摘要：微型发光二极管（Micro-LED）具有较好的稳定性，是当前高亮显示应用的最佳选择，其具有高对比度、低响应时间、宽工作温区、低能耗和广视角等优势，成为当前产业界和学术界比较看好的新型显示技术。本文综述了Micro-LED新型显示技术的原理，对比其与现有技术的性

显示技术是将信息转换为可视化图案信号并通过输出设备呈现的信息技术。从1897年阴极射线管（CRT）发明并于1922年商业化，到1954年彩色CRT出现并成为主流，再到2000年被液晶显示（LCD）技术取代。LCD技术是目前最成熟、产业链最完整的主流显示技术，已广泛应用于多种电子产品。然而，LCD依靠背光模组发光，液晶本身不发光，光亮度损失大，电光转换效率低、能耗大，且液晶响应速度多在毫秒级别，对快速运动图像可能出现轻微拖尾现象。

图片来源：Yole Development公司的《Micro-LED技术与市场报告》

图1 Micro-LED主要应用领域示意

1 Micro-LED显示技术概述

1.1 Micro-LED显示技术原理

Micro-LED显示技术利用Micro-LED器件构成独立像素单元，由驱动电路独立控制每个像素单元发光形成图像。Micro-LED器件基本结构与传统照明芯片相似，外延结构包括n型半导体层、有源区量子阱和p型半导体层。为实现全彩显示，每个像素单元需由红绿蓝（RGB）三色芯片构成，全彩化主要有2种技术路线：直接采用红绿蓝三色芯片和采用色转换原理。

1.2 Micro-LED与传统LCD、OLED等显示技术的对比分析

1）环境对比度：Micro-LED在各种环境光照下均表现出最高的环境对比度，而OLED的环境对比度随环境光亮度增强而快速下降。

2）运动图像响应时间：Micro-LED和OLED的帧率时间远大于像素响应时间，因此在运动图像响应时间方面相当。LCD通过特殊设计也可将响应时间降低到与Micro-LED和OLED相当的水平。

3）色域：采用RGB芯片的Micro-LED显示色域约占Rec.2020的80%，LCD采用量子点等窄线宽色转换材料时色域约占84%，OLED采用谐振腔结构，色域可占90%，需降低绿光Micro-LED的谱线宽度。

4）效率和功耗：OLED总体发光效率略高于Micro-LED芯片，但随着Micro-LED芯片尺寸下降，其效率逐渐下降，导致功耗问题成为Micro-LED显示面临的重要技术问题。

5）成本：LCD显示技术最为成熟，成本最低；OLED成本已控制在合理范围内；而Micro-LED处在商用化初期，受限于巨量转移良率，目前成本显著高于OLED和LCD显示屏。

1.3 Micro-LED应用领域及其对像素密度要求

Micro-LED的芯片尺寸取决于应用场景。，增强现实眼镜离人眼距离约1~3cm，因此，对应的最大像素密度为2910~8731PPI，像素间距为3~8µm；而智能手表或手机的工作视距为20~30cm，所以最大像素密度为291~437PPI，像素间距为58~87µm。

1.4 Micro-LED显示关键制造工艺

Micro-LED显示面板的制造工艺涵盖从基础材料、关键器件到系统集成的复杂技术链，主要包括Micro-LED材料外延、器件制备、与驱动基板集成等步骤。

2 Micro-LED显示技术的关键挑战和发展现状

2.1 技术研发历程

Micro-LED的器件概念于2000年提出，最初面向氮化镓基蓝光LED的固态照明技术。2001年，首个无源10×10氮化镓基蓝光Micro-LED显示阵列原型被提出。2011年，通过硅CMOS集成电路驱动实现了640×480的显示面阵，并能播放视频图像。2012年，索尼公司发布首台大屏Micro-LED电视机。自此之后，Micro-LED显示技术迎来快速发展。

2.2 Micro-LED显示技术的关键挑战

1）材料层面：Micro-LED芯片对材料缺陷敏感，异质外延过程中降低缺陷密度是关键挑战；芯片波长均匀性影响显示效果，从外延晶圆层面提高波长均匀性是关键挑战。此外，红光芯片效率问题尤为突出，当前氮化物Micro-LED芯片发光效率与蓝绿光差距较大。

2）器件层面：Micro-LED芯片受“尺寸效应”影响，发光效率随芯片尺寸降低而下降。这主要是由于刻蚀工艺在芯片侧壁引入刻蚀缺陷所致。

3）集成层面：在与驱动电路基板集成方面，巨量转移方案存在芯片碎裂、黏附性降低和倒装对准键合漏焊等问题；晶圆级键合方案存在热失配和受力不均等问题。在Micro-LED红绿蓝三色芯片集成方面，采用三色芯片时磷化物材料易碎裂，采用量子点色转换芯片时面临量子点大规模图形化和光串扰问题。

4）成本和良率：Micro-LED制造工艺复杂，涉及材料、器件和集成等诸多环节。目前制约Micro-LED显示良率主要在集成环节，工艺成熟度不高导致成本居高不下。

2.3 国内外技术研究进展和现状

针对技术挑战，国内外研究机构和企业对Micro-LED技术链进行了全方位探索。在红光芯片问题上，目前产业界和学术界正在探索III族氮化物材料的红光芯片技术，已成功将发光波长拓展到620nm以上，但效率和半峰宽仍有待进一步改善。在器件制造上，主流像素化方法是通过干法刻蚀台面形成像素隔离，并通过湿法腐蚀去除刻蚀损伤。在系统集成上，研究人员发展了新型二维半导体材料晶体管驱动技术，并实现与Micro-LED像素单元的单片异质集成。在产业化上，Micro-LED显示最先落地的产品可能是手表和车载显示，随后可能是增强现实虚拟现实等近眼显示设备。

3 Micro-LED显示技术的发展趋势展望

3.1 Micro-LED前沿技术发展趋势

在未来3~5年内，Micro-LED显示技术仍将在材料、器件、集成等技术方面存在技术创新和重大突破的关键机会。从材料上来说，需大幅提升红光Micro-LED芯片效率。从规模化制造角度上讲，晶圆尺寸将逐步增大，同时需改善外延材料的均匀性、缺陷、翘曲等工程性问题。从器件制程工艺上讲，需优化低损伤刻蚀、侧壁损伤修复和侧壁钝化等方面。在集成工艺方面，巨量转移技术是重点发展方向，与硅基CMOS的单片集成方案是近眼显示设备的主要技术路线，8英寸以上Micro-LED晶圆与硅CMOS键合集成将成为主流。在集成方式上，三色芯片可能从水平集成向垂直集成发展。

3.2 国内外市场竞争格局与机遇分析

Micro-LED显示作为下一代主流显示技术的重要选择，在众多细分显示领域均有替代现有技术的潜力。国内已具备完整的Micro-LED技术产业链，包括上游的芯片制造和巨量转移技术能力。对于中游面板制造而言，主流技术仍然是TFT驱动和CMOS驱动2大类。在下游的整机应用方面，小尺寸穿戴显示电子设备、增强现实和虚拟现实近眼显示、车载显示等市场潜力巨大。

4 Micro-LED产业发展建议

显示产业是中国重要的经济支柱，Micro-LED新型显示技术是下一代显示技术的重要方向，中国有能力抢占创新高地，开拓应用市场。

当前Micro-LED新型显示技术处于市场爆发前期，技术创新至关重要。政府应鼓励创新，扶持中小型企业，营造良好科技创新环境，鼓励产学研合作解决关键问题，合理布局产业链，避免资源浪费。

从产业长远发展来看，政府应主要以引导为主，应该发挥市场和社会资本的作用，遵循技术和商业发展规律，避免产能过剩，促进产业健康有序发展。在国际竞争中，要积极布局国际发明专利，参与国际标准制定，提升技术和产品竞争力以及行业话语权。尽管Micro-LED显示面临诸多技术挑战，但在全球科技工作者的协作下，有望在消费级电子设备等细分市场实现突破，随着增强现实等近眼显示设备的推出，Micro-LED显示产业市场有望迎来爆发式增长。

作者简介：庄喆，南京大学江苏省第三代半导体与高能效器件重点实验室，南京大学集成电路学院，助理教授，研究方向为宽禁带半导体材料与器件；刘斌（通信作者），南京大学江苏省第三代半导体与高能效器件重点实验室，南京大学电子科学与工程学院，教授，研究方向为宽禁带半导体材料与器件。

论文全文发表于《科技导报》2025年第2期，原标题为《Micro-LED新型显示技术的现状、挑战及展望》，本文有删减，欢迎订阅查看。

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来源：科技导报