若尺寸微缩到 10um 以下,倒装结构会因为正负电极都在同一侧,导致 尺寸无法继续缩小,因而需要进化至正负电极分布于上下两端的垂直式 晶片架构方式才能满足需求。
4.3.2.2. 转移:巨量转移技术百花齐放,目前尚无主流
在 MicroLED 磊晶部分结束后,需要将已点亮的 LED 晶体薄膜无需封 装直接搬运到由电流驱动的 TFT 背板上、并在微米级组装成为两维周 期阵列。由于转移的像素颗粒数量极多(500 PPI 的 5 英寸手机屏幕需要 800 万个像素颗粒)、尺寸极小(要求微米级安装精度),这种薄膜转移 技术又被称之为批量转移,或者巨量转移。将数以万计的 LED 芯片转 移至 TFT 基板上,既要考虑良率又要注重效率,目前巨量转移的方式繁 多,主要可分为三大种类:芯片连接(Chip bonding)、外延连接(Wafer bonding)和薄膜连接(Thin film transfer)。
芯片连接技术。该技术将 LED 直接进行切割成微米等级的 MicroLED 芯片,利用 SMD 技术或 COB 技术,将微米等级的 MicroLED 芯片一颗一颗键接于显示基板上。
外延连接技术。在 LED 的磊晶薄膜层上用感应耦合等离子离子蚀 刻(ICP),直接形成微米等级的 Micro-LED 磊晶薄膜结构,再将 LED 芯片直接键接于驱动电路(TFT)基板上,最后使用物理或化学机 制剥离基板。
薄膜连接技术。该方法使用物理或化学机制剥离 LED 基板,以一 暂时基板承载 LED 芯片薄膜层,再利用感应耦合等离子蚀刻,形成 微米等级的 Micro-LED 磊晶薄膜结构;或者,先进行蚀刻,形成 MicroLED 芯片薄膜结构,再剥离 LED 基板,以一暂时基板承载 LED 磊晶薄膜结构。最后,根据驱动电路基板上所需的显示划素点 间距,将 MicroLED 磊晶薄膜结构进行批量转移,键接于驱动电路 基板上形成像素点。这种技术是目前三种批量转移技术中成本最低 的方法,预计能最快实现商业化应用。
4.3.2.3. 驱动:主动选址驱动电路设计复杂
MicroLED 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(Passive Matrix,简称 PM,又称无源寻址驱动)、主动选址驱动(Active Matrix,简称 AM,又称有源寻址驱动)和半主动选址驱动三种。
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 MicroLED 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 MicroLED 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。
主动选址驱动方式具有显著优势。一是无扫描电极数限制,可实现更大 面积的快速驱动;二是有更好的亮度均匀性和对比度,像素亮度不受同 列点亮数的影响;三是没有行列扫描损耗,可实现低功耗高效率;四是 具有高独立可控性, 被点亮像素周围不受电流脉冲影响;五是兼容更高 的分辨率。