近日，在Micro-LED 显示高峰论坛上，来自中国科学院院士，南京大学电子科学与工程学院郑有炓教授应邀出席论坛，并发表了题为：《Micro-LED显示面临的机遇与挑战》的精彩演讲。
以下是演讲实录：
郑有炓：各位领导、各位专家、各位同仁早上好，很荣幸应会务组的邀请，有机会来参加今天这样一个，应该说是显示领域的发展带有里程碑意义的研讨会。我在这个会上作一个发言，我汇报的题目就是《Micro-LED显示面临的机遇与挑战》，我起这个题目就是谈谈自己的一些看法。我在准备过程的报告当中，得到了我们实验室教授的支持和帮助，从LED显示角度来讲：Micro-LED应该说是LED显示技术发展的必然趋势，必然要走这一步，从最早的第一代显示开始已经进入到第二代小间距显示，小间距显示再走下去显然是更小的间距，那就是Micro-LED，从LED显示角度来讲这是必然要走的，问题是什么时候进入到第三代，第三代怎么样定义它，究竟什么尺寸，是多大的维度？所以从半导体技术来讲，Micro-LED是以微米量级LED作为像素元，按微米量级周期在CMOS驱动的TFT基板上组装成的超高像素密度LED平面显示技术。没有什么新的概念，就像集成电路从小规模到大规模再到超大规模一样，我们怎么样认识Micro-LED呢？我想讲三个问题，同时解释我的一些看法。
首先看发展机遇与挑战的分析，先谈一下它的发展概况。Micro-LED这个显示技术的发展，算起来已经有17年的历史，以下简称“MLD技术”，这个技术经过17年的发展，分了以下三个阶段：第一个阶段是概念的提出与原型验证，回归2001年，姜教授等人研制了微尺寸的III族氮化物蓝色LED微显示器。2009年，香港科技大学Z. J. Liu所在团队利用UV Micro-LED阵列激发红绿蓝三色荧光粉，得到了全彩色的微LED 显示芯片。然后是概念的验证，MLD朝实用化技术开发，在这个阶段里面不断取得了重要性的成果，而且SONY公司推出了第一个MLD产品原型，就是大尺寸的显示屏，计划明年还要推出新的产品出来，这是显示界制造业开始进入，往产品方向发展，而且做出了产品样品。这个阶段差不多四五年时间里面，主要的进展揭示了MLD的技术有超越的性能，它本身是自发光体系，具有功耗低、亮度高、超高的解析度与色彩饱和度，响应速度更快、使用寿命长、效率较高等特点，引起了业界的高度重视。特别是下面三点，在功耗上它是LCD的10%，是OLED的50%，它亮度比OLED高30倍，解析度可以达到超过1500PPI，这三个特点是目前从显示技术来看很高的水平。比如与液晶LCD相比有这些区别，最主要的一点是功耗低，只有LCD的10%，跟OLED相比的话，它也有七个特点，它功耗是OLED的50%，但亮度比OLED高30倍。所以说OLED在某些领域，在前面两个指标有困难的情况之下，Micro-LED就可以进入这个领域。
由于这些性能的挖掘，MLD的确有非常优越的性能，所以引起了业界巨头的投入，名牌企业积极跟上。为什么这么多企业搞这么手段来做这个技术？我想他的意图是多方面的，最起码一点意识到这个技术是有价值的，是有用的，有特色的，否则他不会做这些商业手段来投资和输入。这样一来就引起国际上的振动，比如说谷歌公司投资瑞典Glo开发移动终端产品，还有Facebook的VR企业部门收购了InfiniLED公司等等。这样一个情况就引发了MLD的开发浪潮，为什么今天的会议这么多人，其实还有更多人，大家都很关心，不光显示界，投资界、金融界都关心；我举一些例子，这是一些进展，台湾工研院准备建立一条Micro-LED试生产线，明年做出VR产品交付生产，这是很有勇气的计划。另外台湾錼创今年完成了一种RGB颜色的Micro-LED晶圆的开发。我们实验室也开展了研究工作，在2英寸蓝宝石衬底上可制备12个320乘256Micro-LED显示阵列，经筛选后，面阵内像素成品率可达100%。
前面讲了概况，下面讲一下发展的机遇，MLD技术经过十多年的发展，已经取得了一定的进展，特别是验证了它的优越性，在业界引起了很大的振动，引发了包括LED、LCD、OLED的显示界以及IT、AI业界国际巨头的关心和期待，为MLD技术带来了很好的发展机遇。第二点随着互联网、物联网、人工智能、智能制造和智慧社会的发展，对显示技术不断提出新的要求，就要发展包括携带式、VR、AR在内的各种智能移动终端的高品质显示，也需要发展低功耗高分辨的大型电视墙、商用拼接显示屏和公共显示屏等等，随着目前信息产品发展，急需要发展新的技术，我们认为这是很好的机遇。第三个机遇是现有的LCD和OLED显示技术都面临若干新的挑战，比如说LCD在大型电视墙，甚至55寸以上电视机成本都非常高，还有OLED技术对抬头显示、全太阳光环境显示是不行的，虽然OLED生产很好，但在特殊情况下它的发展遇到了瓶颈。第四个机遇，是LED显示界开拓新应用新市场。怎么样走呢？主要是像素的大小和像素的周期，改变像素间距和周期可以从大屏幕向小屏幕发展减小像素间距可提高分辨力和缩短观看距离，小的LED可以走向主流的市场，对MLD显示来说正好抓住了机遇。
前面分析了四个机遇，也引起了大家的关心，都在讨论要不要介入进去，各有各的不同意见，但是这样的技术还面临很多挑战，Micro-LED从技术上来讲主要是三大块，第一块是将Micro-LED管芯转移到电流驱动的TFT背板上，按微米级周期组装构成高密度级两维阵列结构。第二个微米级的管芯首先要求要高品质的，而且要RGB三基色LED构成像素光源，最大的挑战就在于两个，一个是像素的光源，第二个是怎么样组装，其他问题都好办。下面关于巨量转移技术，主要是大量的管芯要转移，比如说6毫米间距，它包含三万个像素，如果乘3的话，就是9万多TFT，第二代进入小间距以后，1.2毫米的话，一平方米大概包括60万个像素，再乘3差不多200万个管芯，如果再往更小的发展，就是成千上百万的管芯转移，这对集成电路技术来讲不在话下，这是把分类器件分层化，这在功能上是一个难点。所谓转移就是如何实现高时效、高良品率转移数百万LED管芯到驱动电路基板上，比如说台湾工研院的从单个转移进而发展“阵列单元”转移技术，5050(2500颗LED管芯）；100100（1万颗）。第二个是对产业化良品率至少要达到5个标准差，比如说工业制程6个标准差（6σ）是指生产的产品必需有 99.99966%的产品没有问题，相当于一百万个中有3、4个有缺陷。这里面要求很高，要实现高良品率的话需要智能转移技术。
第二个挑战是三基色Micro-LED的像素光源问题，按照目前三基色蓝光、绿光要GaN，但目前GaAsP的红光LED光效较低，那如何提高亮度呢？还有怎么样解决红光效率问题，可喜的是最近红光效率做的不错，但是还有差距。另外问题在这边，宽禁带GaN-LED、窄禁带GaAsP-LED光电性能差异，如电流工作条件，发光波长温度漂移，工作寿命等，两种不同材料在不同条件下工作，要解决两种材料像素源的温度稳定性问题。
第三个问题就是三基色Micro-LED的像素组装尺寸微米化受限，很难实现超高密度封装技术，超高密度是今后人工智能发展重要的方向，像素光源就碰到这些问题，前面转移应该是工程界问题，这个是基本的问题，牵扯到半导体的基本问题在里头，但是我想还是可以慢慢克服的。如果发展成单片式的，怎么设置RGB呢？又是新的问题了，目前在研究界里面做出探索什么新技术呢？像素光源新技术，怎么样能够实现很好的RGB三基色。比如一个就是波长变换技术，用Micro-LED蓝光作为一个激发源，来激发一个发光层材料，用半导体领域里面最热门的材料二位晶体，比如说二硫化物等等，它能够吸收蓝光，下转红光发绿光，这样一来Micro-LED只做蓝光LED，那是很简单的事情，发光由二位晶体波长变换，这样就变得很简单。这是我们实验室做的结果，在二氧化硅处理上长了单晶MoS2，具有很好的均一性，蓝光激发MoS2薄膜发射纯正红光，这个探讨也蛮多的，这样可以解决很多问题，可以得到很好的RGB三个基色。
还有就是纳米柱RGB像素光源，如果Micro-LED尺寸小了，那面板上不去的，而且一损坏了就缺了一大面，就把LED做成柱状的，这个美国的公司也在做了，整个柱状的发光面可以做的细小，还可以有足够的亮度。这是我们实验室刘斌教授做的，用纳米柱，用不同直径根据量子效应调整到这个柱子发红光，那个柱子发绿光，就解决了不要两种材料，一种材料就可以做出三种颜色出来，纳米柱的应用从微量子技术来讲还是比较方便的，如果有兴趣的话可以和刘斌教授讨论，他今天也来参会的。这个是量子点混合结构LED，这个工作的论文都发表了。第三个是用量子点LED的RGB像素光源，就是量子点材料作为发光层，底下是蓝光LED，上面那一层是量子点材料，量子点是用无机材料，比如说锌、铬、锡、硫等等，这个技术比较成熟，量子点材料什么特点呢？它对吸收光强吸收，吸收很高，这样蓝光的LED发光就降低了，还没有自吸收的现象，这样发光效率更高，可以降低蓝光功耗，目前从理论上看比较理想的，高效率、高出光效率，而且可以降低激发源的功率。这个大家知道是量子点TV，用这个作为MLD的背光，原来背光要通过好多层来处理，得到一个颜色出来，现在直接用颜色背光，从背光到有用的光有效率不到10%，一般到6%到8%，如果这样的话效率就高了，所以量子点的TV是TV的最终产品，而且成本便宜、工艺简单了，而且亮度很纯，三个纯的RGB颜色可以合成任何颜色，目前好多市场已经推出来了，包括国内几个公司也推出来了。第四个就是LED芯片尺寸问题，现在做的是横向尺寸，电流横向流，电流密度不均匀发热，以后要做垂直性的LED，这样电流是垂直流动的，电流是均匀分布的，发光面有效增加面积，要做垂直性的要用GaN衬底来做，这个工作国际上也在探讨当中，垂直LED的结构化对缩小像素面积是非常有利的。这也是我们实验室做的氢化物气相外延和GaN衬底材料，现在可以做到6英寸，将来表面抛光好就可以做Micro-LED。
前面我分析了一下目前Micro-LED面临的机遇和挑战，根据目前的机遇和挑战我提出底下几个看法，这个看法不一定正确，供大家讨论，我想这个会议应该是百家争鸣，是讨论的会议，大家可以批评指正。第一个我想MLD是一项很有价值的新一代显示技术，先肯定它这是非常有价值的技术，为什么呢？因为它具有独特的优越性能，另外它可以满足新一代信息技术设备发展的迫切需求，目前这个发展技术不存在不可超越的科技问题，基本上是工程问题为主，另外这个技术还可以继承LCD和OLED发展起来的成熟技术，目前面临的主要问题还是工程问题，工程问题在目前这样往智能制造发展的社会上总会很好解决的，成本问题是新技术必然要走的一条路，只要它不是一个科学的限制问题，我想工程问题会慢慢解决的，迟早会见效的，现在看难度毫无疑问是成本，但十年以后、五年以后这个问题会慢慢降低，任何一个新技术发展都要走一个过程，它的价值是肯定的，它碰到的问题会慢慢解决的，有待时日，究竟多少年很难预测这个东西，什么叫产品化？什么是小规模、大规模？可能三五年之内会慢慢进入市场，从低标准的进入到高标准，从少量慢慢到大量，按照目前的发展势头，这个技术不会半路丢掉的，总会慢慢进展的。
第二点就是目前看来MLD发展的趋势，是像素尺寸和周期会随应用目标而变化，这个变化可能从几百微米至微米量级的宽松范围，MLD的定义不要从学术上来定义，要根据需要定义，首先是一大一小，目前看来一大主要是用在大的电视屏幕，小是分辨率高的、功耗低、亮度高的高档消费类便携式产品的AR、VR、Watch，要根据企业的特点来选择做大还是做小，首先要选准目标导向。第二个是一高一低，不同的目标要求不一样，要根据需求去定义，比如人的眼睛1米距离分辨率是0.291毫米，对于大屏幕来讲不要再做小，再做小没有意思，在大屏幕就可以做低密度的。小尺寸就必须要追求高像素密度，比如说一个智能手表要很精细的显示，那就不一样了。从发展趋势来讲，小尺寸的显示屏可能要发展单片式的Micro-LED技术，单片式的要解决RGB三个颜色的像素源，目前只能走量子点的道路，用蓝光LED来激发量子点，这样就可以实现单片的高像素密度的小尺寸应用，这就是一高一低。所以说我的观点认为，目前发展Micro-LED，不是一个标准一把尺寸，一定要做到5个微米，或者10个微米，要根据市场需求和目标导向，这样一做出来的话，发展途径就更宽松一点了，它也没有那么的严格了。我的看法就是Micro-LED的发展要按实际需求，有很大的宽松度，从几百个微米到几个微米都可以，你水平不高就做大的，你水平高就做小的，如果水平够好两个都做也是可以的。
关于Micro-LED对于显示界的冲击问题议论也很大，依目前的情况来看，MLD进入显示界不具明显的颠覆性，但将会形成MLD、LCD、OLED三者优势互补的新格局，对LCD来讲，大尺寸的正好是LCD发展的瓶颈问题，对中等尺寸问题，我刚刚讲用量子点的RGB背光来支撑，就可以提高它的性能。这是LCD的显示技术，第一代是半导体材料，第二代是用LED背光LCD显示屏，至少节省40%，在台后为LCD技术做贡献。对于OLED的问题比较复杂，OLED目前在有些场景是受到技术瓶颈的，比如在太阳光底下，OLED就看不清楚了，比如说抬头显示也不行的，比如说AR技术也是不行的，这些技术要让位于MLD技术，这是OLED本质上无法实现的，关键很大的一块是手机面板，这一块是OLED占主导的，所以OLED现在正是红的时候，但MLD比较成熟以后，会不会去掉这道黑墙呢，成本低就会进去了，人工智能化以后，手机面板不仅仅给你看，而且作为一个人的面板跟你互动，面板不仅仅装像素源和发光体，而要装各种传感器，比如说我的手机面板里面做大一点，空档的地方可以做各种紫外、红外传感器，这样面板又变成新的功能了，再发展起来就很难说了，所以我们现在对信息产品不要预期太长时间，在近几年内手机毫无疑问OLED是没有问题的，随着MLD的出现有可能打破这个界限进入，会做出人工智能手机。
第四点，中国作为一个显示大国，又是信息技术发展很快的一个大国，而且又有巨大的市场，应该从战略的眼光抢占Micro-LED显示的这一高地，现在有三五年的时间，真好是我们可以赶超的时间，这是一个创新的周期，必须要政产学研用相结合，没有政府支持不可能发展起来的，另外，现在都是用户来带动的，没有用户会走弯路，两头非常重要，一个“政”一个“用”要结合起来，首先用户结合起来大家有什么目标，然后政府给政策给支持，真正搞下来产学研，这里面有工程问题、有科学问题、有技术问题，真正需要的是人、钱、时，没有人不行，这是毫无疑问的，没有钱、没有资金也是不行的，另外这是一个新兴事物，要给它时间，所以人、钱、时这三个都是需要的。
上面我提的这四个看法供大家讨论批评，非常粗浅，这个会就是百家争鸣讨论的，讨论清楚以后我们该怎么走就怎么走，我的发言就到此为止，谢谢大家。
