平面显现器商场现在主要由LCD液晶屏幕与OLED面板占有，主打各式终端产品，例如电视或电子广告牌运用的大型显现器、平板与智能手机的小型显现器，以及AR／VR运用的微型显现器。LCD屏幕运用无机资料的LED背光模块来发光，光线在经过液晶分子矩阵后会发生五颜六色印象。相较之下，OLED屏幕能够自行发光，透过有机化合物对经过电流的反响来发射光线。参加战局，估计能供给比传统屏幕还要艳丽的色彩，以及更高亮度与更低功耗。选用这项技能的首发产品近期以亮眼体现进军显现器商场，像是显现器大厂推出的是微型LED，传统LED尺度1mm，Micro LED则是50μm。传统LED选用独立封装，而Micro LED能以裸晶方式运作，这些很多晶粒需求透过整合来制成显现器。每个Micro LED晶粒都包括赤色、绿色、蓝色的子画素，用来组成五颜六色显现器。发光的色彩由LED的非有机资料（能隙）决议，举例来说，磷化铝铟镓（AlGaInP）能发生红光，氮化铟镓（InGaN）则发生绿光。选用自动式驱动的Micro LED显现器由背板上的晶体管数组操控，包括开关电流与驱动单一画素。Micro LED背板资料分为两种。第一种是硅材晶体管，选用传统的CMOS制程。这些晶体管能够做到十分小，制成的背板晶体管具有极小距离（pitch），十分合适用于高分辩率的VR／AR运用或投影设备。不过硅基板的本钱较高，尺度有限，并且不透明。第二种是薄膜晶体管（TFT），可用非晶硅、低温多晶硅（LTPS）或是氧化铟镓锌（IGZO）制成。TFT能在比硅材还要大尺度的基板上制作，有时机到达更低的单位面积本钱。本文的要点便是选用TFT基板的Micro LED技能。其间一种想象的运用是用于电视或电视墙的大型模块化显现器，运用场景包括家庭、电影院与广告场域，抑或是大规模或小型会议。依据Micro LED模块的巨细与数量，显现器的终究尺度会落在100吋~200吋之间，乃至更大。在这类运用中，Micro LED估计能逾越相同选用TFT基板的OLED面板，不只愈加省电，在相同电流下还能发生更高亮度。此外，Micro LED不含有机资料发光层，所以不需求封装，更便于无缝搬运。相较之下，OLED有必要对单个模块进行封装。不同于OLED，用于大型显现器的Micro LED不能在同一个单片基板上制作。因而，中大型显现器的Micro LED制程有必要选用取放（pick and place）等技能。这项取放技能会运用三块磊晶基板来制作赤色、蓝色与绿色晶粒，然后进行切开，终究透过高速取放体系搬运到TFT背板上。高功能Micro LED显现器带来了全新的背板规划应战。现在正在开发数种不同的电子规划办法，一种是自动式矩阵OLED（AMOLED）规划，另一种是被动式矩阵PCB驱动规划。两者在灰阶、闪耀、画素距离、散热或功耗方面的体现各有优缺。imec凭借着在TFT电路规划范畴的多年经历，开发了Micro LED接下来将会介绍咱们与Barco共同开发的运用事例，在Micro LED模块化显现器上选用全新的TFT电路规划，整合现在不同驱动技能的强项。时，开发人员有必要做出一些挑选，例如：选出最佳的矩阵结构（自动式或被动式矩阵）、灰阶调变办法（运用模仿信号或数字信号）、LED程控（电压或电流操控）。imec研讨团队评价了多项先进驱动技能，终究开发了立异的混合式驱动技能，把各技能的最大优势都整合在选用6T2C架构的驱动电路上，藉此处理micro LED显现器的多项新式应战。自动式（AM）与被动式矩阵（PM）驱动的显现器都是透过水平向与笔直向的线路来运作，水平向担任进行一次一列的扫描，笔直向则是传递显现信号到每行对应的晶体管，藉此导通那一列的画素。这些电路能以高速率依序驱动画素，快到连肉眼都无法分辩是逐线扫描，而视为平面印象。在被动式矩阵的驱动形式下，像是用于现在的Micro LED电视墙，非选定线路上的画素会处于封闭状况，只要在被选时会时刻短敞开。换句话说，这时只要一条画素会发光。在自动式矩阵，例如AMOLED的电路规划中，一切画素都有记忆性，能够在屏幕改写的切换周期中保持驱动状况，直到下次信号更新，所以在其他线路进行扫描时，非选定画素也会发光。如此一来就能下降对操控画素亮度的要求，从而削减所需电流。这便是自动式与被动式驱动的根本差异。成果发现，自动式矩阵更有利于下降功耗和本钱，并进步印象质量。被动式矩阵的画素只能时刻短驱动，所以需求更大的瞬间亮度，LED驱动电流也有必要保持全体亮度的一致性，这就加重了功耗与散热问题。关于包括上百万颗Micro LED的大型模块化显现器，比起被动式矩阵，自动式矩阵驱动才是首选。单颗LED的灰阶（grey level）或说是亮度由LED驱动电流的巨细决议。每颗LED构成一个画素，每个画素的灰阶终究会决议LED显现器的全体亮度。AMOLED显现器所用的平板式规划一般选用模仿式驱动，也便是说，对单个画素施加的模仿信号（电流或电压）以及OLED的驱动电流会决议终究的灰阶显现。在这种驱动形式下，高电压或大电流会添加发光程度，从而进步画素亮度。但是，关于非有机资料的（Micro）LED而言，这就有个缺陷：为了调变显现器的灰阶而改动LED驱动电流，一起会影响到发光的波长，导致色偏（color shift）现象。这也是数字驱动形式会更合适Micro LED显现器的原因。数字驱动形式运用脉冲宽度调变（PWM）来操控Micro LED的驱动电流。藉此，一切LED都能保持相同电流，防止色偏现象，但仍是能调整LED的均匀导通时刻（或称占空比），如此一来，就能操控显现器的均匀发光程度，也便是画素的灰阶。为了在自动式矩阵架构的背板进行数字驱动，能够选用不同的印象编码技能来完结脉冲宽度调变（PWM）。编码表（coding table）会记载Micro LED开关的切当时刻点。imec研讨团队提出了共同的12位图编码表，以缩短黑屏时刻并优化视觉呈现，终究把屏幕闪耀的机率降到最低。图二 : 运用imec提出的12位图编码表，一切灰阶在傅立叶频谱上的第一个谐波振福都下降，减缓了显现器闪耀的问题。再次着重，在规划显现器驱动电路时，有必要做出一些取舍。例如，规划人员能够选用传统的2T1C架构：一颗晶体管选取方针画素，另一颗晶体管担任操控数据线的电压，供给LED驱动电流。但是，晶体管特性一旦呈现任何改变，都会影响驱动电流，从而发生色偏现象。因而，电压驱动的电流操控并不抱负。为此，imec研讨团队开发了一种混合式驱动技能，运用两颗晶体管组成的电流镜（current mirror）来精准操控Micro LED的驱动电流，保持固定。PWM信号传输则透过别的两颗开关晶体管来施加电压。这些开关晶体管能够依据印象编码表来操控电流镜的开关。终究两颗晶体管则担任在输入电流更新信号时选取所需画素。运用6T2C结构，imec团队成功导入混合式驱动技能，到达Micro LED显现器的最佳效能。一起，他们也针对6T2C驱动电路做出一些调整来拓宽运用。例如，其间一项规划变化是藉由同享电流镜来缩小驱动电路的全体面积。此外，imec也提出一种大局快门规划，用来改进模块化显现器对多个子模块进行同步更新的功能。立异的驱动电路是高功能Micro LED显现器的要害。imec能帮忙企业与学术研讨团队探究根据IGZO、LPTS或非晶硅材的TFT驱动电路在显现器商场的运用潜能。imec也携手业界的晶圆代工同伴，供给TFT驱动电路在显现器与非显现器运用方面的出产资源。这套协作形式也延伸到多项与CMOS硅制程相关的研讨方案，且进行多年，为学研单位与显现器业者供给一条技能商用的路途。此外，imec还能凭借比利时根特大学CMST研讨实验室的专业与服务，将Micro LED置于TFT背板上。CMST历经多年研讨，现已开宣布一套取放办法，能快速精确地搬运Micro LED晶粒。该研讨团队为了展现其量产潜能，现已完结载于LPTS背板的Micro LED原型芯片，选用的驱动电路便是从前介绍的立异规划。LTPS能够供给更高的驱动电流，因而比起IGZO，更合适用来制作TFT显现器背板。举例来说，特性剖析成果显现，LTPS面板具有杰出的信号保存才能，这就代表，这些信号在画素导通后能在电流镜与电容器上保存多长时刻。imec提出了一款运用TFT背板来驱动Micro LED的混合式办法，整合了LED电视墙与AMOLED规划的最大优势，包括驱动电流的程控、PWM形式的自动式矩阵规划。别的也开发了立异的6T2C电路架构，让这套混合式规划能驱动Micro LED显现器到达最佳的印象质量。这款根据LTPS资料的TFT驱动电路规划完稿（tapeout）也擘画了imec与芯片制作同伴的协作之路，以完结量产Micro LED显现器的方针。