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未來新型顯示形態(tai)(tai)會進入(ru)到交互式、可穿戴式的(de)新生態(tai)(tai)，新型顯示將直接貼(tie)近人眼的(de)呈(cheng)現(xian)(xian)方(fang)式。Micro-LED是(shi)(shi)尺寸微(wei)縮百倍之后的(de)微(wei)型發光器(qi)件(jian)，針對(dui)未來可穿戴顯示設(she)備(bei)應用(yong)，實現(xian)(xian)“小而亮、彩(cai)而清”是(shi)(shi)行業技術難題。

Micro-LED單片全(quan)彩技術(shu)有幾個(ge)層次的(de)(de)(de)技術(shu)挑戰：高(gao)光效(xiao)方(fang)面(mian)，需要襯底的(de)(de)(de)發(fa)光芯片具(ju)有高(gao)的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)效(xiao)率(lv)，目前(qian)綠色的(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)率(lv)比較(jiao)優良，紅(hong)色是(shi)面(mian)臨材(cai)料自身的(de)(de)(de)瓶頸問題，藍色可(ke)以用，但是(shi)三色最終理(li)想是(shi)達到(dao)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)均衡，目前(qian)還存在一定挑戰。廣色域方(fang)面(mian)，如果用純無機、氮化(hua)鎵等(deng)體系，發(fa)光峰較(jiao)寬，需要量(liang)子點的(de)(de)(de)調整方(fang)案和色轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)層進行顏色的(de)(de)(de)過濾或者(zhe)提升。超高(gao)亮度(du)方(fang)面(mian)，AR眼鏡形態上也是(shi)透(tou)明顯(xian)示，它的(de)(de)(de)光耦合效(xiao)率(lv)到(dao)人(ren)眼里(li)面(mian)，轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)化(hua)比率(lv)大概1%、2%，高(gao)一點達到(dao)5%、10%，對于顯(xian)示亮度(du)的(de)(de)(de)需求至少是(shi)百萬尼(ni)特起步。

針(zhen)對這(zhe)些(xie)問題，我們團隊(dui)自身聚焦在材(cai)料、工藝方面的突破，也有與諾視合作開展工藝和產(chan)線上的研發。

首(shou)先(xian)來(lai)看(kan)高性能(neng)硅(gui)(gui)基(ji)Micro-LED芯片(pian)工藝(yi)。高性能(neng)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)基(ji)微顯示芯片(pian)，巨量(liang)轉移(yi)往(wang)往(wang)使用藍寶石(shi)作(zuo)為(wei)襯(chen)底(di)，外(wai)延氮(dan)化鎵作(zuo)為(wei)發(fa)光層。硅(gui)(gui)是集成電路里面非常(chang)寶貴的(de)(de)(de)(de)基(ji)石(shi)，我們所采用的(de)(de)(de)(de)是硅(gui)(gui)基(ji)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)化鎵外(wai)延體系(xi)，從制造的(de)(de)(de)(de)工藝(yi)來(lai)講，這(zhe)個外(wai)延早(zao)期的(de)(de)(de)(de)時候遇(yu)到瓶頸(jing)問(wen)題，要把兩個材料長在(zai)一起非常(chang)困(kun)難(nan)。經過幾年發(fa)展，以(yi)及(ji)我們跟晶能(neng)合作(zuo)，目前針對(dui)8英(ying)寸/12英(ying)寸，解決了硅(gui)(gui)基(ji)氮(dan)化鎵的(de)(de)(de)(de)外(wai)延。選擇(ze)硅(gui)(gui)，是因(yin)為(wei)它的(de)(de)(de)(de)大尺寸工藝(yi)非常(chang)成熟，能(neng)夠解決成本(ben)問(wen)題。例如，在(zai)同樣的(de)(de)(de)(de)芯片(pian)標準(zhun)尺寸上，如果采用6英(ying)寸的(de)(de)(de)(de)襯(chen)底(di)，會(hui)比4英(ying)寸的(de)(de)(de)(de)芯片(pian)有效利用效率提高20%-40%，成本(ben)也(ye)能(neng)大大降(jiang)低(di)。

我們(men)在實驗(yan)室開(kai)(kai)發(fa)了(le)一(yi)套原位外延和(he)監測(ce)表征系統，這個系統可以(yi)生長(chang)一(yi)些(xie)(xie)三(san)維(wei)等混合的(de)(de)半導體相關材料。外延工(gong)藝遇到(dao)一(yi)些(xie)(xie)挑(tiao)戰，包(bao)括晶向控制(zhi)(zhi)、應力工(gong)程(cheng)，要保持均(jun)一(yi)性，還有(you)溫(wen)場(chang)控制(zhi)(zhi)，目前已(yi)經解決了(le)8英(ying)(ying)寸/12英(ying)(ying)寸，可以(yi)達到(dao)較好(hao)的(de)(de)良率。有(you)了(le)較好(hao)的(de)(de)硅(gui)基氮化(hua)鎵襯底，開(kai)(kai)發(fa)單(dan)側的(de)(de)微顯示芯片，晶圓(yuan)采購(gou)過(guo)來之后通過(guo)光刻方(fang)法開(kai)(kai)發(fa)技(ji)術，4英(ying)(ying)寸硅(gui)基工(gong)藝是完全驅動的(de)(de)，在做好(hao)的(de)(de)基礎上做刻蝕，這樣沒有(you)對準(zhun)的(de)(de)過(guo)程(cheng)，叫(jiao)非對準(zhun)工(gong)藝，能(neng)降低(di)工(gong)藝難度。

底(di)部是CMOS驅(qu)(qu)動(dong)，是一(yi)個單獨獨立控制的驅(qu)(qu)動(dong)電(dian)(dian)機(ji)，上(shang)面(mian)采(cai)用混合(he)點極，用ITO和混合(he)金(jin)屬(shu)共同(tong)來實現(xian)，它要解(jie)決電(dian)(dian)流(liu)的均(jun)勻擴(kuo)散的問(wen)題(ti)，如果在0.39、0.6的微(wei)顯(xian)示的面(mian)積里面(mian)要保證(zheng)電(dian)(dian)流(liu)的均(jun)勻性(xing)，這(zhe)個均(jun)勻性(xing)會影(ying)響(xiang)芯片(pian)中間的發光(guang)亮度和邊緣發光(guang)亮度的差異化問(wen)題(ti)，這(zhe)樣的混合(he)電(dian)(dian)極也是非(fei)常必(bi)要的，要解(jie)決的ITO和氮化鎵界(jie)面(mian)的接(jie)觸(chu)問(wen)題(ti)，如果電(dian)(dian)阻過大電(dian)(dian)流(liu)效應(ying)、熱(re)效應(ying)非(fei)常顯(xian)著(zhu)。

我(wo)們也做(zuo)了相(xiang)關熱效(xiao)應測試。如(ru)果沒(mei)有做(zuo)合適的混(hun)合電極(ji)，在工作一段(duan)時(shi)間之后，溫(wen)度(du)很(hen)快(kuai)會到100多度(du)，如(ru)果是良(liang)好的電極(ji)接觸(chu)還(huan)可以保持它在適溫(wen)的狀態，這(zhe)就是高效(xiao)的電流轉化(hua)過程(cheng)，沒(mei)有過度(du)的熱積累，這(zhe)樣(yang)的芯片襯(chen)底能保證后面做(zuo)單片全彩的相(xiang)關技術。

外延的(de)(de)(de)(de)過(guo)程(cheng)，發光單元(yuan)要有圖案(an)(an)化的(de)(de)(de)(de)處理(li)，這是(shi)屬于光學的(de)(de)(de)(de)耦合(he)(he)方(fang)案(an)(an)，通過(guo)納米(mi)(mi)草(cao)叢、光學納米(mi)(mi)結(jie)構的(de)(de)(de)(de)設計(ji)，想辦法讓(rang)光效從上面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)天(tian)窗出口耦合(he)(he)出來，側壁要做(zuo)好鈍化層。單側顯示(shi)(shi)目前的(de)(de)(de)(de)效率，藍(lan)色(se)是(shi)7%左右(you)，綠色(se)現在(zai)(zai)可(ke)以(yi)達到10%，紅(hong)色(se)可(ke)以(yi)有突破(po)1%。去年我們(men)公(gong)布的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個成果是(shi)，突破(po)了(le)小(xiao)尺(chi)寸(cun)(cun)Micro-LED出光效率瓶頸，實現了(le)單器(qi)件尺(chi)寸(cun)(cun)1.5μm，像(xiang)素密度超過(guo)10000PPI，最高亮度可(ke)達1000萬(wan)nits Micro-LED陣列。這是(shi)與硅基CMOS做(zuo)的(de)(de)(de)(de)大規模(mo)集成，在(zai)(zai)0.1英寸(cun)(cun)面(mian)(mian)積(ji)上，實現百萬(wan)個IC驅動(dong)互(hu)聯的(de)(de)(de)(de)MicroLED有效集成，良率高達96%以(yi)上。單片0.39英寸(cun)(cun)高清微(wei)(wei)顯示(shi)(shi)屏(ping)可(ke)以(yi)動(dong)態展示(shi)(shi)一(yi)(yi)些圖像(xiang)，分辨率是(shi)1024×768。現在(zai)(zai)，我們(men)更多聚焦在(zai)(zai)眼鏡形態上，最小(xiao)像(xiang)元(yuan)（1.5微(wei)(wei)米(mi)(mi)）分辨率為640×480的(de)(de)(de)(de)高清微(wei)(wei)顯示(shi)(shi)屏(ping)，已全屏(ping)點亮，可(ke)以(yi)完美集成在(zai)(zai)眼鏡里面(mian)(mian)。

我們(men)嘗試做(zuo)單(dan)片(pian)全(quan)彩(cai)，同(tong)時也(ye)(ye)認為，未(wei)來單(dan)片(pian)全(quan)彩(cai)肯(ken)定是剛需(xu)。學(xue)(xue)術界有(you)(you)(you)很多的(de)(de)科(ke)學(xue)(xue)家們(men)還(huan)有(you)(you)(you)三(san)星的(de)(de)研發(fa)機構(gou)做(zuo)單(dan)片(pian)全(quan)彩(cai)的(de)(de)嘗試方案，有(you)(you)(you)用(yong)巨量轉移、層轉移等(deng)的(de)(de)開發(fa)方案，也(ye)(ye)有(you)(you)(you)很多直寫光(guang)刻膠集成方案，從報道來看，很多報道上(shang)可以(yi)做(zuo)到5微(wei)米以(yi)下非常漂亮的(de)(de)像素化、圖案化的(de)(de)色塊。但是真正(zheng)要把它(ta)做(zuo)在Micro-LED的(de)(de)芯(xin)片(pian)表面上(shang)，還(huan)是有(you)(you)(you)一些問題和考驗。這(zhe)方面，我們(men)是采用(yong)量子(zi)點光(guang)刻堆疊。

我們(men)前期(qi)開發的(de)(de)(de)是4英(ying)寸(cun)的(de)(de)(de)工藝，在做(zuo)(zuo)完藍色的(de)(de)(de)芯片上(shang)，通(tong)過光(guang)(guang)刻(ke)(ke)膠做(zuo)(zuo)光(guang)(guang)刻(ke)(ke)的(de)(de)(de)像(xiang)素(su)圖案化(hua)，實現RGB單片全彩。但這會有(you)藍光(guang)(guang)泄(xie)露的(de)(de)(de)問題(ti)，可以(yi)(yi)把像(xiang)素(su)做(zuo)(zuo)上(shang)去(qu)，但是做(zuo)(zuo)上(shang)去(qu)藍光(guang)(guang)泄(xie)露是客觀存在的(de)(de)(de)事情。現在的(de)(de)(de)方案是采用鈣鈦礦量子點方案，因為它更容(rong)易去(qu)創造一些表面的(de)(de)(de)化(hua)學鍵(jian)，在做(zuo)(zuo)五微米或者(zhe)以(yi)(yi)下更小尺寸(cun)的(de)(de)(de)時候，界面的(de)(de)(de)化(hua)學鍵(jian)作用會決定最后的(de)(de)(de)良率，我們(men)開發化(hua)學鍵(jian)的(de)(de)(de)方案解決量子點自(zi)身的(de)(de)(de)穩定性問題(ti)。

如果做(zuo)10微(wei)(wei)米(mi)以上，光(guang)刻的(de)(de)像素還是可以保(bao)證良(liang)(liang)(liang)率(lv)，但(dan)是10微(wei)(wei)米(mi)以下的(de)(de)時候，由于(yu)界面接觸面積變小(xiao)，在工(gong)藝的(de)(de)過程(cheng)中又有一些液體對它進行流動性的(de)(de)撞(zhuang)擊，5微(wei)(wei)米(mi)以下很(hen)難保(bao)證良(liang)(liang)(liang)率(lv)，像素已經(jing)被洗掉(diao)了，我們開(kai)發一個表面的(de)(de)界面鍵合(he)，提(ti)供(gong)一個納米(mi)的(de)(de)膠帶，粘住襯底和像素，可以保(bao)證在5微(wei)(wei)米(mi)以下達到100%的(de)(de)光(guang)刻集成良(liang)(liang)(liang)率(lv)。

我們和(he)諾視主(zhu)推垂直堆(dui)疊全(quan)(quan)彩方(fang)案，這個類似(si)集成電(dian)路的解(jie)決(jue)方(fang)案，通(tong)(tong)過(guo)之(zhi)前的單色把藍色基底(di)和(he)CMOS驅動進行(xing)一次(ci)鍵合，現(xian)(xian)在把綠色、紅(hong)色三層(ceng)分別鍵合堆(dui)疊，預(yu)留好挖孔，讓(rang)光耦合出(chu)來，現(xian)(xian)在實現(xian)(xian)了(le)樣機(ji)，諾視也在湖州已經完成了(le)產線的通(tong)(tong)產。從實現(xian)(xian)RGB的單片全(quan)(quan)彩效果(guo)，可(ke)以看到通(tong)(tong)過(guo)組合的電(dian)流方(fang)式變化，可(ke)以實現(xian)(xian)非常大(da)的色域光譜調(diao)控，紅(hong)、綠、藍相關顏色的調(diao)控。

0.39的垂直堆(dui)疊微顯示芯片(pian)，使用垂直堆(dui)疊工藝來(lai)(lai)做，我們還在努力希(xi)望下一步突破(po)微小尺寸(cun)。最近三(san)四年我們和諾視科(ke)技主要合(he)作(zuo)，依托湖(hu)南大學實驗(yan)線平(ping)臺(tai)，這些可以(yi)小批量(liang)生產Micro-LED的平(ping)臺(tai)來(lai)(lai)共(gong)同完成。未來(lai)(lai)我們也(ye)期待Micro-LED可以(yi)盡早(zao)應用到車載(zai)顯示、可穿戴(dai)顯示產品上(shang)，希(xi)望能夠(gou)更快(kuai)普及。