The Innovation Materials | 新一代显示技术何去何从？——Micro-LED与OLED的发展之路

导 读

Micro-LED显示继承了有机发光显示（OLED）的全部优势，并在使用寿命、最大亮度等方面实现了显著突破，因此作为备受关注的新一代显示技术。然而，如何以更低的成本将微米尺寸的LED芯片精确而高效地转移至驱动电路板上，依然是Micro-LED面临的巨大挑战。一旦突破巨量转移的技术瓶颈，将极大释放Micro-LED的潜能，为未来创造无限可能。

自进入数字信息时代以来，显示技术已成为不可或缺的重要组成部分。人们每天与电脑、手机、可穿戴手表、手环等设备密不可分。近年来，微型发光二极管（Micro-LED）因其功耗低、亮度高、寿命长等独特特性，被认为是继液晶（LCD）和有机发光显示（OLED）之后的新一代显示技术。这使得Micro-LED备受期待，成为显示技术领域的新宠。各大显示面板厂商积极开展研发工作，商业化蓄势待发。除了可以直接替代采用OLED屏幕的手机、手表等小尺寸设备外，超大型显示屏、虚拟/增强/混合现实（VR/AR/MR）设备和佩戴式智能显示屏都将成为Micro-LED的重要应用场景。

然而，与OLED技术相比，Micro-LED的生产工艺复杂，特别是LED芯片的巨量转移导致其成本极高，成为限制其商业化的一个主要障碍。简而言之，Micro-LED中采用的LED芯片尺寸一般在10微米量级，在衬底上生长后，需要通过高精度设备将数十万量级的LED芯片从衬底分离并精准转移到驱动电路板上。这一过程被称为巨量转移（Mass transfer），其成本随着面板尺寸的增大而急剧上升。经推算，要使Micro-LED与现有显示技术竞争，就必须实现面板尺寸达到10代线以上（2940 × 3370 mm²）的低成本生产。此外，由于每种工艺只能在衬底上生长一种颜色的LED芯片，因此如何实现红绿蓝三基色（RGB）芯片的精确转移, 并高效制备全彩显示阵列，也是Micro-LED面临的另一个重要挑战。

图1 A. MDSAT技术示意图；B. Micro-LED与OLED的技术优势和应用场景

最近，LG电子材料与器件先进研究中心的研究人员提出了一种通过磁力辅助介电泳（DEP）实现Micro-LED芯片自组装的方法（MDSAT），如图1A所示。这个方法的原理基于传统的流体自组装（FSA），首先将LED芯片分散在流体中，然后将它们转移到大面积的衬底上。

研究团队在LED芯片中成功嵌入了具有铁磁性的镍，并借助磁体控制其运动，以目标基底上的结合位点为中心施加局部DEP作用力，从而实现了LED芯片的高效捕获和自组装。因此，MDSAT技术在转移产量和精度方面均明显优于先前的FSA技术。同时，MDSAT技术的转移效率对于不同的面板尺寸并不敏感，可以适用于当今显示器生产中的玻璃尺寸。此外，通过对组装条件、受体设计和形状匹配的优化，研究团队成功实现了对三基色LED芯片的同时转移，良率达到99.99%，可广泛应用于大批量生产新一代商业化产品。

未来，Micro-LED将在小微型智能显示器, 例如手表、透明显示器和AR设备，以及超大型户外显示器中展现出明显的优势（见图1B）。高亮度和高分辨率的优势对于近眼显示或环境光变化条件下的视觉表现至关重要。此外，由于Micro-LED芯片尺寸小、发光亮度高，开口率可以很小，这意味着在驱动电路板上有大量空间可以用来嵌入各类型的传感器，从而极大地扩展了应用范围。

在Micro-LED技术日益成熟的同时，OLED等现有技术也在不断发展，是Micro-LED前进道路上的强大竞争者。例如，磷光辅助热活化敏化荧光技术，可以大幅提高器件亮度至数十万尼特，同时保持实用化的器件效率和使用寿命，这展现出OLED技术的潜力。另外，通过采用敏化窄光谱荧光技术，OLED显示的色彩纯度也得到了进一步提升，未来有望满足国际电信联盟发布的BT.2020高动态范围色域建议标准。最后，OLED仍然是当前实现柔性显示的最成熟技术，创造了曲面屏、弯折屏、卷曲屏和异形屏等广阔的市场需求，但可以预计，柔性Micro-LED也必将占有一席之地。

总结与展望

在未来相当长的一段时间里，Micro-LED和OLED还会在各自的赛道上披荆斩棘，不断突破和革新。OLED仍然会主导手机、平板、笔记本电脑等中小尺寸显示面板和柔性穿戴显示器领域的市场，而Micro-LED在这些方面的技术变革还稍显不足，短时间内无法大规模取代OLED。然而，值得期待的是，将Micro-LED技术在混合现实、人机交互以及传感器集成等领域的卓越优势转化为实际产品，创造出远超我们想象的需求和体验，这才是Micro-LED所能为用户带来的最大惊喜。

责任编辑

卞素敏    西湖大学

李   琳    天津师范大学

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原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-mater.2023.100021

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Materials第1卷第2期以Commentary发表的“Self-assembled RGB micro-LEDs” (投稿: 2023-06-20；接收: 2023-07-14；在线刊出: 2023-08-23)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-mater.2023.100021

引用格式：Huang T., Duan L., and Zhang D. (2023). Self-assembled RGB micro-LEDs. The Innovation materials 1(2), 100021.

作者简介

张东东，博士，清华大学化学系助理研究员。2011年本科毕业于吉林大学，2016年获得清华大学理学博士学位，2017年9月-2018年9月于日本京都大学开展博士后研究。长期从事有机光电材料与器件相关研究，提出了热活化敏化发光新策略，发展了高性能的敏化剂及与之相匹配的窄光谱荧光染料，构筑了高效、稳定、高色纯度的全光色器件，多次刷新国际OLED的性能纪录，为新一代超高清宽色域显示奠定材料和器件基础。2022年获国家自然科学基金委优秀青年基金资助。以第一或通讯作者在Sci. Adv., Nat. Commun., Chem., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., CCS Chem等学术期刊发表论文60余篇。论文引用6000余次，H因子40。

课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/duan_Lian

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