詳談Micro LED技術
注：内容多參考至微信公衆号“OLED Industry”，其他參考文獻已在文末列出
引用本文的參考文獻格式：
[1]孫甯甯.詳談Micro LED技術[EB/OL].[2019-12-26].https://www.cnblogs.com/Sonny-xby/p/12096999.html
0 導言
顯示技術發展至今，日益呈現出技術交叉化、多元化、應用綜合化的發展，其發展[1]大緻經曆了如表1所示的幾個發展階段：
表1 顯示技術的分類及原理
| 類别 | 原理 | 配圖 |
| 陰極射線管顯示器（CRT） | 通過加熱燈絲發射出電子，在加速和聚焦控制電壓作用下彙聚成電子束,在陽極高壓作用下,電子束獲得巨大能量,并在偏轉線圈的作用下向目标偏離，穿越蔭罩的小孔或栅欄,RGB三色熒光點被按不同比例強度的電子流點亮,被激發的熒光粉就發出光線 |  |
| 液晶 顯示器（LCD） | 在電場作用下，液晶分子會發生排列上的變化（電光效應）,液晶分子結構的變化進而影響通過其的光線變化，繼而通過偏光片的作用可以表現為明暗的變化，再配合彩色濾光片，人們就可以實作通過對電場的控制最終控制了光線的灰階和亮度變化，進而顯像。 |  |
| 發光 二極管（LED） | 當電流通過導線作用在這個晶片的時候，電子被推向P區,在P區裡電子和空穴的複合,釋放出的能量以光子的形式釋出而發光。它會依材料的不同，發射出不同顔色的光。 | |
| 等離子體顯示器（PDP） | 在兩張薄玻璃基闆之間排列密封的等離子管發光元件構成螢幕,并充填氙氖的混合惰性氣體。在等離子管電極間加上高壓後，封在兩層玻璃之間的等離子管小室中的氣體會産生等離子效應進而産生紫外光，同時激發到前面闆上的紅綠藍熒光粉發出肉眼可見光 | |
| 有機發光顯示器（OLED） | OLED由一薄而透明具半導體特性的铟錫氧化物( ITO)，與正極和陰極相連形如三明治的結構，包括了空穴傳輸層(HTL)、發光層(EL)與電子傳輸層( ETL)。當有電流通過時,正極空穴與陰極電荷就會在發光層中結合，産生光亮, | |
| 量子點 顯示器（QLED） | QL ED顯示技術是将量子點的光學材料置于背光燈與液晶面闆之間，用量子點替代傳統的熒光粉,使得液晶顯示背光更加純正。 | |
*年來，被視為新一代顯示面闆技術的Micro LED技術受到廣泛關注。Micro LED是一種新的自發光顯示技術，與OLED有許多共同之處，但相比傳統LCD、OLED等，Micro LED 有着更大的優勢，它有着功耗低、響應快、壽命長、光效率高等特點[2]，技術對比見表2。
表2 發光技術特點對比
| 技術 | LCD | OLED | μLED |
| 光源 | LED背光源 | 自發光 | 自發光 |
| 功耗 | 高 | 低（LCD的20%） | 非常低，（LCD的10%） |
| 發光效率 | 低（5-7%） | 低（5-7%） | 高（15%） |
| 對比度 | 中等（約5K：1） | 中等（10K：1） | 非常高（1M：1） |
| 反應時間 | 慢（ms） | 快（μs） | 非常快（ns） |
| 工作溫度 | 0-60C | 50-70C | -100-120℃ |
| 圖像滞後 | 低 | 高 | 無 |
| 色域 | 中等 | 非常好 | 非常好 |
| 黑電* | 中等 | 非常好 | 非常好 |
| 壽命 | 中等 | 短 | 長 |
| 亮度 | 低（＜1K nit） | 中等（1K-3K nit） | 超高（1M nit） |
| 分辨率 | ＜800 ppi | ＜1000 ppi | 高于10, 000 ppi |
| 視角 | 低（108°） | 高（170°） | 高（170°） |
| 彎曲&柔性基底 | 否 | 是 | 是 |
| 透明基底 | 差 | 中等 | 好 |
| 雜光點 | 無 | 無 | 是 |
| 品質 | 重 | 輕 | 輕 |
| 厚度 | 厚 | 薄 | 薄 |
| 可量測性 | 低（＜65″） | 适度（＜88″） | 高 |
| 成本（2018） | 低 | 中等 | 高 |
Micro LED與其他LED在晶片大小、組裝、應用的差別如圖7.
圖7 Micro LED與其他LED産品對比
本文将介紹Micro LED顯示技術發展現狀，技術原理、結構、驅動方式、關鍵技術及應用等内容。
1 概述
1.1 Micro LED 技術
Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發光二極體，也可以寫作μLED，一般指使用尺寸為1~60μm的LED發光單元組成顯示陣列的技術，其大小相當于人頭發絲的1/10，具有無需背光，光電轉換效率高、亮度大于105 cd/m2，對比度大于104：1，響應時間在ns級等特點，是将LED進行薄膜化、微小化和陣列化，使其體積達到大小隻有主流LED的1%，像素點距離達到由毫米達到微米的一項技術[2]，如圖8所示。
圖8 Micro LED示意圖
顯示水*評定參數如表3
表3 顯示水*評定參數
| 參數 | 定義 | 說明 |
| 亮度 | 像素點的明暗程度 | 機關是堪德拉每*米（cd/m2）或稱nits，即機關投影面積上的發光強度 |
| 對比度 | 最高亮度和最低亮度的比值 | 例如一個螢幕在全白屏狀态時候亮度為500cd/m2，全黑屏狀态亮度為0.5cd/m2，這樣螢幕的對比度就是1000:1。 |
| 飽和度 | 色彩的純正程度 | 飽和度取決于該色中含色成分和消色成分（灰色）的比例。含色成分越大，飽和度越大；消色成分越大，飽和度越小。 |
| 分辨率 | 圖像中儲存的資訊量，即每英寸圖像内有多少個像素點 | 機關：像素每英寸，即PPT（Pixel Per Inch） 例如：一張圖檔分辨率是500×200，也就是說這張圖檔在螢幕上按1:1放大時，水*方向有500個像素點，垂直方向有200個像素點。 |
| 響應時間 | 像素由亮轉暗或由暗轉亮的時間 | 如30毫秒=1/0.030=每秒鐘顯示33幀畫面 |
| 顯示尺寸 | 液晶面闆的對角線尺寸 | 以英寸機關（1英寸=2.54㎝），主流的有15/17/19/21.5/22.1/23/24/27/29英寸等 |
| 可視角度 | 能夠看清螢幕畫面的最大或最小角度 | 包含水*和垂直兩個名額，一般而言是以對比度變化作為參照标準的，當觀察角度加大到一定程度，對比度下降到10:1時，這個角度就是該LED顯示屏的最大可視角。 |
| 黑電* | 經過一定校準的顯示位置上，沒有一行光亮輸出的視訊信号電*，也就是黑色的最低點 | 如黑電*設定為0 IRE。 IRE是指Institute of Radio Engineers的簡稱，最亮的程度時100IRE。 |
1.2 發展由來[3]
Micro LED的發展最早要追溯到20世紀90年代的TFT-LCD顯示器背光子產品應用的發展。由于LED具有極好的色彩飽和度、較低功耗以及厚度輕薄等特點，一些制造商将LED用作背光源。然而，由于當時LED制作成本高，散熱性差，光電轉換效率低等因素，它并未廣泛應用于TFT-LCD産品中。
2000年，塗有熒光粉的藍光LED通電激發出白光，白光LED晶片技術才逐漸成熟。
到2008年，白色LED背光子產品實作了指數級增長，在短時間内完全取代了CCFL，廣泛應用于智能手機，*闆電腦，筆記本電腦，台式顯示器和電視等領域。然而，TFT-LCD存在如下缺陷：
（1）受非自發光特性的限制，開孔透射率在7％以下，導緻TFT-LCD的光電轉換效率低；
（2）白光LED的色彩飽和度性能遠遠低于RGB LED；
（3）在室外環境中，TFT-LCD亮度無法達到1000 nit以上，導緻圖像品質和色彩識别度降低。
諸多限制因素将研究方向投向了使用RGB LED作為自發光像素的Micro LED顯示器。2000年，無機半導體Micro LED（µLED）技術由德克薩斯科技大學的姜洪興和林靜宇的研究小組在堪薩斯州立大學期間首次提出，并确定了許多相關的潛在應用。此後，多家公司和研究機構開始研發各種相關技術。
1.3 Micro LED結構
經典的Micro LED結構是由直接帶隙半導體材料制成的PN結二極管，當Micro LED處于正向偏置狀态時，來自半導體導帶的電子與價帶中的空穴重新結合，進而發出單色光的光子，如圖9。通常，Micro LED的最大半峰全寬（FWHM）[1]線寬為20 nm，并且能夠提供超過120％NTSC[2]的高度色彩飽和度。
圖9 Micro LED結構
理論上，Micro LED顯示器使LED結構更薄，更小且呈陣列結構。單個Micro LED通常在1-10μm的範圍内，并大量轉移到IC基闆上。基底可以硬的、柔性的、透明的或不透明的。通過使用實體氣相沉積來完成保護層并形成頂部電極，可以将其包裝到簡單的結構化微型LED顯示器中。
圖10 制備彩色化顯示屏示意圖
在制備顯示屏時LED晶片表面必須置于陣列結構中，其中每個像素都可以單獨控制，并驅動至所需亮度。如果互補的金屬氧化物半導體場效應半導體（MOSFET）成為有源微型LED結構的主要架構，那麼微型LED晶片陣列和CMOS可以使用封裝技術。無源微型LED結構可以粘附微型LED，微型透鏡陣列可以提高LED的亮度和對比度。
1.3.2 其他結構
除前文所述Micro LED經典結構外， Micro LED 結構還可以細分為:
（1）Vertical結構
Vertical[4]結構中存在的問題是其電極因為不在一個表面上, 是以在手機等運用場景中其 Bonding 較為困難。
（2）Face Up Chip結構
Face Up[5]晶片為LED正裝晶片，是最早出現的晶片結構, 也是小功率晶片中普遍使用的晶片結構。在該結構中，電極在上方, 從上至下材料為: P-GaN，發光層，N-GaN，襯底。是以, 相對倒裝來說就是正裝。随着 Micro LED 晶片運用場對 Bonding 區域區間的要求越來越小且由于晶片尺寸也逐漸減少, 留給正裝晶片的引線布線空間可能不足。
（3）Flip Chip
該類型晶片[4,5]是為了避免正裝晶片中因電極擠占發光面積進而影響發光效率, 而對正裝晶片進行倒置。進而使發光層激發出的光直接從電極的另一面發出(襯底最終被剝去, 晶片材料是透明的), 同時, 針對倒裝設計出友善 LED 封裝廠焊線的結構, 進而, 整個晶片稱為倒裝晶片(Flip Chip), 該結構在大功率晶片較多用到。覆晶固晶機(Flip Chip Bonder)的精密度是 ± 1.5μm(每次移轉為單一晶片) 。
（4）Nanowire 3D 結構
Nanowire 3D [5,6,7]結構一般在制作工藝如下: 先采用 Sapphire 基闆并優先的生長 n-GaN；然後制作 Mask 進行覆寫且使得 n-GaN 隻能沿着某一個特定方向進行生長；當 n-GaN 成長滿足需求時, 再進行 p-GaN 的制作以在表面形成 p-n 結。為了避免載流子的溢出, 可以在 p-n 結中加入 InGaN 激活層。
圖11 晶片結構示意圖
Vertical 和 Flip Chip 制作工藝相對而言較為簡單, 但是随着 Micro LED 尺寸的下降(< 3 μm) 其會發生light Decay和edge leakage。于此同時, Nanowire 3D 結構雖然制作工藝較為複雜, 但是其在尺寸縮小的情況下發光面積依然較大, 是以其發光效率會更優[7]。而Face up chip 結構和 Flip Chip 結構相比, 其需要 Wire Bonding。因為 Bonding 需要區域較大, 其晶片尺寸一般大于 200 μm(屬于 Mini LED 範疇) [8]。
如果 Micro LED 晶片其擁有襯底且出光在襯底反方向時, 為了增加出光度, 需要在襯底底部制作反射圖案[6]。以用 Sapphire 襯底制作 Face Up Chip Micro LED 為例, 為了增加其在特定方向上的出光。一般需要在玻璃襯底上制作圖案以增加出光率(PPS: Pattern Sapphire Substrate)。其後通過多次外延生長、成膜和光刻的方式形成晶片圖案。
傳統的 LED 顯示屏在晶片切割完畢後, 直接對整顆 LED 燈珠進行封裝, 驅動電路與晶片正負極連接配接, 驅動封裝好的燈珠; 而 Micro LED 在光刻步驟後, 并不會直接封裝, 這是由于封裝材料會增大燈珠體積, 無法實作燈珠間的微距。需要将 LED 裸晶片顆粒直接從藍寶石基闆轉移到矽基闆上, 将燈珠電極直接與基闆相連。
在制備顯示屏時LED晶片表面必須置于陣列結構中，其中每個像素都可以單獨控制，并驅動至亮度。如果互補的金屬氧化物半導體場效應半導體（MOSFET）成為有源微型LED結構的主要架構，那麼微型LED晶片陣列和CMOS可以使用封裝技術。無源微型LED結構可以粘附微型LED，微型透鏡陣列可以提高LED的亮度和對比度。
1.3.3 帶隙、色彩、PN結
（1）帶隙
Micro LED 中發光顔色和半波寬等系數和發光區域能帶間隙有關。波長和能帶間隙的關系可以下列公式得出:
其中 h 為普朗克常量; c 為光速。
對于常見顔色來說, 其波長和能量[9]如表4所示：
表4 RGB顔色&波長&能量表
| 顔色 | 波長 | 能級 |
| 紫色 | 410nm | 3.0 eV |
| 藍色 | 480nm | 2.6 eV |
| 灰色 | 530nm | 2.3 eV |
| 黃色 | 580nm | 2.1 eV |
| 橘色 | 600nm | 2.0 eV |
| 紅色 | 680nm | 1.8 eV |
對于無機材料而言, 能帶間隙取決于材料組成和晶體結構, 對于常見的 LED 材料而言, 其半導體能帶、材料和能帶[10]的關系如表5所示
表5 常見的 LED 材料半導體能帶、材料和能帶的關系
| 材料 | 波長 | 色彩 | Vf | 能量 |
| GaAs | 859-940nm | 紅外 | 1.2 | 1.3-1.4 |
| GaAsP | 630-660nm | 紅 | 1.8 | 1.9-2.0 |
| GaAsP | 605-620nm | 琥珀色 | 2.0 | 0.2-2.1 |
| GaAsP : n | 585-595nm | 黃 | 2.2 | 2.1 |
| AlGaP | 550-570nm | 綠 | 3.5 | 2.2-2.3 |
| SiC | 430-505nm | 藍 | 3.6 | 2.3-2.9 |
| GaInN | 450nm | 白 | 4.0 | 2.8 |
在采取側延生長方式制作 Micro LED 期間時, 為了避免原子形成晶苞之間 Grain Dislocation 等缺陷的存在, 其參雜的材料和生長基闆間需要:
（1）相同的晶體結構。
（2）晶體晶格類似(Lattice Parameter)。
而無機材料的能帶間隙又和材料的成分組成和晶體結構相聯系。是以在 Micro LED 生長時, 需要通過對材料成分的調整來達到合适晶體結構和能帶間隙。
圖12 帶隙 & 材料沉積 & 晶體晶格示意圖
可見對于紅綠藍的LED，其生長襯底可以分别選擇為GaAs、GaP和SiC襯底來進行制作, 而白光的LED可以用GaN晶圓來進行制作。GaAs、GaP和SiC (3C SiC為Zinc Blende, 而4H和6HSiC為Hexagonal結構)為Zincblende晶體結構, 而GaN為Wurtzite晶體結構(一般為GaN on Si 晶圓)。無論是在哪種襯底上進行生長, 為了保證器件的有序和完整, 其生長方向都需要盡可能地沿着材料的緊密排列方向進行(Close Packing Direction)。
表6 常見晶圓
除去半導體的能帶間隙數值意外, 在制作半導體器件時還需要注意的是其半導體能帶間隙類型[6]。
1）對于 Direct Band Gap 的材料而言, 其空穴和電子相結合的過程中産生是光子(Photon)。
2）對于 Indirect Band Gap 型材料, 因為去 VB 和 CB 能帶最低和最高點不在統一方向, 是以空穴和電子在結合是産生聲子(Phonon)。聲子的産生伴随着熱。是以該類型期間的内部量子效率偏低、發光有一定遲滞, 且伴随着熱量的産生。
那麼理論上對于常見的幾個 LED 襯底而言, 可見 GaP、AlGaP 和 SiC 等材料的為 Indirect Band Gap 材料。而 GaN 和 GaAs 為 Direct Band Gap 材料。Band Gap 的結構也會随着參雜的程度的改變而産生變化。例如 GaAs 向 AlAs 過度中其晶體能帶間隙就逐漸從 Direct Band Gap 向 Indirect Band Gap 進行變化。
（2）PN結
p-n 結是 LED 發光的核心結構。與 OLED 等其他自放光器件類似, 在 LED 中電子(e)和空穴(h)在 p-n 結中結合後發出光子發光。因為電子(e)和空穴(h)的濃度和傳輸速度存在一定的差異, 為了保證在 Micro LED 在工作時空穴或電子不會躍過 p-n 結而在非發光區域進行結合, 在實際器件中會加入 Hetero-Junction 結構對載流子的流動進行限制, 進而使得其載流子隻能在固定能級的 Hetero-Junction 内進行結合并發出特定波長的光[6]。
圖13 Heterojunction in Micro LED
圖14 典型的藍寶石晶圓生長Micro LED結構
（3）GaN作為生産 Micro LED 的基闆[11]
一般的 GaN 基闆需要在别的襯底上生長而來, 并根據生長襯底的不同可以進一步分為 GaN on Si 和 GaN on Sapphire。
GaN on Si 價格較為昂貴且襯底結構較為複雜。其主要原因是因為：GaN 和 Si 的晶格常數有 17%的差異, 這些差異容易導緻 GaN 表面産生缺陷；GaN 和 Si 熱膨脹系數差異較大(CTE 有 57%的差異)。
以上的影響因素再加上制作工藝的影響導緻了 GaN on Si 的制作工藝複雜和良率較低等問題, 并堆高了售價。在工業上對該方案的解決思路是通過加入不同的 buffer 層來減少 GaN 和 Si 之間的晶格差異以及 CTE 差異 。
[1] 半峰全寬：色譜分析術語，指色譜峰高一半處的峰寬度，表征晶粒大小，晶粒越小，寬化越嚴重
[2] NTSC：NTSC标準下的顔色的總和，例85%NTSC，按色域面積換算，85%NTSC≈120%SRGB。
1.4 Micro LED制造技術
根據最終應用場景的不同，Micro LED可以直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高分辨率顯示屏供VR等産品使用，也可以在襯底上制作完成後通過巨量轉移的方式将Micro LED晶片在更大尺寸且帶有邏輯電路的基闆上進行組裝，進而滿足手機和電視等大尺寸顯示屏運用場景的需求[12]。
和VR/AR等運用場景中微小的螢幕尺寸相比，手機、*闆和電視上的螢幕尺寸較大，如果希望在這些場景中使用Micro LED甚至是mini LED， 則LED器件需要在基闆上進行分離，并在較大的基底上進行組裝[13]：
（1）在帶有驅動電路的基闆上僅進行LED的組裝完成顯示螢幕的制作。常見的做法有将LED組裝到帶有TFT的基闆上，或分别将LED和驅動晶片組在玻璃基闆上組裝等。該技術因為存在較多的步驟，其理論良率較低。
（2）将LED和CMOS進行整合，使得每個單元有自己的驅動，其後再在較大的基底上進行組裝。每個結構單元都有自己的驅動，理論上可以提高良率和減少後續修補工藝。
1.5 Micro LED顯示原理
（1） Micro LED顯示驅動方式
目前Micro LED顯示技術從驅動上分為被動驅動和主動驅動，如表7。
表7 Micro LED驅動方式
| 驅動方式 | 驅動原理 | 原理圖 |
| ASIC被動驅動[4] | Micro LED陣列用行列掃描方式驅動點亮。如圖15，列信号由資料信号充當，行信号由選擇信号充當。當X行和Y列被選通時，點（X，Y）被點亮，以高頻逐點掃描顯示圖像。 | |
| CMOS主動驅動[5] | 采用共N極倒裝結構，發光晶片采用單片或者單晶粒形式，倒裝到驅動基闆後再應用倒裝鍵合技術将晶片倒裝到矽基CMOS驅動基闆上。 港科大劉[6]等人提出2TIC結構，即2個MOS管和一個電容結構，如圖16 | |
| TFT驅動[7] | 使用鍵合技術将Micro LED陣列轉移到含有TFT驅動背闆上，或者直接在Micro LED上生長TFT。 其中，首爾慶熙大學Kim團隊[8]使用低溫多晶矽（LTPS）TFT技術制造了像素間距為10μm，亮度達40000cd/m²，EL峰為455nm，FWHM為15nm的Micro LED陣列 | |
（2）Micro LED顯示原理
根據驅動方式的不同，發光單元結構不同，不同結構發光單元的顯示原理[2]如表8
表8 顯示原理
| 發光單元結構 | 原理 | 原理圖 |
| 金屬互聯式 | 外部通過對N/P電極施加行列掃描信号來實作圖像的顯示，此結構的單個LED是互相隔離的，需要ICP刻蝕到襯底，由于刻蝕深度達到5-6μm，後續進行金屬連線時金屬線容易在深隔離槽處斷裂。 | |
| 單片內建式 | LED外延片被制成LED陣列，然後陣列整體倒裝到驅動基闆上，結構如圖19，這種結構可以轉移多個LED，但是無法解決彩色化問題。 Yole公司堅挺該技術 | |
| 晶粒轉移式 | 将LED刻蝕成單晶粒形狀，結構如圖20所示，晶粒大小在1-60μm之間，結合巨量轉移技術進行晶粒到驅動基底的大批量轉移并鍵合。 | |
2 研究技術概況
2.1 研究現狀
Micro-LED顯示器從2010年開始以全新的形式出現。從2010年開始，制造商一直在通過內建和研發積極開發Micro LED顯示器技術[1]。
2012年，索尼展示了第一台被稱為Crystal-LED的微型LED電視（55英寸，全高清），但并未馬上進入市場。2016年，該公司CES 2017國際消費電子展上推出了大面積戶外微型LED顯示屏，稱為Canvas Display或CLEDIS（水晶LED內建結構）系統，顯示屏尺寸為32x 9，由144個子產品組成，組合分辨率為8K×2K。它的黑色電*比OLED更深，可以在全屏白場下達到1000nit的峰值亮度；此外，它不會出現暈光，在色彩方面，這款出色的顯示器幾乎可以重制BT.2020的所有色域，并在180°視角上保持絕對的圖像完整性。
Samsung于2019年初美國消費性電子展(CES)上，展出75寸子產品化Micro LED顯示器，使用的LED晶片大小隻有2018年「The Wall」産品的1/15，實作真正「Micro LED等級」的顯示器；
日本裝置廠Toray則在2019年NEPCON Japan展示針對Micro LED生産的各種解決方案，包括晶圓檢測、修複與轉移等；
三安光電宣布将在湖北投資120億元人民币，作為Micro LED與Mini LED晶圓與晶片開發生産之用；
在Display Week 2019上，工研院發表PCB基闆的Micro LED及Mini LED，并标榜其巨量轉移技術能克服直接轉移的挑戰，直接将三色的Micro LED大批量轉移至PCB闆上；
天馬微電子在2019年Display Week上展示7.56吋的透明全彩Micro LED顯示器；
錼創科技除了提供Samsung晶片外，在Display Week 2019上也展示自家7.56吋全彩透明Micro LED顯示器，穿透率達60%以上；另外還有柔性Micro LED顯示器；錼創表示，PixeLED Display顯示技術的核心精神在于獨創的PixeLED晶片設計搭配巨量轉移技術，能将尺寸小于20µm的RGB Micro LED，大量轉移到各種應用需求的面闆上，良率可高達99.9%
英國Plessey在CES 2019展出Micro LED AR/VR智能眼鏡後，又于2019年Display Week發表AR應用的0.7吋Micro LED顯示器；
LED龍頭廠商歐司朗加入一項名為「SmartVIZ」的Micro LED研發計劃，與德國研究機構共同開發透明Micro LED車用顯示器，預計2021年第四季公布最新成果；
Rohinni于2019年Display Week展示Mini LED背光燈條及燈闆産品，并預計在2019年底推出Mini LED背光鍵盤。
如同所有新的顯示技術一樣，要大量生産Micro LED會花費很多精力，但随着LCD的逐漸淡出，将來它有可能替代OLED。
2.2 技術挑戰
2.2.1技術名額
（1）高良率
高良率即如何提升轉移良率到99.9999%（俗稱的“六個九”），在制備流程中，很多步驟都會對良率造成一定的影響，如下圖所示。
圖21 良率示意圖
（2）高精度：每顆晶片的精準度必須控制在±0.5μm以内。
2.2.2 關鍵技術内容
Micro LED生産技術包括：
①基底：130mm 藍寶石、200mm 矽
②外延片&晶圓加工：單晶圓、多晶圓
③巨量轉移
● Pick-and-place transfer (Samsung, Sony)
● Electrostatic MEMS (Apple/Luxvue)
● Electrostatic stamp (Cooledge, AUO, VueReal)
● Elastomer stamp or roll (X-Celeprint, ITRI, KIMM)
● Ultrasonic/acoustic roll (Innovasonic)
● Magnetic/electromagnetic stamp (ITRI)
● Adhesive stamp (PlayNitride, Intel)
● Mechanical transfer (Rohinni)
● Thermo-mechanical laser transfer (Uniqarta)
● Laser ablation transfer (Optivate)
● Fluidic self-assembly (Nth degree, Sharp, PSI)
④缺陷管理
⑤背闆技術：Si-CMOS、TFT、LTPS、Oxide
技術挑戰總結如圖22
圖22 關鍵技術挑戰、
2.2.3 技術瓶頸
（1）Efficiency下降很大, 尤其 Red。
（3）Transfer 問題:
（3）Chip 太小、太薄。現在 tool 無法 handle。
（4）巨量轉移: 量太多, 現在速度不合适。
（5）Yield: Chip × transfer: 99.999% ×99.999% ~ 20 PPM
（6）Repair: Redundancy修複時間過長。
（7）均勻性、大尺寸 wafer 6” → 8”。
（8）Defect
2.3 技術路線
一般制備技術路線為：襯底制備——外延片&晶圓制備——像素組裝——缺陷檢測——彩色化——光提取&成型——像素驅動，如圖23
圖23 技術路線圖
3 關鍵技術介紹
3.1 外延片和晶片制程
Micro LED的制造核心技術在于微縮制程技術和巨量轉移技術。微縮制程技術的主要要求是整個晶片波長和低缺陷密度的驅動電流的均勻性。
3.1.1 晶片尺寸
微縮制程技術是指将原來LED晶片毫米級别的長度微縮後達到1~10μm等級左右。之前LED尺寸大多是10~30mil，即250~750 μm，單一晶片最小尺寸是100μm，而通過微縮制程技術可以打破這一極限設定，如圖24。業界評估，室内用途的顯示器尺寸至少要做到5μm，目前LED晶片大小業界水*已普遍達到50μm，蘋果實力雄厚，已經能做到10μm的水*，Mikro Mesa實驗室内已經可以做出3μm大小的尺寸。三安光電已可組成RGB全彩的Micro LED顯示器，其中RGB晶片的外部量子效率（EQE）預估依序為18%，30%，60%，目前三安晶片産線上能做到12×20μm，正在往5×10μm目标邁進，flip chip晶片尺寸做到了30~100μm，垂直式電極晶片可達10~100μm；柔浩電子有限公司佘慶威首席科技家介紹，他們已經能夠做出RGB全彩晶片，目前在做flexible的。
圖24 晶片尺寸示意圖
3.1.2 微型LED生産方法
LETI指出，在制備高性能氮化镓Micro LED過程中主要面對三大挑戰，一是確定機械接觸和電氣接觸，二是保持非常高的像素，三是要推進産品的電子性能。如果要解決巨量轉移過程的挑戰，可以通過微型微觀技術進行轉移，要把微管插入電樁，插入到裝備晶片技術的流程中，可以在晶圓中栽培微型管道。
半導體晶片進行中的小型化已達到其極限，但是在小型化方面仍有很大的增長空間。 微型LED有三種主要的生産方法，Chip Bonding（晶片焊接）、Wafer Bonding（晶片焊接）、Thin film transfer（薄膜轉移），介紹如表[8]9。
表9 微型LED生産方法
| 生産方法 | 技術内容 |
| 晶片鍵合 | 通過将LED分成微型Micro LED晶片（包括Epi-wafer薄膜和基闆），或使用SMT和COB技術，可以将Micro LED晶片一張一張地粘結到顯示基闆 |
| 晶圓鍵合 | LED EPI晶圓薄膜将使用電感耦合等離子體（ICP）蝕刻機形成微型微型LED EPI晶圓薄膜結構，一旦該結構固化，它将成為顯示間距。 一旦将包括EPI晶圓和基闆的LED晶圓直接粘合到IC基闆，制造商将使用機械或化學工藝剝離基闆，進而留下4-5微米厚的微型LED EPI晶圓膜結構，構成了顯示屏 IC驅動器基闆上的像素。 |
| 薄膜轉移 | 使用機械或化學方法剝離LED基闆，用臨時的LED EPI晶圓代替它，以形成微型LED EPI晶圓結構。 另一種方法是使用電感耦合等離子體（ICP）蝕刻機形成micro-LED EPI晶圓結構，然後使用機械或化學方法除去基闆，并臨時用另一層薄膜代替。 最後，驅動器IC基闆上所需的顯示間距使用選擇性轉移固定裝置來大規模轉移micro-LED EPI晶圓薄膜結構，以粘合到基闆上并形成顯示像素。 |
每個制造過程的優勢，以及參與制造過程的公司[1]如表10
表10 微型LED制造優勢
| 制造類型 | 晶片焊接 | 晶圓鍵合 | 薄膜轉移 |
| 顯示分辨率 | Micro LED晶片 | Micro LED薄膜 | Micro LED薄膜 |
| 顯示基底類型 | 無尺寸限制 | 小尺寸 | 無尺寸限制 |
| 可調轉移距離 | 是 | 否 | 是 |
| 巨量轉移能力 | 否 | 是 | 是 |
| EPI 使用率 | 中等 | 低 | 高 |
| EPI重複使用率 | 無 | 中等 | 高 |
| 成本 | 高 | 中等 | 低 |
| 制造商 | Sony | Leti/ ITRI | LuxVue/ Mikro Mesa |
Wafer Bonding [8]: 在 Wafer 上制作完圖案化的 Micro LED 後, 其直接轉移到有邏輯電路的基闆上完成顯示屏制作。因為 Wafer 尺寸等限制, 其更适合與運用在智能手表和 VR 等運用領域。
Chip Bonding [8] : 先将在Wafer上制作好的 Micro LED 進行切割, 其後再通過 SMT 或 COB 方式對 Micro LED 晶片進行 Bonding。該方式可以用在 Micro LED Wall 等大尺寸運用場景上。因為 SMT 和 COB 在晶片尺寸上的限制, 用該方式制作的 Micro LED 在尺寸上更趨*于 Mini LED 的範疇, 且其并不能适用于手機和*闆的運用場景的需要。
Media/thin film Bonding [8]: 用薄膜等方式進行轉印和 Bonding。和 Chip Bonding 的方式不同, 在該模式下不需要破壞原有的晶圓基闆, 而 Micro LED 可以通過雷射等方式從生長的晶圓上剝離。由此可見, 由于晶圓可以再次利用, 是以該方式的生産成本和 Chip Bonding 相比理論上會更為低廉。
因為 Micro LED 結構中對功能層結晶态和結晶取向要求較高, Micro LED 需要在高度結晶的晶圓上進行生長。這與 OLED 蒸鍍有一定的相似性, 随着晶圓尺寸的增大, Micro LED 制作的數量和效率也會增大, 但是其成膜均勻性會收到一定的影響。
3.1.3 微型LED生産材料
Micro LED 的主要生産材料是 GaN (紅色的 Micro LED 用 GaAs 而其他顔色則可以用 GaN。因為 GaAs 較難制作, 是以紅色 Micro LED 價格會比其他顔色更貴), 并采取外延生長的方式在襯底上進行制作[6]。
3.1.4 微型LED外延生長技術
(1) MOCVD [2](Metal-organic Chemical Vapor Deposition)是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有機化合物和 V、Ⅵ族元素的氫化物等作為晶體生長源材料, 以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延,生長各種Ⅲ-V 族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。通常 MOCVD 系統中的晶體生長都是在常壓或低壓(10-100Torr)下通 H2 的冷壁石英(不鏽鋼)反應室中進行,襯底溫度為 500 - 1200℃, 用直流加熱石墨基座(襯底基片在石墨基座上方), H2 通過溫度可控的液體源鼓泡攜帶金屬有機物到生長區。與 MBE 相比, 其生長速度快。
圖25 MOCVD技術
（2）MBE[3] (Molecular Beam Epitaxy) 分子束外延是一種新的晶體生長技術, 簡記為 MBE。其方法是将半導體襯底放置在超高真空腔體中, 和将需要生長的單晶物質按元素的不同分别放在噴射爐中(也在腔體内)。由分别加熱到相應溫度的各元素噴射出的分子流能在上述襯底上生長出極薄的(可薄至單原子層水*)單晶體和幾種物質交替的超晶格結構。分子束外延主要研究的是不同結構或不同材料的晶體和超晶格的生長。該法生長溫度低, 能嚴格控制外延層的層厚組分和摻雜濃度, 但系統複雜, 生長速度慢, 生長面積也受到一定限制。采用 MBE 方式進行生長時, 其生長的基闆需要為單晶結構。
圖26 MBE技術
3.1.5 微型LED外延襯底種類
在生長 Micro LED 時需要用到單晶的襯底/晶圓。常用于 Micro LED 生長的晶圓[6]有藍寶石襯底、SiC 襯底、GaN 襯底，對比如表11
表11 不同襯底特點對比
| GaN on Sapphire | GaN on Si | |
| 直徑 | 目前大多低于100mm，一些采用150mm | 200mm 300mm |
| 晶圓成本 | 隻有最新的裝置才足夠随着發展可能有一些優勢 | 隻有最新的裝置才足夠基闆便宜得多 |
| 工藝性 | 受厚底材的限制 | 長期存在的例如裂縫、弓形、應變等已解決 |
| 薄膜倒裝工藝 | 雷射剝離和粘結不成熟 （直徑越大，問題越多） | 矽基闆的去除和鍵合是矽行業已建立的流程 |
| 液晶品質 | GaN在藍寶石上生長良好，具有自然優勢 | 頂層晶體品質具有競争力 |
| 器件性能 | 已經過數十年的優化 | 适配電壓和适當的輸出功率已經實作 |
| 均勻度 | 挑戰随着晶圓直徑的增加而增加 | 如果應變工程應用良好，則随直徑變化 |
從價格而言, 藍寶石襯底最便宜, 而 GaN 襯底最貴。而從器件的性能而言, GaN 襯底制作出的器件其性能更加的優異。
Plessey認為，矽基氮化镓技術有很多優勢，如可以使用大晶圓直徑節省成本，并且擴大規模；而目前存在的是氮化镓和矽材料不比對、回溶的時候容易引起産量低、晶圓溫缺和開裂的可能性，不過他們已經解決這個問題，并産出尺寸非常小的LED，光照效率達50%，并且低層次的損失能夠使EQE的峰值大大地減少到非常低的電流水*。
3.2 Micro LED 顯示屏制作形式
Micro LED陣列制作内容包括晶粒制程、晶片貼合制程、巨量轉移晶粒陣列制作及量子點材料噴印制作[6]。
正常的 Display還是以玻璃基闆+TFT 為基礎設計的。為了進一步提高良率并減少轉移中的損耗, Yole 提出直接制作 Micro IC 形式來對 Micro LED 顯示期間來進行憑借[6]。其具體思路是
（1）直接在矽片上制作多個 IC 電路。
（2）其後将 Micro LED Bonding 在電路上。
（3）将帶有 Micro LED 的 IC 電路分成小片。
（4）根據顯示螢幕需要組裝所需數量的 Micro IC 晶片。
該方法的優點是其不需要 TFT 背闆, 同時可以在 IC 代工廠裡完成大部分的元件制作并有效的降低成本。
從螢幕生産的角度上來考慮, 工藝步數的減少可以有效的提高産品的良率。由此, 藍色 μLED + color conversion on CMOS 的方式存在較大的競争優勢。
Micro LED顯示屏制作形式一般有Monolithic和Chiplet兩種方法，具體如表12.通過 Monolithic 方式制作的 Micro LED 顯示屏通常在基闆上已經通過半導體工藝制作了邏輯電路。和 Chiplet 方式制作的Micro LED 顯示屏相比, 其優點是具有更高的分辨率且更适合用于智能手表、Hud 擡頭顯示器和 AR/VR 等運用場景。但是晶圓的尺寸限制了 Monolithic Micro LED 在大尺寸顯示場景下的運用。為了将 Micro LED 運用到顯示面積更大的環境, 如手機、電視和幕牆中,一般則采用 Chiplet 的方式來進行 Micro LED 的制作。
采用 Chiplet 方案制作 Micro LED Display的難點是如何無損的對晶片進行 De bonding/Release、Transfer、Bonding 和電極 Wire。
表12 Micro LED顯示屏制作形式
| 制作形式 | 内容 | 原理圖 |
| Monolithic | 直接在襯底上制作 Micro LED Display (單色或多色疊層的 Micro LED) | |
| Chiplet | 在基片上制作 Micro LED 後再将 Micro LED 切為小片并在其他面闆上進行組裝。該方法是現在較為常見的一種 Micro LED 制作方案 | |
3.3 封裝
LED Bonding 的封裝技術随着運用場景和器件尺寸等的差別也各不相同。
3.3.1 直插引腳式LED晶片結構
LED 晶片的直插引腳式(Lamp)[15]最先研發成功并投放市場的 LED 産品, 技術成熟、品種繁多。通常支架的一端有“碗杯形”結構, 将 LED 晶片固定在“碗杯形”結構内, 然後采用灌封封裝。灌封是先在 LED 模腔内注入液态環氧樹脂, 然後插入壓焊好的引腳式 LED 支架并放到烘箱中讓環氧樹脂固化, 再從模腔中脫離出 LED 即成型, 成為 LED 産品。直插式封裝技術的制造技術簡單、成本低, 有着較高的市場占有率。目前, 直插式引腳封裝的LED 通常是單色( 紅 色 、綠色、藍色)發光應用于大螢幕點陣顯示、訓示燈等領域。早期, 全彩的 LED 顯示屏是通過将紅色、綠色和藍色的 3 個或 4 個 Lamp LED 器件做為一個像素點拼接成的。*年來, RGB 三合一 Lamp LED 器件也在研發中, 以滿足高亮、高分辨、高效率拼接的要求。目前直插式 LED 主要應用于戶外點間距在 P10 以上的大屏, 其亮度優勢、可靠性優勢較明顯, 但由于戶外點間距也朝着高密方向發展, 直插受限于紅綠藍 3 顆器件單獨插裝, 很難高密化, 是以在戶外點間距 P10 以下逐漸被 SMD 器件替代。
圖29 引腳式鍵合
3.3.2 表貼三合一式LED
表貼三合一(SMD)LED [15]于 2002 年興起, 并逐漸占據 LED 顯示屏器件的市場佔有率, 使得市場從引腳式封裝轉向 SMD。表貼封裝是将單個或多個 LED 晶片粘焊在帶有塑膠“杯形”外框的金屬支架上(支架外引腳分别連接配接 LED 晶片的 P、N 極), 再往塑膠外框内灌封液态封裝膠, 然後高溫烘烤成型, 最後切割分離成單個表貼封裝器件。由于可以采用表面貼裝技術(SMT), 自動化程度較高。與引腳式封裝技術相比, SMD LED 的亮度、一緻性、可靠性、視角、外觀等方面表現都良好。SMD LED 體積更小, 重量更輕, 且适合回流焊接, 尤其适合戶内、外全彩顯示屏的應用。SMD LED 可分為支架式 TOP LED 和片式( Chip )LED 。前者常采用 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)支架, 後者采用 PCB 線路闆作為 LED 晶片的載體。PLCC 支架成本低, 但是在應用中存在氣密性差、散熱不良、發光不均勻和發光效率下降等問題。此外, 還有性能和光效更好的 PCT 及 EMC 材質的支架, 但考慮到價格較貴, 暫未在 LED 顯示屏器件上廣泛應用。SMD LED 器件封裝尺寸具有一定的局限性。當封裝尺寸往 0808 更小尺寸封裝發展時, 封裝的工藝難度急劇增大, 良率下降, 導緻成本增加。這主要是受限于固晶、焊線、劃片(沖切)、焊線的裝置精度等因素。另外, 在終端應用的成本也會增加, 主要展現在貼裝裝置的精度、貼裝效率等。
表面貼裝電子元件技術[8], 是 LCD 驅動線路闆的制造技術之一。主要流程為印錫膏、貼元件、回流焊。可靠性較高, 但體積大、成本高。
3.3.3 闆上封裝
COB[15](Chip on Board 是一種将多顆 LED 晶片直接安裝在散熱 PCB 基闆上來直接導熱的結構。COB 內建封裝不但能夠減少支架成本和簡化 LED 屏制造技術, 還可以降低晶片熱阻, 實作高密度封裝。選用 COB 封裝的 LED 顯示屏在一定程度上擴充了器件的散熱面積, 進而讓産生的熱量更為容易擴散到外界。成本上, 與傳統的封裝方式相比, COB LED 顯示子產品在實際應用中能夠節省器件的封裝成本。在相同功能的顯示屏系統中, 采用 COB LED 的顯示屏子產品比傳統顯示屏闆總體成本少 30%以上。
COB[8]是比 SMT 更小型化的封裝方式。将裸片 IC 先用接着劑固定在 PCB 闆上, 再用金線或鋁線将 IC pad 與 PCB 金手指進行接合(打線), 最後塗敷黑膠、烘烤固化進行保護。
3.4 彩色化方案
Micro LED實作單色比較簡單，通過倒裝結構封裝和驅動IC貼合就可以實作，但要實作全彩就相對複雜，用傳統的RGB三色列陣需要分次轉貼紅、藍、綠三色的晶粒，嵌入幾十萬顆LED晶粒，對于LED晶粒光效、波長的一緻性、良率要求更高。
VerLASE擁有色彩轉換技術專利，能夠讓全彩MicroLED陣列适用于*眼顯示器；LeTI采用量子點實作全彩顯示，推出了iLED matrix，其藍光EQE9.5%，亮度可達107Cd/m2;綠光EQE5.9%，亮度可達108Cd/m2，Pitch隻有10um，未來目标做到1um；台灣Play Nitride公布以氮化镓為基礎的PixeLEDTM display技術，公司目前透過移轉技術轉移至面闆，轉移良率可達99%。預計3-5年後Micro LED或可開始商用化程序[1]。
3.4.1 解決方法
為解決螢幕色彩問題目前有三種路徑實作： RGB三色LED法、UV/藍光LED發光媒體法、光學透鏡合成法。
（1）UV/藍光LED+發光媒體法[2]
如果單獨制作 RGB 三色的 Micro LED 并進行巨量轉移, 其制程複雜且良率較低。為了得到更好的良率和轉移效率, 不少公司開始嘗試用藍色 Micro LED + Color conversion 的方式來進行制作MIceo LED 顯示器。其基本思路是用藍光的 Micro LED 進行發光, 其後通過色轉換層進行轉換進而實作分色效果。發光媒體一般分為熒光粉和量子點，但由于熒光粉顆粒大，不适合應用到小尺寸Micro LED中，如今研究熱點的是量子點技術。QLED又稱量子點顯示技術。利用量子尺寸效應再施加為電場或者光壓，量子點便會發出不同頻率的光。在顯示領域，量子點在藍光/UV照射下進行光緻發光，産生紅光與綠光，并同部分透過的藍光混合形成白光，進而在電源驅動下發光顯示。
由于量子點發光二極管具有發光效率高、窄帶寬、帶隙易設計等特點，使它可以作為很好的發光源。與普通的InGaN藍光激發熒光粉合成白光的LED不同，QLED可以提供多種色彩。是以小尺寸的QLED在MicroLED顯示彩色化領域也是一種可行的方案。
但量子點技術至今還存在着穩定性差、散熱要求高、壽命短且需要密封、顔色均勻性不佳、顔色之間容易互相影響等缺點。南方科技大學孫小衛教授通過研究發現，量子點還是最好的一個方法，采用量子點做色彩轉化層，雖然沒有完全達到2的尺寸，但已經非常接*了。
（2）三色RGB法
2016年Peng[4]等采用CoB技術在透明石英基闆，上制作了5 x5 x3 RGB全彩LEDoTS Micro LED顯示器，如圖17所示。整個面闆尺寸為5 mmx5 mm。.其中紅色LED使用GaAs材料并且為垂直結構，藍光和綠光LED使用GaN材料結構且為水*結構。通過CoB技術将LED 晶片轉移到透明襯底的陰極線上，然後通過飛線進行陽極的連接配接。由于驅動三色LED所需的電壓各不相同，是以此種方法還未實作對面闆灰階的控制。
圖30 RGB三色法
3.4.2 透鏡合成法
利用透鏡将三色LED光線進行合成也是一種彩色化方案，Liu[9]團隊制作的Micro LED投影原型機的工作原理為先将視訊信号轉化為RGB三色信号，然後分别将三色信号控制對應LED晶片。最後使用圖31光學結構将三色混合通過透鏡投影出去。這是一種全新的投影技術，相比于LCOS、DLP、LCD顯示，它結構簡單，體積小，重量輕、光效率更高，可靠性更高。
圖31 透鏡合成法
3.4.2.1光學結構
在将微型LED陣列倒裝晶片連接配接到AM面闆之後，将紅色，綠色和藍色LEDoS晶片進行模片貼裝，然後引線鍵合到各個封裝闆上，并連接配接到控制闆上。然後，将包裝闆安裝到三向色棱鏡上，以形成全色投影光源，如圖32（a）所示。使用Microchip @ MCU開發了基于計算機的接口，以将圖像信号傳輸到三個信号闆。信号闆提供電源并進行控制，以調整各個微型顯示器的亮度。可以使用用于對準R-G-B圖像的安裝螺釘對三個微型顯示位置進行微調。為了示範投影全彩色圖像的能力，将整個系統插入到現有的3-LCD投影儀中。除投影鏡頭外，所有的LCD面闆，BLU和其他光學元件均已完全移除。如圖32（b）所示，成功組裝了無BLU的全彩3-LEDoS投影儀原型和光學架構。3-LEDoS投影儀的光學示意圖如圖32（c）所示。
圖32 光學結構圖
3.4.2.2光學檢測
分光光度法是在特定波長處或一定波長範圍内光的吸收度，對該物質進行定性或定量分析。常用的波長範圍為：
(1)200～380nm的紫外光區；
(2)380～780nm的可見光區；
(3)2.5～25μm（按波數計為4000cm<-1>～400cm<-1>）的紅外光區。
所用儀器為紫外分光光度計、可見光分光光度計（或比色計）、紅外分光光度計或原子吸收分光光度計。
分光光度計[2]采用一個可以産生多個波長的光源，通過系列分光裝置，進而産生特定波長的光源，光線透過測試的樣品後，部分光線被吸收，計算樣品的吸光值，進而轉化成樣品的濃度。樣品的吸光值與樣品的濃度成正比。
用分光光度計測量三個晶片的色坐标，并将其繪制在測得的CIE 1931色空間色度圖上，如圖33所示。位于圖中心的點是色溫為0的組合白色的色坐标。 大約7000K。實心三角形内的區域顯示的最大色域可由3-LEDoS投影儀進行投影，可以看到該投影儀比NTSC色域（虛線）更大。
圖33 3-LEDoS投影顯示器和NTSC的CIE 1931色彩空間色度圖。
通過組合三個獨立的有源矩陣LEDoS微型顯示器制備的全彩色3-LEDoS投影儀原型，使用三向色棱鏡，将三色圖像光學合并并投影為全色圖像，與傳統投影儀相比，在沒有BLU和其他光學元件的情況下，3-LEDoS投影儀具有最簡單的光學結構和最高的光使用率。之後的工作将正在進一步優化以提高3-LEDoS投影儀的分辨率，LUE和光輸出功率。
3.5 缺陷光學檢測
3.5.1晶片缺陷界定
一般來說，Micro LED制備所界定的缺陷包括壞點、亮點、暗點等，其中，
壞點是指在白屏情況下為純黑色的點或者在黑屏情況下為純白色的點，在切換成紅、綠、藍三色顯示模式下，此點始終在同一位置上并且始終是純黑色或純白色的點。這種情況說明該像素的三個子像素點均己損壞，此類點稱為壞點。
亮點：在黑屏的情況下呈現的R、G、B（紅、綠、藍）點叫做亮點
暗點：在白屏的情況下出現非單純R、G、B的色點叫做暗點
另外，當Micro LED尺寸下降到一定的範圍後(特别是10 μm以下), 光更容易從LED邊緣漏出, 進而形成Side wall Effect/ Edge Leakage。Side wall Effect會導緻Micro LED EQE下降。随着邊緣出光的比重提高, 需要對Micro LED邊緣進行一定的處理。一種處理方式是僅對器件中部進行電流注入而在邊緣保持 3μm 左右的緩沖區域, 進而避免 Sidewall 現象的産生。
常見顯示器問題，如亮度偏差、色度偏差、色度/亮度不均勻性、像素和線缺陷、漏光、Mura檢測、圖像殘留、視角等；選用的光測量方案——分光亮度計/色彩亮度計；色彩照度計/分光光度計；色彩分析儀/成像色度計。
3.5.2 檢測方式
有缺陷的 Micro LED 晶片可以通過 UV 光照等方式進行識别 (Photo Luminescence)。通過 UV 光照射, Micro LED 晶片的對比度和波長差異可以通過裝置收集并分析, 進而在後續的資料分析中将有缺陷的 Micro LED 晶片篩選出。目前已發展的Micro LED缺陷檢測方案包括光緻發光測試和電緻發光發光測試兩種。
通過PL和EL對過程中Micro LED由半導體載體形成的缺陷率、還有傳質裝配過程中的缺陷率等，另外在出廠時對LED功能型的測試。
3.5.2.1光緻發光
①定義[3]
所謂光緻發光( Photo luminescence簡稱PL)，是指物體依賴外界光源進行照射，進而獲得能量，産生激發導至發光的現象。也指物質吸收光子(或電磁波)後重新輻射出光子(或電磁波)的過程。
從量子力學理論.上，這一過程可以描述為物質吸收光子躍遷到較高能級的激發态後傳回低能态，同時放出光子的過程。光緻發光是多種形式的熒光(Fluorescence) 中的一種。
②基本原理
設一系統的能級結構如圖34
圖34 能級結構圖[4]
E.為基态能量，E-E。為激發态， 受到激發後，若系統從能級E.躍遷到E，由于從E2- Es能級間相距很*，可通過非輻射性級聯過程發射聲子，由E5能級降到E能級，從E到E,或E的能級間距較大，則可能通過發射光子的輻射性躍遷來完成，這時就可觀測到發光，在這種情況下發射的光子能量分别為
a.發光中心
進行輻射躍遷過程的實體即是發光中心，它是發光體中被激發的電子躍遷回基态(或與空穴複合)發射出光子的特定中心。發光體吸收外界的能量以後，經過傳輸、轉換等一系列過程，最後以光的形式發射出來。光的發射對應着電子在某些能級之間的躍遷。如果所涉及的能級是屬于- -定的離子、離子團或分子時，這種離子、離子團或分子就稱為發光中心。
分立發光中心：被激發的電子沒有離開中心而回到基态産生發光。
複合發光中心：電子被激發後離化,與空穴通過特定中心複合生發光。
b. 兩種不同形式的發光
光緻發光大緻經曆吸收、能量傳遞和光發射三個主要階段。光的吸收和發射都是發生在能級之間的躍遷，都經過激發态，而能量傳遞則是由于激發态的運動，激發光輻射的能量可直接被發光中心吸收，也可被發光材料的基質吸收。在第一種情況下，發光中心吸收能量向較高能級躍遷，随後躍遷回到較低能級或基态能級而産生發光。在第二種情況下，基質吸收光能，在基質中形成電子空穴對，他們可能在晶體中運動，或被束縛在各個發光中心上電子與空穴複合而引起發光，這種發光叫做複合發光。當發光中心離子處于基質的能帶中時，會形成一個局域能級，處在基質導帶和價帶之間，即位于基質的禁帶中。不同的基質結構，發光中心離子在禁帶中形成的局域能級的位置部同，進而在光激發下，會産生不同的躍遷、導緻不同的發光色。
c. 激活和激活劑
晶體中對完整周期點陣或結構的任何偏離都是缺陷。在發光材料的基質晶體中加入某種雜質，造成結構上的缺陷，由于這種結構缺陷，使原來不發光或發光很微弱的材料産生發光，這種作用叫做激活，所加入的雜質稱為激活劑。敏化劑(促進作用)、猝滅劑(削弱作用)、共激活劑。
d. 位形坐标圖
位形坐标曲線是解釋電子一聲子互相作用的一種實體模型，用-一個坐标來代表離子的位置，作為橫軸;縱軸表示電子-離子系統的能量，包括電子能量和離子勢能，這就是位形坐标曲線。如圖35，曲線代表離子位置變化時系統的能量的改變情況，也可以看作是電子在某一狀态時離子的勢能曲線。下面一條曲線是在基态時系統的能量随位形坐标的變化，上面一 條對應電子在激發态時系統的能量随位形坐标的變化。A到B是吸收，C到D代表發光，E是電子基态和激發态的能量差，水*短橫線代表離子的振動能級。
圖35 位形坐标圖
e. 吸收光譜(Absorption spectrum)
吸收光譜是描述吸收系數随入射光波長變化的譜圖，發光材料對光的吸收遵循：
發光材料的吸收光譜主要決定于材料的基質，而激活劑和其他雜質對吸收光譜也有一定的影響。被吸收的光能一部分輻射發光，一部分能量以晶格振動等非輻射方式消耗掉。大多數發光材料主吸收帶在紫外光譜區。發光材料的紫外吸收光譜可由紫外-可見分光光度計來測量。
f. 發射光譜(光緻發光譜I Emission spectrum)
發射光譜是指發光材料在某一特定波長光的激發下，所發射的不同波長光的強度或能量分布。許多發光材料的發射光譜是連續譜帶，由一一個或幾個峰狀的曲線所組成，這類曲線可以用高斯函數表示。還有一些材料的發射光譜比較窄，甚至呈譜線狀。這種發射光譜如果以發射光的能量分布來做圖稱為光譜能量分布圖(SED) 。
對于發光材料，發射光譜及其對應的激發光譜是非常重要的性質，激發、發射光譜通常采用紫外-可見熒光分光光度計進行掃描。
③光緻發光的過程
當外部光源如紫外光、可見光甚至雷射照射到光緻發光材料時，發光材料就會發射出特征光如可見光、紫外光等，發光過程一般由以下幾個過程構成
1) 基質晶格或激活劑(或稱發光中心)吸收激發能；
2) 基質晶格将吸收的激發能傳遞給激活劑；
3) 被激活的激活劑發出熒光而傳回基态，同時伴随有部分非發光躍遷，能量以熱的形式散發。
圖36 發光過程
按照弗蘭克-康登原理：光學吸收躍遷是垂直的。當發光中心吸收了發光能時,系統的能量将由基态豎直的躍遷到激發态。原因是從基态向激發态的躍遷是電子的,而水*位移是核的,距離隻是核間距，電子的激發時間很短,電子的運動比核快很多,激發結束的瞬間系統的位形沒能來得及發生變化。是以電子躍遷可以很好地*似看作在靜态環境内進行。
3.5.2.2 電緻發光
①定義
通過在兩個電機上加電壓産生，電場激發的電子與發光中心碰撞，導緻電子在能級間躍遷、變化和複合，導緻發光
②組成及原理
由背電極層、絕緣層、發光層、透明電極層和表面保護膜組成。利用發光材料在電場作用下的特性産生光，并将電能轉化為光能。
4 組裝技術之巨量轉移
根據最終運用場景的不同，Micro LED可以直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高分辨率顯示屏供VR等産品使用，也可以在襯底上制作完成後通過巨量轉移的方式将Micro LED晶片在更大尺寸且帶有邏輯電路的基闆上進行組裝，進而滿足手機和電視等大尺寸顯示屏運用場景的需求。
和AR、VR等運用場景中微小的螢幕尺寸相比，手機、*闆和電視上的螢幕尺寸較大。如果希望在這些場景中使用Micro LED甚至是Mini LED，則LED器件需要在基闆上進行分離，并在較大的基底上進行組裝：
（1）在帶有驅動電路的基闆上僅進行LED的組裝完成顯示螢幕的制作。常見的做法有将LED組裝到帶有TFT的基闆上，或分别将LED和驅動晶片組在玻璃基闆上組裝等。該技術因為存在較多的步驟，其理論良率較低。
（2）将LED和CMOS進行整合，使得每個單元有自己的驅動，其後再在較大的基底上進行組裝。每個結構單元都有自己的驅動，理論上可以提高良率和減少後續修補工藝。
圖37 不同的應用對應的組裝技術
在藍寶石類基闆上生長出來的Micro LED需要轉移到玻璃基闆上，由于尺寸不比對，是以需要進行多次轉運。對于微器件的多次轉運技術難度都是特别高，而用在追求高精度顯示器的産品上難度就更大。按照不同的應用，組裝技術分為兩派：巨量轉移和單片制造，此處僅介紹本專業方向巨量轉移。如圖37
4.1 巨量轉移概述
4.1.1 技術概述
磊晶部分結束後，需要将已點亮的LED晶體薄膜無需封裝直接搬運到驅動背闆上，在μLED的生産上，要把數百萬甚至數千萬顆微米級的LED晶粒正确且有效率的移動到電路基闆上，以一個4K電視為例，需要轉移的晶粒就高達2400萬顆（以4000 x 2000 x RGB三色計算），即使一次轉移1萬顆，也需要重複2400次，這種技術叫做巨量轉移。巨量轉印裝置是實作三基色Micro-LED晶片內建制造的關鍵。
常見巨量轉移技術的步驟為：從預定位置以非常高的空間精度和方向拾取微型模具（預制）；将這些微型晶片移動到預定位置，同時保持微型晶片的相對空間位置和方向；然後，在保持新的相對位置和方向的同時，有選擇地在該新位置配置設定微晶片。
4.1.2 技術難點
其中技術難點[4]有兩個部分：1）轉移的僅僅是已經點亮的LED晶體外延層，并不轉移原生基底，搬運厚度僅有3%，同時Micro LED尺寸極小，需要更加精細化的操作技術。2）一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED，數量巨大，需要新技術滿足這一要求。
4.1.3 巨量轉移現有技術
目前巨量轉移技術主要包括靜電吸附、範德華力、電磁力、流體自組裝等，各技術對比如表11[5]。
表13 各技術對比
| 技術 | MEMS | 機械頂針 | 彈塑性印章 | 雷射輔助 | 紫外線輔助 | 流體自組裝 |
| 可靠性 | 中等 | 高 | 中等 | 高 | 高 | 低 |
| 産量 | 高 | 低 | 中等 | 高 | 高 | 高 |
| 可量測性 | 低 | 低 | 高 | 高 | 高 | 高 |
| 可選擇性 | 高 | 高 | 低 | 高 | 高 | 中等 |
| 成功率 | 低 | 中等 | 中等 | 高 | 低 | 低 |
4.1.4 巨量轉移評估名額
①精度：将微型模具移動到新位置的準确度，取決于多個因素，包括傳質技術，傳遞印模和過程中使用的夾具。
②轉移成品率：一次可以成功轉移多少個好晶粒（共轉移的總數）
③轉移效率：每機關時間或每機關尺寸轉移需要多少個模具、是否需要多次維修和傳遞、是否需要對某些模具進行重新定向或重新定位，維修或更換。
④技術範圍； 即可能的最小和最大的模具轉移
4.2 巨量轉移技術流派
4.2.1滾軸轉印技術
基于Roll to Roll轉移技術——KIMM（南韓機械與材料研究所）
（1）資訊
Nano Applied Mechanics團隊于2017年7月24日對外宣布該技術
（2）技術概述
先将薄膜半導體放置在基闆上，然後将μLED放置在TFT元件上，完成有源矩陣的μLED顯示器，滾動方法可通過機械變形同時轉移和互聯，可在生産線上控制LED均勻性
（3）技術内容
受PDMS印章方法啟發，該團隊建立了一次性轉移膜，并在其上塗有輥印章以轉移元件：首先拾取一系列TFT，然後将它們放置在臨時基闆上，然後在其上放置TFT元件情況下，傳送基闆以進行第二次傳送，将μLED晶片從半導體晶圓上取下并精确地放置在基闆上，在室溫下進行焊料鍵合，使其與先前沉積的半導體連接配接，将兩個互聯陣列轉移到目标基闆上，成為有源矩陣μLED顯示器。
圖38 輥印轉移技術流程
（4）技術關鍵
壓膜和水*輸送闆之間的壓力嚴格控制，以防止不必要的拉伸和電子元件損壞
輥壓膜旋轉運動應與輸送闆*移運動同步，以*衡由輥壓膜給出的向下垂直力和水*力，以實作對準和覆寫半導體。
4.2.2雷射BAR轉移
BAR轉移技術&線上EL檢測（QMAT & Tesero）
（1）技術概述
QMAT開發的品質轉移技術是束尋址釋放（BAR），利用雷射束将大量Micro LED從源基闆快速轉移到目标基闆。
（2）技術參數
轉移量：10億個/h， 100KHz-1MHz的速度脈沖
缺陷率：
（3）技術内容
襯底制備——Micro LED制備——功能測試——零缺陷轉移——互連技術
①外延襯底制備
氫化物氣相累積法制備襯底，襯底如圖HVPE—— Hydride Vapor Phase Epitaxy
圖39 EPI襯底制備
② Micro LED制備
利用MOCVD法制備，依次堆疊LED器件層、GaN層、鍵合層、轉移釋放層、測試保護層，制備如圖。
圖40 Micro LED制備
③功能測試
測試原理及等效電路圖如圖所示，當通照明光源後，光源沿着光路照射到反射鏡上，改變方向照射向下方的晶片，通過氣隙控制的場耦合器，正常的晶片将會發光，此時發出的光被CCD相機捕捉，并将圖像傳回主機，通過分析電壓圖即可判别出哪個晶片是壞的。
圖41 測試原理及等效電路圖
④零缺陷轉移
雷射透過透明基闆作用在雷射釋放層，通過光熱作用使的晶片與原基闆分離達到轉移的目的，原理圖如圖42所示。
圖42 BAR原理圖
在進行轉移前，由使用者電腦将前一步所檢測得到的晶片好壞檔案進行處理并記憶，在進行轉移時遇到壞點雷射則繞過，可以避免将壞點轉移到基闆上，提高了良率，裝置原理架構及實物如圖所示。
圖43 裝置原理圖及實物圖
⑤互連技術
Micro LED晶片通過巨量轉移到電路闆後，由整合微透鏡陣列，提高亮度及對比度。 Micro LED陣列經由垂直交錯的正、負栅狀電極連結每一顆Micro LED的正、負極，透過電極線的依序通電，透過掃描方式點亮Micro LED以顯示影像。
4.2.3雷射LEAP轉移技術
LEAP——laser Enable alignment process（Uniqarta）
（1）技術概述
Cambridge, MA and Fargo, ND，2017年7月對外公布，采用雷射照射動态釋放層，精準放置LED晶片。
（2）技術參數
該實施方案中使用355nm處的Nd:YVO4或Nd:YAG雷射器的三次諧波（*均功率：200 mW；10到17µJ/pulse；頻率：15kHz；掃描速度：300mm/s），其在聚酰亞胺發泡材料中的吸收深度為0.2μm至0.5μm，聚焦為d<20μm的點光斑。轉移間隙：180 µm。350×350 µm的晶片用一個單一的圓環（d=200µm）來實作轉移。
（3）技術内容
該過程可以單束或多束模式運作。在單光束模式下，使用掃描器将雷射順序聚焦在不同的晶片位置上，如圖
圖44 單光束模式雷射作用機理
在多光束模式下，使用掃描器将光束圖案順序聚焦在模具組上。這提供了處理通常在晶片上的不良晶粒的能力。首先使用單光束模式從晶圓上去除不需要的晶片。然後使用多光束模式快速轉移已知良好管芯的陣列。最後，再次使用單光束模式将單個管芯轉移到由于先前移除不良管芯而導緻的未填充的填充位置。這種有選擇地移除和替換不需要的晶片的能力使LEAP與其他并行放置方法有所不同。
（4）故障測試及均勻化
多光束大面積放置
單光束剔除修複壞點
圖45 故障測試示意圖
4.2.4 雷射剝離轉移
圖案化雷射剝離轉移 & 開發折反射微光學陣列——Optpvate
（1）技術概述
2018年3月釋出該技術，側重于背闆和微光學技術
（2）技術内容
Optovate的p-LLO工藝使用準分子雷射在藍寶石晶圓的生長界面處照亮稀疏分離的裸片大小的氮化镓區域。紫外線照射會産生镓金屬和氮氣，這些氣體可控地将微型LED燒蝕到接收器工具或基闆上。該工藝能夠處理GaN晶片之間的變化，包括生長缺陷，顔色和正向電壓。p-LLO的選擇性光學尋址功能可将晶圓上的預轉移特性資料編碼為micro-LED提取圖案，并用于播種和回填micro-LED背闆，以優化産量，如圖27
圖46 技術内容
（3）背闆和微光學技術
通過将Micro LED陣列排列在薄的精密微反射折射光學陣列下面，Optovate通過折射和反射使每個Micro LED的光輸出最大化。因為可以将微折射折射元件設計為産生不同的光束角度，是以可以輕松配置Micro LED陣列，以便從廣角切換到窄視角（在兩個互相纏繞的Micro LED陣列之間有效切換）。
“通過将光輸出集中在一個圓錐體中，我們将亮度提高了2到3倍，
通常，我們可以将微光學元件應用于Micro LED，但也可以将其單獨使用。我們的轉移技術依賴于雷射剝離工藝，使用光掩模将受激準分子雷射束聚焦在基闆上的不同位置以釋放微型LED以任意間距*行排列”。
圖 47 背闆微光學結構
4.2.5 形狀記憶聚合物+雷射輻照
我國研究人員提出基于形狀記憶聚合物和雷射輻照相結合的Micro-LED晶片巨量轉印方法[6]。研究重點包括：1）多能場作用下巨量轉印過程中高速複合運動的實驗與理論研究；2）高速轉印機構的構型優化設計理論；3）轉印的高速運動切換與精确控制；4）超快響應執行系統多參數耦合機制及精确控制
4.2.6 雷射外其他技術
美國X-Celeprint公司研發出基于彈性圖章的巨量轉印裝置，實作Micro-LED晶片的巨量轉印。首先，在“源”晶圓上制作微型器件，然後通過移除半導體電路下面的犧牲層，釋放微型器件。随後，采用彈性印章和高精度運動控制的列印頭，選擇地拾取Micro-LED器件，并将其放置到目标基闆上，實作Micro-LED晶片的轉印。
此外還有範德華力、磁力、流體自組裝、拾取-放置等多種方案與技術流派，限于篇幅，本文僅介紹與本專業相關的雷射輔助類巨量轉移方案，其他技術不在此做詳細闡述。
廈門大學與台灣交通大學的研究團隊[1]合力研發了一種攝影機型顯微成像系統作Micro LED測試使用。能夠捕捉并分析顯微鏡影像，測量 Micro LED晶片的亮度。可以快速測量Micro-LED陣列在工作時任意位置的絕對亮度值。
日本裝置廠Toray則推出Micro LED檢修解決方案，以光線自動檢測工具進行零接觸檢測，檢測完以後使用其雷射修剪工具，根據檢測結果剔除Micro LED晶片不良品。
數位相機亮度測試技術已然成為一個重要的研究熱點。數位相機是通過圖像傳感器将包含着目标物亮度資訊的電信号轉換成圖像的格式。考慮到Micro-LED的尺寸微小，如圖29所示，通過将相機與顯微結合，利用标準亮度計檢測統一待測物的亮度，獲得灰階與亮度的關系，便可以通過曝光時間和拍攝到的圖檔快速得到待測物的亮度。
圖48 數位相機亮度測試技術
從圖中不難看出，8号晶片的亮度僅為相同電壓下其餘晶片的三分之一，是以可以确定8号晶片的工作異常。
5 跨尺度觀測系統
在Micro LED的制備過程中，巨量轉移技術是其中的瓶頸。在轉移過程中，為了提高轉移效率，需要對晶片的轉移姿态進行觀測。而晶片的尺寸僅在10μm以下，且轉移速度極快，需要在微秒、納秒甚至皮秒尺度下觀測晶片飛行姿态。北京理工大學姜瀾教授研究組[10]搭建了一套多時間尺度觀測系統，可借鑒并應用于Micro LED的制備中，具體機理及光路如下。
5.1 光路及原理
圖49為設計的光路布局圖。
圖49 光路布局圖
光路原理分析如下：
通過M-1和M-2兩面反射鏡，将飛秒雷射(Spectra-Physics Ti Sapphire飛秒雷射器)引入所搭建光路。
通過光闌-1和光闌-2兩點定位校準光路，保證雷射器出光能夠順利引入後續光路。
通過光快門控制雷射有無。
為了完成後續的泵浦探測工作，通過分光鏡S-1将雷射分成兩束，一路為探測光，一路為泵浦光。探測光通過電控光學延遲*台調節與泵浦光的相對時間間隔，後通過多面反射鏡将其引入側面成像光路。并在其中加入倍頻晶體将探測光轉為400nm雷射，通過成像系統加裝400nm士10nm幹涉濾光片，以保證探測光和加工用泵浦光互不幹擾。通過測量，将泵浦光和探測光調節至相*距離，友善調零。
為完成多參數調節的目的，泵浦光路上可添加半波片、1/4波片、衰減片、偏振片等波片元件。同時也使用邁克爾遜式方法搭建可手動調節延遲的光脈沖光路。最終，将泵浦光引入可靠性更高的籠式系統。
同時，通過正面和側面的兩路白光照明和成像系統，可以實時觀測制備過程。将圖中CCD ( Charge-Coupled Device)替換為ICCD ( Intensified Charge-CoupledDevice)，照明光替換為連續雷射照明，即可完成納秒-毫秒尺度的觀測。
5.2 檢測方案
正面、側面成像系統均由照明光源、成像系統和CCD構成，實物圖如圖50.
在側面成像中，成像系統由側面成像物鏡和遠心鏡頭組成，通過協同調節側面成像物鏡與加工樣品的相對位置和遠心鏡頭成像*面，在CCD上可調至不同放大倍率的顯微圖像。在成像物鏡和遠心鏡頭中間放置衰減片組，調節照明光亮度，并在後續泵浦探測時提高信噪比。
在正面成像中，照明光透過可見光分光*片，并透過800nm超快反射鏡，
圖50 實際圖
經由加工物鏡照射到樣品表面，經過反射形成照明。樣品上的反射光經由加工物鏡和單透鏡組成的成像系統進入CCD,形成清晰的正面成像。
此外，由于成像的特殊需求，我們也可以在CCD前方選裝各種所需波片。例如，為保護CCD免受散射飛秒雷射影響可以添加短波通濾色片。
5.3 跨尺度超快成像系統
在Micro LED的制備過程的晶片轉移中，為提高良率可能需要跨越多個時間尺度(幾十飛秒-數毫秒)，目前并沒有理論可以同時兼顧這一空間尺度和時間尺度。但在該過程中卻有許多機理尚不清晰，一些制備過程中存在的現象亟需分析。姜瀾教授課題組[10]通過飛秒尺度雷射傳播、飛秒到皮秒尺度沖擊波形成、納秒尺度等離子體發光、納秒到毫秒尺度對多尺度的加工過程進行觀測的嘗試。搭建相關系統，主要包含以下三個部分:
5.3.1泵浦探測觀測
泵浦探測技術，其原理是通過分光，将脈沖雷射分為探測光和泵浦光。以探測光充當照明光源，則其成像的曝光時間依賴于雷射脈寬，通過調節探測光和泵浦光的延遲，可以得到一系列不同延遲下短時間曝光結果，這樣就能夠獲得以探測光脈寬為分辨率的一系列演化過程。
利用飛秒雷射超短脈沖的特點，使得曝光時間可以縮短至飛秒量級，再通過光學延遲台，可以獲得以飛秒量級為最小分辨率的，跨飛秒-皮秒-納秒的多尺度演化過程，一方面探測光則通過BBO晶體(倍頻晶體)将800nm雷射轉換為400nm雷射，通過在CCD前加裝400nm土10nm 幹涉濾光片，以保證CCD隻會捕獲到倍頻後的探測光，排除了散射的泵浦光以及其他環境中的雜散光。另外一方面，飛秒雷射泵浦光通過加工物鏡加工樣品。
在此光路中，将探測光調節至所要探測的區域，通過電控光學延遲*台調節探測光與泵浦光的相對時間間隔，首先使得探測光先于泵浦光到達加工區域，通過調節飛秒雷射器，使其産生一個脈沖，則此時CCD隻能捕獲到未加工狀态。
先獲得第一幀結果圖，調節探測光與泵浦光的相對時間間隔，使探測光與泵浦光的間隔量增大，一個大于雷射脈寬的值Ot，這樣即獲得了延遲Ot後的第二幀結果圖。依次可以獲得多個結果，假設每次加工條件均相同，則将多次CCD捕獲的結果連起來，就形成了雷射脈沖作用前開始直到作用結束後的一系列全過程觀測結果，曝光時間為雷射脈寬，成像間隔為Ot。該系統通過調節光學延遲，可實作飛秒尺度到皮秒尺度，乃至數納秒尺度的透射式成像。這種方式能夠包含飛秒尺度雷射傳播、飛秒、皮秒、納秒尺度沖擊波形成等。
5.3.2 納秒-毫秒曝光成像
在更長的時間尺度上(納秒尺度以上)，通過對探測光和泵浦光的相對間隔進行光學延遲已經不太友善。若通過将探測光替換為另一台雷射器，并利用同步器進行延遲則裝置複雜、造價高昂。是以，采用更加方面的ICCD來實作納秒以上時間尺度的觀測。
利用ICCD能夠精确到納秒量級的曝光時間和同步信号延遲功能，可以友善的控制曝光時間在納秒、微秒或毫秒量級，調節相對應的延遲時間，即可類似于泵浦探測的方式采集到微孔加工過程中納秒-毫秒尺度的相關資訊。
在微孔加工過程中，飛秒雷射作用材料後通過光緻電離、雪崩電離等電離方式，在雷射作用區域産生大量自由電子，大量自由電子随後引發材料的相爆炸，最終導緻材料去除。在這一過程中，大量自由電子等離子體會發生轫緻輻射釋放光子，進而形成等離子體發光狀态，在成像系統中使用ICCD作為成像原件，将成像焦*面調至微孔加工處，直接采集等離子體發光。在成像系統前增添衰減片組用于保護ICCD不會曝光過度，并在ICCD前添加短，波通濾光片(300nm-700nm 透)用于避免加工用飛秒雷射散射入ICCD而造成信号幹擾。将飛秒雷射同步電信号連接配接至ICCD，利用飛秒雷射同步信号延遲和ICCD電路延遲功能，将ICCD開始曝光時間與飛秒雷射到達樣品時間進行同步。通過ICCD曝光時間設定至納秒量級，并調節ICCD開始曝光時間與飛秒雷射到達樣品時間之間的延遲，可獲得一系列飛秒加工中等離子體發光演化結果。
對于長達微秒到毫秒的時間尺度中，課題組搭建了微秒-毫秒尺度側向照明捕獲散射光成像光路，使用632.8nm的He-Ne雷射器當做照明光源，但其出射方向不和成像系統同軸，保證雷射不正向射入成像系統。在ICCD前放置幹涉濾光片，允許632.8nm+10nm光線通過。若樣品上方空無一物，則ICCD不會捕捉到任何光線。但倘若加工中存在碎屑等噴濺物，其對照明雷射的散射光則會被捕捉。
6 Micro LED的應用與未來
6.1 應用
Micro-LED晶片在高分辨率顯示、增強現實、可穿戴電子等領域具有重要的應用價值。
圖51 應用圖
涉及的公司大緻分為兩類。一些制造單片顯示器，其中氮化镓像素在晶片和單獨的矽上作為完整陣列制成底闆控制這些像素。其他公司則使用“拾放”技術将單個LED或multi- micro LED像素轉移到薄膜半導體（TFT）背闆中。前者适合用于增強現實和*視顯示器等應用的微型顯示器。後者更适合大型顯示器。對于第一個陣營的人來說，通往高通量，高産量技術的道路Micro LED陣列的背闆是關鍵。其他公司則希望通過改變撿拾和放下的物品來簡化生産。 X-Celeprint的方案是放置包含CMOS驅動器電路以及紅色，綠色和藍色microLED的內建像素晶片。這是一個多步驟的過程，但是這意味着顯示器背闆現在隻需是易于制造的電線網絡，而不是矽電路。較小尺寸的顯示器通常采用Si-CMOS背闆，Facebook和Google都在開發可穿戴裝置和帶有Micro LED的AR / VR應用程式。詳細細節[7]見表14
表14 應用& 參數比對表
| 投影Micro 顯示 | 直視類顯示屏 | BLU | |||||
| 應用 | *眼*視 顯示器投影儀：AR / VR | 汽車HUD 投影機 | 智能 手表 | 智能手機*闆電腦 | 電視機顯示器（<75英寸） | 視訊牆（> 75英寸）數字标牌 | LCD背光單元 |
| 産品尺寸 | ＜1″ | ＜3″ | 1″-2″ | 1.5″-6″ | 12″-75″ | ＞75″ | 6″-75″ |
| LED間距 | ＜10μm | ＜50μm | ＜100μm | ＜100μm | ＜500μm | 1-2mm | 500μm-2mm |
| LED 像素密度 | 1000-5000ppi | 150-300 ppi | 300-800ppi | 300-800ppi | 100-200ppi | 20-30ppi | 30-50ppi |
| LED尺寸 | 1-5μm | 10-30μm | 10-50μm | 10-50μm | 5-100μm | 50-100μm | 100-300μm |
| 亮度 | 50K-500K nit | 1K-3K nit | 800-1500 nit | 500-1500 nit | 400-1000 nit | 1000-2000 nit | 300-1000nit |
| 優于OLED的性能 | 亮度、分辨率、響應時間、功耗、重量、尺寸、壽命 | 亮度、功耗、響應時間、操作溫度、壽命 | 功耗 傳感器內建 控制器等 | 功耗 傳感器內建 控制器等 | 亮度、壽命、柔性 | 亮度、分辨率、壽命、成本 | 成本 |
| 制備方法 | 單片/雜化 | 單片/雜化 | 單片/雜化 | 3D/雜化 | 3D/雜化 | 3D | 3D |
| 商業優勢 | 小批量适度成本 | 小批量适度成本 | 低成本 | 無 | 無 | 小批量低成本 | 低成本 易制造 |
| 商業挑戰 | 産量 成本 | 産量 成本 | 産量 成本 | 産量 成本 | 産量 成本 | 産量 成本 | 無 |
| 應用圖 | 短期：2018-2020 | 中期：2020-2021 | 短期：2018-2019 | 長期：2021-2022 | 長期：2021-2022 | 短期：2018-2019 | 短期：2018-2019 |
6.2 未來
福州大學嚴群教授認為，一個主流顯示技術成功要素包括：
1.市場新需求驅動如互動、空間三維；
2.顯示效果更佳，包括色彩、分辨率、亮度、對比度、功耗等
3.應用領域廣（尺寸、柔性、透明、形态）；
4.可量産化（具備可量産工藝技術）；
5.大規模生産成本低（批量生産成本低）；
6.內建性強（具備可內建性）；
7.強大的技術推動經營（技術、資源和資本整合）
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