近日，在Micro-LED 顯示高峰論壇上，來自中國科學(xué)院院士，南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院鄭有炓教授應(yīng)邀出席論壇，并發(fā)表了題為：《Micro-LED顯示面臨的機遇與挑戰(zhàn)》的精彩演講。

 

　　以下是演講實錄：

 

　　鄭有炓：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位同仁早上好，很榮幸應(yīng)會務(wù)組的邀請，有機會來參加今天這樣一個，應(yīng)該說是顯示領(lǐng)域的發(fā)展帶有里程碑意義的研討會。我在這個會上作一個發(fā)言，我匯報的題目就是《Micro-LED顯示面臨的機遇與挑戰(zhàn)》，我起這個題目就是談?wù)勛约旱囊恍┛捶āＮ以跍?zhǔn)備過程的報告當(dāng)中，得到了我們實驗室教授的支持和幫助，從LED顯示角度來講：Micro-LED應(yīng)該說是LED顯示技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，必然要走這一步，從最早的第一代顯示開始已經(jīng)進入到第二代小間距顯示，小間距顯示再走下去顯然是更小的間距，那就是Micro-LED，從LED顯示角度來講這是必然要走的，問題是什么時候進入到第三代，第三代怎么樣定義它，究竟什么尺寸，是多大的維度？所以從半導(dǎo)體技術(shù)來講，Micro-LED是以微米量級LED作為像素元，按微米量級周期在CMOS驅(qū)動的TFT基板上組裝成的超高像素密度LED平面顯示技術(shù)。沒有什么新的概念，就像集成電路從小規(guī)模到大規(guī)模再到超大規(guī)模一樣，我們怎么樣認(rèn)識Micro-LED呢？我想講三個問題，同時解釋我的一些看法。

 

　　首先看發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)的分析，先談一下它的發(fā)展概況。Micro-LED這個顯示技術(shù)的發(fā)展，算起來已經(jīng)有17年的歷史，以下簡稱“MLD技術(shù)”，這個技術(shù)經(jīng)過17年的發(fā)展，分了以下三個階段：第一個階段是概念的提出與原型驗證，回歸2001年，姜教授等人研制了微尺寸的III族氮化物藍色LED微顯示器。2009年，香港科技大學(xué)Z. J. Liu所在團隊利用UV Micro-LED陣列激發(fā)紅綠藍三色熒光粉，得到了全彩色的微LED 顯示芯片。然后是概念的驗證，MLD朝實用化技術(shù)開發(fā)，在這個階段里面不斷取得了重要性的成果，而且SONY公司推出了第一個MLD產(chǎn)品原型，就是大尺寸的顯示屏，計劃明年還要推出新的產(chǎn)品出來，這是顯示界制造業(yè)開始進入，往產(chǎn)品方向發(fā)展，而且做出了產(chǎn)品樣品。這個階段差不多四五年時間里面，主要的進展揭示了MLD的技術(shù)有超越的性能，它本身是自發(fā)光體系，具有功耗低、亮度高、超高的解析度與色彩飽和度，響應(yīng)速度更快、使用壽命長、效率較高等特點，引起了業(yè)界的高度重視。特別是下面三點，在功耗上它是LCD的10%，是OLED的50%，它亮度比OLED高30倍，解析度可以達到超過1500PPI，這三個特點是目前從顯示技術(shù)來看很高的水平。比如與液晶LCD相比有這些區(qū)別，最主要的一點是功耗低，只有LCD的10%，跟OLED相比的話，它也有七個特點，它功耗是OLED的50%，但亮度比OLED高30倍。所以說OLED在某些領(lǐng)域，在前面兩個指標(biāo)有困難的情況之下，Micro-LED就可以進入這個領(lǐng)域。

 

　　由于這些性能的挖掘，MLD的確有非常優(yōu)越的性能，所以引起了業(yè)界巨頭的投入，名牌企業(yè)積極跟上。為什么這么多企業(yè)搞這么手段來做這個技術(shù)？我想他的意圖是多方面的，最起碼一點意識到這個技術(shù)是有價值的，是有用的，有特色的，否則他不會做這些商業(yè)手段來投資和輸入。這樣一來就引起國際上的振動，比如說谷歌公司投資瑞典Glo開發(fā)移動終端產(chǎn)品，還有Facebook的VR企業(yè)部門收購了InfiniLED公司等等。這樣一個情況就引發(fā)了MLD的開發(fā)浪潮，為什么今天的會議這么多人，其實還有更多人，大家都很關(guān)心，不光顯示界，投資界、金融界都關(guān)心；我舉一些例子，這是一些進展，臺灣工研院準(zhǔn)備建立一條Micro-LED試生產(chǎn)線，明年做出VR產(chǎn)品交付生產(chǎn)，這是很有勇氣的計劃。另外臺灣錼創(chuàng)今年完成了一種RGB顏色的Micro-LED晶圓的開發(fā)。我們實驗室也開展了研究工作，在2英寸藍寶石襯底上可制備12個320乘256Micro-LED顯示陣列，經(jīng)篩選后，面陣內(nèi)像素成品率可達100%。

 

　　前面講了概況，下面講一下發(fā)展的機遇，MLD技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一定的進展，特別是驗證了它的優(yōu)越性，在業(yè)界引起了很大的振動，引發(fā)了包括LED、LCD、OLED的顯示界以及IT、AI業(yè)界國際巨頭的關(guān)心和期待，為MLD技術(shù)帶來了很好的發(fā)展機遇。第二點隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能制造和智慧社會的發(fā)展，對顯示技術(shù)不斷提出新的要求，就要發(fā)展包括攜帶式、VR、AR在內(nèi)的各種智能移動終端的高品質(zhì)顯示，也需要發(fā)展低功耗高分辨的大型電視墻、商用拼接顯示屏和公共顯示屏等等，隨著目前信息產(chǎn)品發(fā)展，急需要發(fā)展新的技術(shù)，我們認(rèn)為這是很好的機遇。第三個機遇是現(xiàn)有的LCD和OLED顯示技術(shù)都面臨若干新的挑戰(zhàn)，比如說LCD在大型電視墻，甚至55寸以上電視機成本都非常高，還有OLED技術(shù)對抬頭顯示、全太陽光環(huán)境顯示是不行的，雖然OLED生產(chǎn)很好，但在特殊情況下它的發(fā)展遇到了瓶頸。第四個機遇，是LED顯示界開拓新應(yīng)用新市場。怎么樣走呢？主要是像素的大小和像素的周期，改變像素間距和周期可以從大屏幕向小屏幕發(fā)展減小像素間距可提高分辨力和縮短觀看距離，小的LED可以走向主流的市場，對MLD顯示來說正好抓住了機遇。

 

　　前面分析了四個機遇，也引起了大家的關(guān)心，都在討論要不要介入進去，各有各的不同意見，但是這樣的技術(shù)還面臨很多挑戰(zhàn)，Micro-LED從技術(shù)上來講主要是三大塊，第一塊是將Micro-LED管芯轉(zhuǎn)移到電流驅(qū)動的TFT背板上，按微米級周期組裝構(gòu)成高密度級兩維陣列結(jié)構(gòu)。第二個微米級的管芯首先要求要高品質(zhì)的，而且要RGB三基色LED構(gòu)成像素光源，最大的挑戰(zhàn)就在于兩個，一個是像素的光源，第二個是怎么樣組裝，其他問題都好辦。下面關(guān)于巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，主要是大量的管芯要轉(zhuǎn)移，比如說6毫米間距，它包含三萬個像素，如果乘3的話，就是9萬多TFT，第二代進入小間距以后，1.2毫米的話，一平方米大概包括60萬個像素，再乘3差不多200萬個管芯，如果再往更小的發(fā)展，就是成千上百萬的管芯轉(zhuǎn)移，這對集成電路技術(shù)來講不在話下，這是把分類器件分層化，這在功能上是一個難點。所謂轉(zhuǎn)移就是如何實現(xiàn)高時效、高良品率轉(zhuǎn)移數(shù)百萬LED管芯到驅(qū)動電路基板上，比如說臺灣工研院的從單個轉(zhuǎn)移進而發(fā)展“陣列單元”轉(zhuǎn)移技術(shù)，5050(2500顆LED管芯）；100100（1萬顆）。第二個是對產(chǎn)業(yè)化良品率至少要達到5個標(biāo)準(zhǔn)差，比如說工業(yè)制程6個標(biāo)準(zhǔn)差（6σ）是指生產(chǎn)的產(chǎn)品必需有 99.99966%的產(chǎn)品沒有問題，相當(dāng)于一百萬個中有3、4個有缺陷。這里面要求很高，要實現(xiàn)高良品率的話需要智能轉(zhuǎn)移技術(shù)。

 

　　第二個挑戰(zhàn)是三基色Micro-LED的像素光源問題，按照目前三基色藍光、綠光要GaN，但目前GaAsP的紅光LED光效較低，那如何提高亮度呢？還有怎么樣解決紅光效率問題，可喜的是最近紅光效率做的不錯，但是還有差距。另外問題在這邊，寬禁帶GaN-LED、窄禁帶GaAsP-LED光電性能差異，如電流工作條件，發(fā)光波長溫度漂移，工作壽命等，兩種不同材料在不同條件下工作，要解決兩種材料像素源的溫度穩(wěn)定性問題。

 

　　第三個問題就是三基色Micro-LED的像素組裝尺寸微米化受限，很難實現(xiàn)超高密度封裝技術(shù)，超高密度是今后人工智能發(fā)展重要的方向，像素光源就碰到這些問題，前面轉(zhuǎn)移應(yīng)該是工程界問題，這個是基本的問題，牽扯到半導(dǎo)體的基本問題在里頭，但是我想還是可以慢慢克服的。如果發(fā)展成單片式的，怎么設(shè)置RGB呢？又是新的問題了，目前在研究界里面做出探索什么新技術(shù)呢？像素光源新技術(shù)，怎么樣能夠?qū)崿F(xiàn)很好的RGB三基色。比如一個就是波長變換技術(shù)，用Micro-LED藍光作為一個激發(fā)源，來激發(fā)一個發(fā)光層材料，用半導(dǎo)體領(lǐng)域里面最熱門的材料二位晶體，比如說二硫化物等等，它能夠吸收藍光，下轉(zhuǎn)紅光發(fā)綠光，這樣一來Micro-LED只做藍光LED，那是很簡單的事情，發(fā)光由二位晶體波長變換，這樣就變得很簡單。這是我們實驗室做的結(jié)果，在二氧化硅處理上長了單晶MoS2，具有很好的均一性，藍光激發(fā)MoS2薄膜發(fā)射純正紅光，這個探討也蠻多的，這樣可以解決很多問題，可以得到很好的RGB三個基色。

 

　　還有就是納米柱RGB像素光源，如果Micro-LED尺寸小了，那面板上不去的，而且一損壞了就缺了一大面，就把LED做成柱狀的，這個美國的公司也在做了，整個柱狀的發(fā)光面可以做的細(xì)小，還可以有足夠的亮度。這是我們實驗室劉斌教授做的，用納米柱，用不同直徑根據(jù)量子效應(yīng)調(diào)整到這個柱子發(fā)紅光，那個柱子發(fā)綠光，就解決了不要兩種材料，一種材料就可以做出三種顏色出來，納米柱的應(yīng)用從微量子技術(shù)來講還是比較方便的，如果有興趣的話可以和劉斌教授討論，他今天也來參會的。這個是量子點混合結(jié)構(gòu)LED，這個工作的論文都發(fā)表了。第三個是用量子點LED的RGB像素光源，就是量子點材料作為發(fā)光層，底下是藍光LED，上面那一層是量子點材料，量子點是用無機材料，比如說鋅、鉻、錫、硫等等，這個技術(shù)比較成熟，量子點材料什么特點呢？它對吸收光強吸收，吸收很高，這樣藍光的LED發(fā)光就降低了，還沒有自吸收的現(xiàn)象，這樣發(fā)光效率更高，可以降低藍光功耗，目前從理論上看比較理想的，高效率、高出光效率，而且可以降低激發(fā)源的功率。這個大家知道是量子點TV，用這個作為MLD的背光，原來背光要通過好多層來處理，得到一個顏色出來，現(xiàn)在直接用顏色背光，從背光到有用的光有效率不到10%，一般到6%到8%，如果這樣的話效率就高了，所以量子點的TV是TV的最終產(chǎn)品，而且成本便宜、工藝簡單了，而且亮度很純，三個純的RGB顏色可以合成任何顏色，目前好多市場已經(jīng)推出來了，包括國內(nèi)幾個公司也推出來了。第四個就是LED芯片尺寸問題，現(xiàn)在做的是橫向尺寸，電流橫向流，電流密度不均勻發(fā)熱，以后要做垂直性的LED，這樣電流是垂直流動的，電流是均勻分布的，發(fā)光面有效增加面積，要做垂直性的要用GaN襯底來做，這個工作國際上也在探討當(dāng)中，垂直LED的結(jié)構(gòu)化對縮小像素面積是非常有利的。這也是我們實驗室做的氫化物氣相外延和GaN襯底材料，現(xiàn)在可以做到6英寸，將來表面拋光好就可以做Micro-LED。

 

　　前面我分析了一下目前Micro-LED面臨的機遇和挑戰(zhàn)，根據(jù)目前的機遇和挑戰(zhàn)我提出底下幾個看法，這個看法不一定正確，供大家討論，我想這個會議應(yīng)該是百家爭鳴，是討論的會議，大家可以批評指正。第一個我想MLD是一項很有價值的新一代顯示技術(shù)，先肯定它這是非常有價值的技術(shù)，為什么呢？因為它具有獨特的優(yōu)越性能，另外它可以滿足新一代信息技術(shù)設(shè)備發(fā)展的迫切需求，目前這個發(fā)展技術(shù)不存在不可超越的科技問題，基本上是工程問題為主，另外這個技術(shù)還可以繼承LCD和OLED發(fā)展起來的成熟技術(shù)，目前面臨的主要問題還是工程問題，工程問題在目前這樣往智能制造發(fā)展的社會上總會很好解決的，成本問題是新技術(shù)必然要走的一條路，只要它不是一個科學(xué)的限制問題，我想工程問題會慢慢解決的，遲早會見效的，現(xiàn)在看難度毫無疑問是成本，但十年以后、五年以后這個問題會慢慢降低，任何一個新技術(shù)發(fā)展都要走一個過程，它的價值是肯定的，它碰到的問題會慢慢解決的，有待時日，究竟多少年很難預(yù)測這個東西，什么叫產(chǎn)品化？什么是小規(guī)模、大規(guī)模？可能三五年之內(nèi)會慢慢進入市場，從低標(biāo)準(zhǔn)的進入到高標(biāo)準(zhǔn)，從少量慢慢到大量，按照目前的發(fā)展勢頭，這個技術(shù)不會半路丟掉的，總會慢慢進展的。

 

　　第二點就是目前看來MLD發(fā)展的趨勢，是像素尺寸和周期會隨應(yīng)用目標(biāo)而變化，這個變化可能從幾百微米至微米量級的寬松范圍，MLD的定義不要從學(xué)術(shù)上來定義，要根據(jù)需要定義，首先是一大一小，目前看來一大主要是用在大的電視屏幕，小是分辨率高的、功耗低、亮度高的高檔消費類便攜式產(chǎn)品的AR、VR、Watch，要根據(jù)企業(yè)的特點來選擇做大還是做小，首先要選準(zhǔn)目標(biāo)導(dǎo)向。第二個是一高一低，不同的目標(biāo)要求不一樣，要根據(jù)需求去定義，比如人的眼睛1米距離分辨率是0.291毫米，對于大屏幕來講不要再做小，再做小沒有意思，在大屏幕就可以做低密度的。小尺寸就必須要追求高像素密度，比如說一個智能手表要很精細(xì)的顯示，那就不一樣了。從發(fā)展趨勢來講，小尺寸的顯示屏可能要發(fā)展單片式的Micro-LED技術(shù)，單片式的要解決RGB三個顏色的像素源，目前只能走量子點的道路，用藍光LED來激發(fā)量子點，這樣就可以實現(xiàn)單片的高像素密度的小尺寸應(yīng)用，這就是一高一低。所以說我的觀點認(rèn)為，目前發(fā)展Micro-LED，不是一個標(biāo)準(zhǔn)一把尺寸，一定要做到5個微米，或者10個微米，要根據(jù)市場需求和目標(biāo)導(dǎo)向，這樣一做出來的話，發(fā)展途徑就更寬松一點了，它也沒有那么的嚴(yán)格了。我的看法就是Micro-LED的發(fā)展要按實際需求，有很大的寬松度，從幾百個微米到幾個微米都可以，你水平不高就做大的，你水平高就做小的，如果水平夠好兩個都做也是可以的。

 

　　關(guān)于Micro-LED對于顯示界的沖擊問題議論也很大，依目前的情況來看，MLD進入顯示界不具明顯的顛覆性，但將會形成MLD、LCD、OLED三者優(yōu)勢互補的新格局，對LCD來講，大尺寸的正好是LCD發(fā)展的瓶頸問題，對中等尺寸問題，我剛剛講用量子點的RGB背光來支撐，就可以提高它的性能。這是LCD的顯示技術(shù)，第一代是半導(dǎo)體材料，第二代是用LED背光LCD顯示屏，至少節(jié)省40%，在臺后為LCD技術(shù)做貢獻。對于OLED的問題比較復(fù)雜，OLED目前在有些場景是受到技術(shù)瓶頸的，比如在太陽光底下，OLED就看不清楚了，比如說抬頭顯示也不行的，比如說AR技術(shù)也是不行的，這些技術(shù)要讓位于MLD技術(shù)，這是OLED本質(zhì)上無法實現(xiàn)的，關(guān)鍵很大的一塊是手機面板，這一塊是OLED占主導(dǎo)的，所以O(shè)LED現(xiàn)在正是紅的時候，但MLD比較成熟以后，會不會去掉這道黑墻呢，成本低就會進去了，人工智能化以后，手機面板不僅僅給你看，而且作為一個人的面板跟你互動，面板不僅僅裝像素源和發(fā)光體，而要裝各種傳感器，比如說我的手機面板里面做大一點，空檔的地方可以做各種紫外、紅外傳感器，這樣面板又變成新的功能了，再發(fā)展起來就很難說了，所以我們現(xiàn)在對信息產(chǎn)品不要預(yù)期太長時間，在近幾年內(nèi)手機毫無疑問OLED是沒有問題的，隨著MLD的出現(xiàn)有可能打破這個界限進入，會做出人工智能手機。

 

　　第四點，中國作為一個顯示大國，又是信息技術(shù)發(fā)展很快的一個大國，而且又有巨大的市場，應(yīng)該從戰(zhàn)略的眼光搶占Micro-LED顯示的這一高地，現(xiàn)在有三五年的時間，真好是我們可以趕超的時間，這是一個創(chuàng)新的周期，必須要政產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合，沒有政府支持不可能發(fā)展起來的，另外，現(xiàn)在都是用戶來帶動的，沒有用戶會走彎路，兩頭非常重要，一個“政”一個“用”要結(jié)合起來，首先用戶結(jié)合起來大家有什么目標(biāo)，然后政府給政策給支持，真正搞下來產(chǎn)學(xué)研，這里面有工程問題、有科學(xué)問題、有技術(shù)問題，真正需要的是人、錢、時，沒有人不行，這是毫無疑問的，沒有錢、沒有資金也是不行的，另外這是一個新興事物，要給它時間，所以人、錢、時這三個都是需要的。

 

　　上面我提的這四個看法供大家討論批評，非常粗淺，這個會就是百家爭鳴討論的，討論清楚以后我們該怎么走就怎么走，我的發(fā)言就到此為止，謝謝大家。