED技术也进入了大众的视野。
在Micro-LED 器件发展过程中，国际上的研究工作多集中于红光、蓝绿光和紫外光等单色Micro-LED 器件的结构、制作工艺、器件特性等方面。图1以蓝宝石衬底外延片为例，给出了Micro-LED的结构和简要制备流程。外延层通常包括 GaN 缓冲层、n 型 GaN、InGaN/GaN 多量子阱、AlGaN 电子阻挡层和 p- GaN 层等。Micro LED的制作流程通常包括ICP台面刻蚀、n电极金属沉积、SiO2 层沉积、p电极沉积及退火等。
图 1 Micro-LED的简要制备流程
随着对Micro-LED 显示器件应用需求的日益迫切，全彩色Micro-LED 器件制备技术也逐渐成为了研究热点。常规的红、绿、蓝三色LED通常不能在同一基板上同时生长，迄今为止，大多数的研究主要集中在单色显示方面。为了实现全彩色Micro-LED微显示，梁静秋团队的研究人员进行了如下探索。
1.三色集成全彩色Micro-LED微显示
通过转移红绿蓝三色Micro-LED发光芯片到硅基驱动电路，制作了全彩色可独立寻址微型显示器件。使用硅片作为基底，通过光刻和磁控溅射制造金属化图案，金属化图案由金属焊盘和导线组成。显示器件的每个像素由红色，绿色和蓝色Micro-LED芯片组成。图2为制作的Micro-LED微显示器，红绿蓝三色从上至下行扫描整个显示阵列。
图 2 Micro-LED微显示器
红绿蓝Micro-LED芯片均为倒装芯片，大小形状相同或相近，采用倒装键合工艺制作，具有良好的工艺一致性，而且制作周期短，效率高。由于无需引线键合，阳极焊盘可以设置在Micro-LED的下面，有利于进一步减小全彩像素单元尺寸。这种微显示器具有高亮度和宽工作温度范围的特点，在室内/室外应用中具有巨大的潜力。
2.单片集成量子点Micro-LED微显示器件
通过采用量子点材料制备了匹配蓝光Micro-LED 阵列的量子点色转换层，实现了Micro-LED 阵列器件全彩化。全彩器件由蓝光Micro-LED、红光量子点、绿光量子点组成。蓝光Micro-LED同时作为激发光照射到量子点材料，分别辐射出红光和绿光，如图3所示。
图 3 单片集成量子点Micro-LED微显示器示意图
量子点色转换层基板的制备流程如下。首先，在透明玻璃基板表面蒸镀长波通滤光膜，通过飞秒激光对滤光膜层分区刻蚀；然后，在滤光膜层表面制备PDMS聚合物膜层；最后，在其上制备红光和绿光量子点像素单元。将制备的色转换层与蓝光Micro-LED阵列集成，以实现全彩显示。图4为有无滤光膜情况下的单片集成量子点Micro-LED微显示阵列对比。无滤光膜时，大量蓝光穿透量子点色转换层，产生大量蓝光背景光，造成量子点像素单元发光时色纯度降低，影响了器件显示能力；而有滤光膜后，滤光膜有效抑制了蓝光出射，提高了红光和绿光像素单元发光色纯度。
图 4 无滤光膜和有滤光膜时的单片集成量子点Micro-LED微显示器阵列
通过无毒InP/ZnS核壳量子点材料实现基于蓝光Micro-LED阵列的全彩色显示器件，可以发挥环境友好型量子点材料优异的光致发光特性，提升全彩Micro-LED显示器件的显示品质。
3. 三色合成Micro-LED微投影显示
分别制作红、绿、蓝单片Micro-LED显示阵列，通过光学系统合光并投影到接收屏上，实现Micro-LED全彩微投影显示。
图 5 Micro-LED微投影显示示意图
红光Micro-LED显示阵列由AlGaInP-LED制作。通过刻蚀、填充正面与背面隔离沟道、沉积p电极、n电极和退火等工艺制作红光Micro-LED显示阵列，显示效果如图6所示。绿光与蓝光Micro-LED显示阵列均采用蓝宝石衬底的GaN外延片，制作流程如图1所示。
图 6 红光Micro-LED显示阵列
光学系统作为Micro-LED微投影显示的关键，对成像效果有着至关重要的作用。微投影系统将显示芯片上的图像真实地加以还原，在投影屏幕上投射出清晰画面。图7为Micro-LED微投影显示光学系统示意图。该光学系统具有体积小，结构简单，投影效果好，易加工生产等诸多优势。
图 7 Micro-LED微投影显示光学系统示意图
挑战与展望
Micro-LED全彩微显示的实现面临的一些挑战：
（1）如何满足Micro-LEDs批量制造、转移、集成技术和装备需求；
（2）如何提高Micro-LEDs良率；
（3）适用于Micro-LED微显示的高效低成本有源驱动方案；
（4）如何提高基于量子点的Micro-LED器件寿命。
虽然Micro-LED微显示技术也许在短时间内还不能成为主流显示技术，但经过科研人员的共同努力，会有越来越多的技术得以突破，而Micro-LED微显示技术也终将会推动显示行业继续蓬勃发展。
