韓洪松， 齊愛想， 劉俊國， 謝曉波， 孫盛林

(北京京東方專用顯示科技有限公司，北京 100176)

1 引 言

在機(jī)載環(huán)境下，機(jī)載顯示(Airborne display，AD)可以給飛行員提供全面有用的信息。顯示在屏幕上的信息可以幫助飛行員快速掌握飛機(jī)的實(shí)時(shí)飛行狀態(tài)。顯然，機(jī)載顯示對(duì)飛行員執(zhí)行飛行任務(wù)非常重要。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載顯示在圖文信息顯示的實(shí)時(shí)性、可靠性、可讀性方面要求更嚴(yán)苛，特別是在惡劣的飛行條件下要求字符和圖像正常顯示[1]。機(jī)載顯示器主要經(jīng)歷了簡單機(jī)電儀表、機(jī)電伺服儀表、綜合指引儀表、陰極射線管(Cathode-ray tube, CRT)電子顯示器、平板顯示器等階段[2]。20世紀(jì)70年代以前，簡單機(jī)電儀表、機(jī)電伺服儀表顯示仍然是機(jī)載環(huán)境下的主流顯示產(chǎn)品。這種儀表不僅簡單而且清晰，但遇到顯示內(nèi)容眾多的情況，儀表數(shù)量增多會(huì)嚴(yán)重影響飛行員準(zhǔn)確、快速地獲取各參數(shù)讀數(shù)。20世紀(jì)70年代末，CRT電子顯示器的出現(xiàn)加速了顯示技術(shù)的變革，逐漸被圖形和數(shù)字顯示信息的結(jié)合所取代。直到20世紀(jì)80年代末，這種當(dāng)時(shí)主流的機(jī)載顯示技術(shù)面臨來自平板顯示器的重大挑戰(zhàn)。隨后，等離子顯示(Plasma display, PDP)、場(chǎng)致發(fā)光顯示(Field luminescence display, EL)、液晶顯示(Liquid crystal display, LCD)等技術(shù)的發(fā)展，帶來了更具發(fā)展前景的機(jī)載顯示器。特別是LCD技術(shù)具有體積小、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。因此，LCD平板顯示器正逐漸取代CRT顯示器。

近年來，OLED顯示技術(shù)發(fā)展迅速。由于不需要背光，OLED可以具有更薄的設(shè)計(jì)和更輕的重量，有機(jī)材料的優(yōu)異特性使得OLED比LCD響應(yīng)時(shí)間更快，對(duì)比度更高，色域更高，功耗更低。這些優(yōu)勢(shì)足以使OLED應(yīng)用于機(jī)載顯示。但是，OLED面臨兩個(gè)致命的缺點(diǎn)，即壽命和殘像。對(duì)于機(jī)載顯示，實(shí)時(shí)工作狀態(tài)需要長時(shí)間顯示相同或相似的畫面，由于OLED材料壽命不足，容易老化，OLED殘像問題會(huì)暴露出來。2019年，解紅軍[3]等研究人員提出一種用于改善OLED殘像的電學(xué)補(bǔ)償技術(shù)。該方法可以通過補(bǔ)償劣化像素的電流以改善由于OLED劣化帶來的亮度下降和顯示殘像問題。目前對(duì)于OLED殘像問題依然還停留在實(shí)驗(yàn)論證階段。因此，在機(jī)載顯示領(lǐng)域，OLED技術(shù)仍需要很長時(shí)間克服殘像缺點(diǎn)，以提高OLED顯示器件的安全性和可靠性。

Micro-LED是一種新型的顯示技術(shù)，具有較輕的重量、高像素密度、高亮度、高發(fā)光效率、低功耗等特點(diǎn)，在微型顯示和主顯示領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。2013年，香港科技大學(xué)Liu等人[4]通過組合3個(gè)單獨(dú)的有源矩陣(Active matrix, AM)LEDoS微型顯示器的原色圖像，演示了世界上第一個(gè)全彩色3-LEDoS投影儀原型。該原型機(jī)全彩LEDoS芯片由藍(lán)/綠Micro-LED像素和紅Micro-LED像素構(gòu)成，使用三色棱鏡，將三色圖像進(jìn)行光學(xué)組合并投影為全彩色圖像。在沒有藍(lán)光和其他光學(xué)元件的情況下，與傳統(tǒng)投影機(jī)相比，3-LEDoS投影機(jī)光學(xué)結(jié)構(gòu)更簡單、重量更輕、光利用效率更高。隨著研究的不斷深入，微型顯示器的性能也不斷提高。2018年，香港Jade Bird公司的研究人員[5]提出了一種晶圓級(jí)大規(guī)模制造方法，以實(shí)現(xiàn)硅基集成電路(Integrated circuit, IC)上的復(fù)合半導(dǎo)體功能器件陣列的單片混合集成。該方法解決了倒裝芯片技術(shù)的難題，可以制造出具有大器件陣列和數(shù)微米超精細(xì)間距的混合芯片。利用這種方法，他們成功地在一塊10.16 cm(4 in)的硅板上制備了高分辨率(5 000 PPI)、高亮度的藍(lán)色有源微顯示器(AMμLED)。其中綠色AMμLED的亮度高達(dá)3×106cd/m2，是普通顯示器的1 000多倍。基于Micro-LED技術(shù)發(fā)展過程中在分辨率和亮度上的明顯優(yōu)勢(shì)，以及Micro-LED在無背光條件下的重量優(yōu)勢(shì)，Micro-LED有足夠的潛力應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented reality, AR)顯示、機(jī)載平視顯示儀(Head-up display, HUD)和便攜式激光投影儀等應(yīng)用場(chǎng)景。此外，在主顯示應(yīng)用方面，友達(dá)光電公司的研究人員[6]于Touch Taiwan2018展會(huì)上展示了全彩色30.73 cm(12.1 in)Micro-LED顯示樣機(jī)，利用尺寸小于30 μm的Micro-LED，實(shí)現(xiàn)169 PPI像素密度和1 920×720分辨率。由于采用AM LTPS背板驅(qū)動(dòng)，每個(gè)像素都可以獨(dú)立發(fā)光，以實(shí)現(xiàn)最佳的高動(dòng)態(tài)范圍和低功耗。隨后，鴻海通過其子公司投資的Micro-LED企業(yè)eLux首次在Touch Taiwan2019上展出了30.73 cm(12.1 in)Micro-LED樣品，色域覆蓋率超過OLED面板，達(dá)到120%，像素密度為42 PPI。Micro-LED作為一種新型的顯示技術(shù)，因其顯示效果和發(fā)光效率等優(yōu)勢(shì)受到業(yè)界的廣泛青睞。未來，Micro-LED將逐步從微型顯示逐步向主顯示器應(yīng)用發(fā)展。

2 Micro-LED在機(jī)載顯示中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 Micro-LED在機(jī)載顯示中的應(yīng)用場(chǎng)景

按顯示器的尺寸分類機(jī)載顯示器可以分為微型顯示器和主顯示器兩類應(yīng)用場(chǎng)景。Micro-LED既可以作為微型顯示器使用，也可以用作主顯示器。

圖1 5 000 PPI超高像素密度的AMμLED展示效果。(a)紅光AMμLED；(b)綠光AMμLED；(c)藍(lán)光AMμLED[5]。Fig.1 Display effect of 5 000 PPI ultra-high pixel density AMμLED; (a) Red AMμLED; (b) Green AMμLED； (c) Blue AMμLED[5].

Micro-LED除了在微型顯示器方面有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)外，在機(jī)載主顯示器方面的應(yīng)用也擁有非常大的優(yōu)勢(shì)。機(jī)載主顯示器顯示的信息能夠幫助飛行員迅速掌握飛機(jī)實(shí)時(shí)的飛行狀態(tài)，要求具備實(shí)時(shí)性、可靠性、可讀性等特性，尤其要求在惡劣的飛行條件下必須保證字符和圖像的正常顯示。Micro-LED的自發(fā)光顯示以及無機(jī)特性使得其在響應(yīng)時(shí)間和寬溫工作及貯存上獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，滿足機(jī)載主顯示器對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。而且，Micro-LED的超高像素密度和超高亮度賦予顯示器極佳的顯示效果，在可讀性方面亦可滿足要求。因此，Micro-LED有望在未來應(yīng)用于機(jī)載主顯示器且優(yōu)先應(yīng)用于中小尺寸顯示器。

2.2 Micro-LED、OLED、LCD指標(biāo)比較

Micro-LED與OLED、LCD顯示技術(shù)指標(biāo)比較如表1所示[7-9]。三者的主要區(qū)別在于是否有背光。Micro-LED和OLED都是自發(fā)光，而LCD必須要具備背光才能顯示。因?yàn)镸icro-LED和OLED都是自發(fā)光顯示器，所以在重量上比LCD顯示器輕。對(duì)于OLED而言，水和氧是其有機(jī)發(fā)光層的最大威脅。因此，OLED制程對(duì)封裝的要求更加嚴(yán)苛。從理論上講，Micro-LED的結(jié)構(gòu)應(yīng)比OLED更簡單、更輕。由于自發(fā)光機(jī)理和無機(jī)材料的特性相結(jié)合，Micro-LED技術(shù)在亮度、發(fā)光效率、功耗、壽命、工作溫度、響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)上都優(yōu)于其他兩種技術(shù)。特別是在高亮度的應(yīng)用領(lǐng)域，Micro-LED以其105cd/m2理論全彩色亮度被認(rèn)為是最有前途的技術(shù)。這些領(lǐng)域包括AR顯示、機(jī)載HUD和便攜式激光投影等。此外，因Micro-LED尺寸可微縮至幾十微米，高分辨率也被認(rèn)為是Micro-LED的重要特性之一。2014年，Ostendo Technologies公司率先制作5 000 PPI全彩色Micro-LED樣機(jī)[10]。2017年，VueReal公司制作了6 000 PPI單藍(lán)色Micro-LED樣機(jī)[11]。然而，目前Micro-LED技術(shù)仍存在一些技術(shù)瓶頸，比如巨量轉(zhuǎn)移等。只有這些技術(shù)瓶頸逐步被克服后，Micro-LED技術(shù)才會(huì)逐漸成熟，Micro-LED在技術(shù)和成本競(jìng)爭力方面將會(huì)具有更多優(yōu)勢(shì)。

表1 Micro-LED、OLED、LCD指標(biāo)比較Tab.1 Specifisation comparison of Micro-LED, OLED and LCD

3 Micro-LED在機(jī)載環(huán)境下的應(yīng)用缺點(diǎn)

Micro-LED在亮度、效率、功耗、對(duì)比度、壽命、響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)方面均優(yōu)于OLED和LCD技術(shù)，基于此，我們認(rèn)為它在AR、機(jī)載HUD、機(jī)載主顯示器、激光束投影等方面具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。然而，Micro-LED仍面臨許多不可避免的問題。我們將對(duì)Micro-LED的技術(shù)瓶頸，特別是機(jī)載環(huán)境下的應(yīng)用難點(diǎn)和可能的解決方案進(jìn)行全面分析和探討，如紅光LED和綠光LED內(nèi)量子效率(IQE)低下、器件熱傳遞效率低下以及驅(qū)動(dòng)方案難以解決等。

3.1 紅光LED和綠光LED內(nèi)量子效率低下問題的探討

LED是利用MOCVD在襯底上異質(zhì)外延而成，最常見的襯底是GaN。近年來，GaN基藍(lán)光Micro-LED內(nèi)量子效率得到了很大的提高，高達(dá)75%以上，而紅光LED和綠光LED的內(nèi)量子效率仍然較低[12-16]。為了實(shí)現(xiàn)全彩色Micro-LED顯示，需要紅、綠、藍(lán)三色LED。內(nèi)量子效率的不一致將不可避免地影響Micro-LED的亮度和均勻性。因此，如何提高紅光LED和綠光LED的內(nèi)量子效率引起了眾多研究者的關(guān)注。

Nuese[12]等研究人員提出增加厚漸變緩沖層厚度可以提高紅光GaAsP LED發(fā)光效率。研究表明，厚漸變緩沖層可以降低GaAsP和GaP邊界高密位錯(cuò)程度，從而優(yōu)化器件的光電性能，提高LED的亮度。

Jeong[13]等研究人員研究了紅光AlGaInP LED的內(nèi)量子效率與芯片尺寸和多量子阱(MQWs)周期數(shù)的關(guān)系。研究結(jié)果表明，芯片尺寸越小，側(cè)壁面積比越大，載流子損耗越大，內(nèi)量子效率越低；在5 A/cm2電流密度下，AlGaInP LED在5個(gè)MQWs周期內(nèi)LED的IQE大于60%，明顯高于10個(gè)MQWs周期(60%>IQE>50%)，以及20個(gè)MQWs周期(50%>IQE>40%)，如圖2(a)所示。圖2(b)顯示了不同尺寸的LED的相對(duì)EQE值，表明EQE值依賴于芯片大小和MQWs的數(shù)量，在注入相同電流密度條件下，芯片越大且MQWs的數(shù)量越少，LED的EQE值越大。

Bai[14]等研究人員提出了一種直接外延的方法實(shí)現(xiàn)超小型和超高亮度的綠光InGaN LED，結(jié)合隨溫度變化的PL曲線圖得出，所研究的綠光InGaN LED陣列結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出28%的內(nèi)量子效率，并通過顯微鏡圖片展示了尺寸為3.6 μm、間距為2 μm的超小型、超高效、超緊湊的綠光LED，如圖3(a)～(e)所示。

相關(guān)研究可參見鄧野《國民黨六屆二中全會(huì)研究》，《歷史研究》2000年第1期;王奇生《“六大”前后的派系政治與精英沖突》(《黨員、黨權(quán)與黨爭:1924～1949年中國國民黨的組織形態(tài)》，上海書店出版社2003年版)。

圖2 (a)不同MQWs周期的LED(芯片尺寸：30 μm×30 μm)所對(duì)應(yīng)的IQE與電流密度的關(guān)系；(b)從不同尺寸LED獲得的不同MQWs周期所對(duì)應(yīng)的相對(duì)EQE曲線圖[13]。Fig.2 (a) IQE of LEDs (chip size: 30 μm× 30 μm) with different numbers of MQWs as a function of current density； (b) Relative EQE obtained from different-size LEDs with different numbers of MQW pairs as a function of current density[13].

圖3 綠光LED陣列的隨溫度變化的PL曲線圖(a),IQE值(b),陣列尺寸(c),注入電流密度為3 A/cm2的顯微鏡圖(上：低倍數(shù)下；下：高倍數(shù)下)(d)和注入電流密度為9 A/cm2的顯微鏡圖(上：低倍數(shù)下；下：高倍數(shù)下)(e)[14]。Fig.3 Green LED array of PL curves varied with temperature (a), IQE value (b), array size (c), microscope picture under injection current density of 3 A/cm2 (Upper: under a low magnification; bottom: under a high magnification)(d), and microscope picture under injection current density of 9 A/cm2 (Upper: under a low magnification, bottom: under a high magnification) (e)[14].

Ishimoto[15]等研究人員提出用濺射AIN緩沖層提高GaInN基綠光LED的發(fā)射效率，通過引入AIN緩沖層，實(shí)現(xiàn)了低載流子局部化和MQWs層應(yīng)變的降低，從而提高了綠光LED的發(fā)射效率。他們的實(shí)驗(yàn)研究成功地將綠光LED的內(nèi)量子效率從40%提高至52%。

Wang[16]等研究人員研究了底部量子壘中AlGaN層對(duì)GaInN綠光LED效率提高的影響，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的GaInN/GaN MQWs結(jié)構(gòu)相比，AlGaN IL層在載流子分布中起著關(guān)鍵作用，有效地提高了LED的低電流發(fā)射效率。通過對(duì)多量子阱優(yōu)化設(shè)計(jì)，為在低電流密度下獲取更充分的綠光輸出提供了一種新的途徑。

因此，紅光LED內(nèi)量子效率低下問題至少有三種不同的解決方向，一是增加厚漸變緩沖層厚度；二是減小側(cè)壁面積，降低載流子損耗；三是優(yōu)化MQWs周期數(shù)。而綠光LED內(nèi)量子效率低下問題則至少有兩種解決方向：一是引入AIN緩沖層，降低載流子局部化；二是優(yōu)化多量子阱結(jié)構(gòu)。

對(duì)于機(jī)載顯示器，無論是主顯示器還是微型顯示器都經(jīng)歷了單色顯示器到全色顯示器的發(fā)展過程。目前，從應(yīng)用可行性方面，單色Micro-LED的開發(fā)將是Micro-LED在機(jī)載顯示中應(yīng)用的開端，隨著對(duì)紅光LED和綠光LED內(nèi)量子效率的深入研究，未來全色Micro-LED的發(fā)展將逐步展開，最終實(shí)現(xiàn)全色Micro-LED在機(jī)載顯示中的應(yīng)用。

3.2 Micro-LED器件熱傳遞效率低下問題的探討

近年來，Micro-LED散熱問題逐漸引起研究人員的關(guān)注，本小節(jié)討論了Micro-LED熱傳遞模型的建立、熱串?dāng)_效應(yīng)對(duì)散熱的影響分析以及解決基板散熱問題的方法。

Micro-LED器件的內(nèi)部熱量主要通過熱傳遞向周圍散熱。以單像素Micro-LED器件為例，討論了單像素Micro-LED器件的穩(wěn)態(tài)溫度分布。圖4是導(dǎo)熱系數(shù)為k1的襯底上的像素單元熱源的橫截圖和俯視圖。假設(shè)Micro-LED器件載熱為Q，器件面積為As=cd，襯底為矩形結(jié)構(gòu)，長度、寬度和厚度分別為a、b和t1。

圖4 熱傳遞模型。(a)橫截圖；(b)俯視圖[17]。Fig.4 Transverse view (a) and top view (b) of heat transfer model[17]

中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所的班章博士通過對(duì)單個(gè)像素Micro-LED器件進(jìn)行建模，分析得出單像素Micro-LED器件的溫度分布模型，如圖5所示。從圖5(a)可以看出，熱源產(chǎn)生的溫度中部高，四周低，說明熱主要集中在單像素Micro-LED器件的中部區(qū)域；從圖5(b)可以看出，即使在單像素Micro-LED器件邊緣區(qū)域，溫度也在40 ℃以上，與中部區(qū)域的溫度(大于45 ℃)相差不大，說明單像素Micro-LED器件的溫度并不低。僅考慮了單像素Micro-LED的溫度分布，若巨量的像素被轉(zhuǎn)移到襯底上，器件的溫度將高于該模型。

圖5 解析后器件溫度分布模型。(a)俯視圖；(b)三維圖[17]。Fig.5 Top view (a) and three dimensional diagram (b) of thermal distribution[17]

班章博士為分析器件工作存在的熱串?dāng)_情況，對(duì)陣列數(shù)量為3×3、5×5集成陣列Micro-LED芯片的熱學(xué)性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，像素間存在熱學(xué)串?dāng)_效應(yīng)，根據(jù)熱學(xué)分布模擬結(jié)果可知，由于熱串?dāng)_效應(yīng)造成陣列器件工作溫度分布不均，這不利于器件長時(shí)間穩(wěn)定工作，均勻出光。圖6為3×3、5×5陣列器件熱阻理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值對(duì)比。3×3陣列熱阻理論值與實(shí)測(cè)值分別為52 ℃/W和51.5 ℃/W；5×5陣列熱阻理論值與實(shí)測(cè)值分別為85.4 ℃/W和84.3 ℃/W。對(duì)比結(jié)果表明，理論值與測(cè)試值較為一致。根據(jù)模擬的溫度分布模型可以看出，陣列器件的中心溫度分布較高。當(dāng)中心像素的相鄰像素全部處于開啟狀態(tài)時(shí)，其工作環(huán)境溫度上升，散熱能力降低；同時(shí)，相鄰的芯片存在熱串?dāng)_效應(yīng)，中心像素工作結(jié)溫最高。這說明熱串?dāng)_導(dǎo)致處于陣列中心的像素發(fā)光單元工作結(jié)溫最高。

圖6 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比。(a)3×3陣列；(b)5×5陣列[17]。Fig.6 Comparison of experimental results and simulation results. (a) 3×3 array； (b)5×5array[17].

為了進(jìn)一步改善芯片級(jí)Micro-LED的散熱，相關(guān)研究人員還從焊接材料、封裝基板及底部填充物方面改善器件散熱。劉超[18]通過建模和模擬的手段研究了焊接材料、封裝基板、底部填充物對(duì)芯片級(jí)封裝LED的散熱性能影響，并分析了各部分所使用的材料對(duì)P-N結(jié)溫度和熱阻的影響程度。研究結(jié)果表明，在該模型中，當(dāng)焊接材料導(dǎo)熱率趨于無窮時(shí)，P-N結(jié)溫度為125.06 ℃，熱阻為1.75 K/W，從圖7中可以看出，隨著焊接材料導(dǎo)熱率的變化，各模型的整體溫度變化不大，焊接材料的導(dǎo)熱率對(duì)芯片級(jí)封裝LED的影響較小，這與焊接材料的厚度、面積有關(guān)；當(dāng)基板材料導(dǎo)熱率趨于無窮時(shí)，P-N結(jié)溫度為120.32 ℃，熱阻為1.41 K/W；當(dāng)?shù)撞刻畛湮锊牧蠈?dǎo)熱率趨于無窮時(shí)，P-N結(jié)溫度為123.11 ℃，熱阻為1.62 K/W。此外還研究了基板厚度對(duì)散熱性能的影響，采用低導(dǎo)熱率的基板材料，其厚度越低越好。采用高導(dǎo)熱率材料的基板，則存在最佳厚度。且隨著導(dǎo)熱率的增加，最佳厚度也有增加的趨勢(shì)。通過分析得知，增加材料的導(dǎo)熱率能夠降低P-N結(jié)溫度和熱阻，提高散熱性能。通過比較影響因子發(fā)現(xiàn)，封裝基板導(dǎo)熱率對(duì)芯片級(jí)封裝LED散熱性能的影響最大。由此可見，LED封裝基板是影響LED結(jié)溫的最重要的因素，提升LED封裝基板導(dǎo)熱率對(duì)改善Micro-LED散熱意義重大。

圖7 不同焊接材料芯片級(jí)封裝LED溫度云圖，(a)～(h)焊接材料的導(dǎo)熱率分別為10,20,40,80,160,320,640,1 280 W·m-1·K-1[18]。Fig.7 LED temperature nephogram of chip level package with different welding materials,(a)～(h) the thermal conductivity of the welding material are 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640, 1 280 W·m-1·K-1, respectively[18].

根據(jù)以上列舉的Micro-LED散熱相關(guān)的研究成果可以得出，Micro-LED散熱的解決方向主要有兩個(gè)；一是從器件基板材料的角度出發(fā)，通過改善器件基板材料的導(dǎo)熱率，降低P-N結(jié)溫度和熱阻，從而提高散熱性能；二是從器件基板結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，通過尋找最佳基板厚度，對(duì)基板導(dǎo)熱率進(jìn)行優(yōu)化，改善器件的散熱性能。

雖然許多研究人員已經(jīng)開始關(guān)注Micro-LED的散熱問題，但是針對(duì)該問題的研究仍然不夠深入。Micro-LED顯示技術(shù)無論應(yīng)用于機(jī)載主顯示器，還是應(yīng)用于微型顯示器，都必須改善元器件散熱問題，以滿足機(jī)載顯示系統(tǒng)高可靠性的需求。

3.3 Micro-LED驅(qū)動(dòng)方案難以解決問題的探討

目前，文獻(xiàn)報(bào)道的Micro-LED驅(qū)動(dòng)方式有結(jié)合硅基IC和Micro-LED陣列驅(qū)動(dòng)[5]、IC結(jié)合LTPS背板驅(qū)動(dòng)[6]以及點(diǎn)燈治具驅(qū)動(dòng)等。針對(duì)產(chǎn)品形態(tài)不同，將對(duì)不同驅(qū)動(dòng)方式的開發(fā)情況進(jìn)行展開，并展望未來機(jī)載顯示Micro-LED的驅(qū)動(dòng)解決方案。

自20世紀(jì)50年代末以來，硅基集成電路得到了持續(xù)快速的發(fā)展。硅基集成電路以其在邏輯運(yùn)算、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面無與倫比的能力，如今已被應(yīng)用于幾乎所有的電子設(shè)備中，并徹底改變了人類社會(huì)。20世紀(jì)初，許多研究[19-22]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)集成電路的高性能與發(fā)光檢測(cè)復(fù)合半導(dǎo)體器件的性能兩者進(jìn)行組合，將為基于光的技術(shù)和產(chǎn)品提供更多的機(jī)會(huì)。Micro-LED作為發(fā)光器件，其與硅基IC的集成將是眾多基于光的技術(shù)中最為閃耀的技術(shù)之一。Zhang等研究人員結(jié)合硅基IC和Micro-LED陣列研制了10.16 cm(4 in)單色Micro-LED器件。他們開發(fā)了獨(dú)特的單片混合集成技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)充分利用了硅基集成電路工業(yè)發(fā)展起來的成熟基礎(chǔ)設(shè)施、成套設(shè)備和半導(dǎo)體工藝?；诠杌呻娐返膹?fù)合半導(dǎo)體器件陣列的晶圓級(jí)單片混合集成，實(shí)現(xiàn)了高分辨率、高亮度AM Micro-LED微型顯示器件的生產(chǎn)，適用于大批量、低成本、高集成度的大規(guī)模生產(chǎn)功能混合芯片。

除了結(jié)合硅基IC和Micro-LED陣列可以完成驅(qū)動(dòng)Micro-LED點(diǎn)亮外，IC結(jié)合LTPS背板驅(qū)動(dòng)是另外一種可實(shí)現(xiàn)Micro-LED點(diǎn)亮的驅(qū)動(dòng)方式。采用LTPS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)，每個(gè)像素都可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮，能實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的高動(dòng)態(tài)對(duì)比表現(xiàn)，具備低功耗優(yōu)勢(shì)。但是適用于Micro-LED的IC開發(fā)進(jìn)展緩慢。2018年，聚積公司針對(duì)Micro-LED相關(guān)應(yīng)用，已經(jīng)有MBI5359/MBI5759等高整合IC作為早期方案。聚積公司認(rèn)為適用于Micro-LED的IC重要的需求，如低于100 μA以下的低電流精準(zhǔn)控制以及降低功耗等將會(huì)是Micro-LED驅(qū)動(dòng)IC研制的重點(diǎn)。除低電流精準(zhǔn)控制外，適用于Micro-LED的IC還需具備壞點(diǎn)檢測(cè)的功能。IC的高整合度和壞點(diǎn)檢測(cè)可以克服轉(zhuǎn)移后的良率檢測(cè)困難。因此，獨(dú)立IC結(jié)合LTPS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)低電流精準(zhǔn)控制、降低功耗、壞點(diǎn)檢測(cè)功能等優(yōu)異的性能，對(duì)于產(chǎn)品應(yīng)用而言是一種極其完備的驅(qū)動(dòng)解決方案。而且，機(jī)載顯示要求顯示器件具備多功能性，顯然，獨(dú)立IC結(jié)合LTPS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)將會(huì)是極具潛力的驅(qū)動(dòng)解決方案。

在Micro-LED開發(fā)前期，為降低成本，實(shí)驗(yàn)室采用在Micro-LED背板上增加像素測(cè)試單元電路(Cell Test Unit)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)樣機(jī)測(cè)試階段用Cell Test點(diǎn)燈治具點(diǎn)亮。該方法驅(qū)動(dòng)Micro-LED顯示簡單且快捷，能夠?qū)崿F(xiàn)紅綠藍(lán)白黑畫面展示。

以上3種Micro-LED點(diǎn)亮方式均可實(shí)現(xiàn)Micro-LED點(diǎn)亮。結(jié)合硅基IC和Micro-LED陣列驅(qū)動(dòng)與LTPS背板驅(qū)動(dòng)相比，結(jié)合硅基IC和Micro-LED陣列所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)和產(chǎn)品散熱性能較好。因?yàn)楣璧膶?dǎo)熱系數(shù)小于玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)，因此，就散熱性能而言，硅優(yōu)于玻璃。Cell Test點(diǎn)亮雖然不能實(shí)現(xiàn)壞點(diǎn)檢測(cè)功能，但其簡單便利的特性非常適合實(shí)驗(yàn)室Micro-LED點(diǎn)亮演示。

考慮像素獨(dú)立驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮的優(yōu)勢(shì)，未來機(jī)載顯示Micro-LED的驅(qū)動(dòng)解決方案可能會(huì)朝著獨(dú)立IC結(jié)合LTPS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)低電流精準(zhǔn)控制、降低功耗、壞點(diǎn)檢測(cè)功能等優(yōu)異的性能。

4 結(jié) 論

通過調(diào)研Micro-LED研究進(jìn)展，提出并探討了Micro-LED技術(shù)紅光LED和綠光LED內(nèi)量子效率低下，器件熱傳遞效率低下，驅(qū)動(dòng)方案難以解決等問題，展望了Micro-LED在機(jī)載微型顯示器以及主顯示器方面的應(yīng)用前景。Micro-LED的輕質(zhì)、高亮度、高分辨率等特性足以滿足機(jī)載顯示在重量、亮度、分辨率等方面的高要求。但是，Micro-LED在散熱方面的改善以及在驅(qū)動(dòng)方式上的驗(yàn)證，仍亟待業(yè)界研究人員做進(jìn)一步研究和開發(fā)。Micro-LED顯示技術(shù)剛剛起步，距離商業(yè)化的機(jī)載顯示產(chǎn)品應(yīng)用任重而道遠(yuǎn)。理論上，由于Micro-LED具有優(yōu)異的顯示特性，Micro-LED顯示技術(shù)將會(huì)成為機(jī)載顯示極具優(yōu)勢(shì)的新型顯示技術(shù)。