技术|Mico 显示原理中的 MicroLED 技术解读

Miro 显示原理之 MicroLED 技术，乃是 LED 微缩化与矩阵化技术。具体而言，其是在单个芯片上集成的高密度且微小尺寸的 LED 阵列。就好比 LED 显示屏的每一个像素都能进行定址且可单独被驱动点亮，这完全可以视作是户外 LED 显示屏的微型化版本，将像素点之间的距离由毫米级别降低至微米级别。

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Micro LED 显示原理

系将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1~10μm等级左右；后将μLED批量式转移至电路基板上（含下电极与晶体管），其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；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，完成一结构简单的Micro LED Display。

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Micro LED典型结构

PN接面二极管，由直接能隙半导体材料构成。当上下电极施加一顺向偏压于μLED，致使电流通过时，电子、电洞对于主动区（Active region） 复合，而发射出单一色光。μLED发光频谱其主波长的半高全宽FWHM仅约20nm，可提供极高的色饱和度，通常可大于120%NTSC。

且自2008年后LED光电转换效率大幅提高，100 lm/W以上的LED已成量产之标准。而在Micro LED Display的应用上，为自发光的显示特性，辅以几乎无光耗元件的简易结构，故可轻易达到低能耗（10%~20% TFT-LCD能耗） 或高亮度（1000nits以上） 的显示器设计。即可解决目前显示器应用的两大问题，一是穿戴型装置、手机、平板等设备，有8成以上的能耗在于显示器上，低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力；一是环境光较强（例：户外、半户外）致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题，高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。

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Micro 显示原理

像素结构

MicroLED显示一般采用成熟的多量子阱LED芯片技术。以典型的InGaN基LED芯片为例，MicroLED像素单元结构从下往上依次为蓝宝石衬底层、25nm的GaN缓冲层、3μm的N型GaN层、包含多周期量子阱（MQW）的有源层、0.25μm的P型GaN接触层、电流扩展层和P型电极。像素单元加正向偏电压时，P型GaN接触层的空穴和N型GaN层的电子均向有源层迁移，在有源层电子和空穴发生电荷复合，复合后能量以发光形式释放。

与传统led显示屏相比，MicroLED具有两大特征，一是微缩化，其像素大小和像素间距从毫米级降低至微米级；二是矩阵化和集成化，其器件结构包括CMOS工艺制备的LED显示驱动电路和LED矩阵阵列。

阵列驱动

InGaN基MicroLED的像素单元一般通过以下四个步骤制备。第一步通过ICP刻蚀工艺，刻蚀沟槽至蓝宝石层，在外延片上隔离出分离的长条形GaN平台。第二步在GaN平台上，通过ICP刻蚀，确立每个特定尺寸的像素单元。第三步通过剥离工艺，在P型GaN接触层上制作Ni/Au电流扩展层。第四步通过热沉积，在N型GaN层和P型GaN接触层上制作Ti/Au欧姆接触电极。其中，每一列像素的阴极通过N型GaN层共阴极连接，每一行像素的阳极则有不同的驱动连接方式，其驱动方式主要包括被动选址驱动（PassiveMatrix，简称PM，又称无源寻址驱动）、主动选址驱动（ActiveMatrix，简称AM，又称有源寻址驱动）和半主动选址驱动三种方式。

其中，被动选址驱动是把像素电极做成矩阵型结构，每一列（行）像素的阳（阴）极共用一个列（行）扫描线，两层电极之间通过沉积层进行电学隔离，以同时选通第X行和第Y列扫描线的方式来点亮位于第X行和第Y列的LED像素，高速逐点（或逐行）扫描各个像素来实现整个屏幕画面显示的模式。

主动选址驱动模式下，每个 Micro LED 像素有其对应的独立驱动电路，驱动电流由驱动晶体管提供。基本的主动矩阵驱动电路为双晶体管单电容电路。每个像素电路中，选通晶体管用来控制像素电路开关，驱动晶体管与电源连通为像素提供稳定电流，存储电容用来储存数据信号。为了提高灰阶等显示能力，可以采用四晶体管双电容电路等复杂的主动矩阵驱动电路。

半主动选址驱动方式采用单晶体管作为 Micro LED 像素的驱动电路，从而可以较好地避免像素之间的串扰现象。半主动驱动由于每列驱动电流信号需要单独调制，性能介于主动驱动和被动驱动之间。
随着科技的不断进步和发展，MicroLED 技术在显示领域的应用前景将越来越广阔，未来它有望在更多的场景中展现其独特的优势，为人们带来更加震撼和清晰的视觉体验，让我们拭目以待这一技术的持续创新和突破。