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十大Micro LED技術(shù)科普及現(xiàn)在淺析
來(lái)源：
時(shí)間：2023-06-25 16:12:02
近年來(lái)Micro LED技術(shù)雖可應(yīng)用在AR、VR、智能的實(shí)際應(yīng)用案列少之又少。
以AR眼鏡為例，分別是李未可的MetaLens、Vuzix的Shield和Tooz的 ESSNZ Berlin智能眼鏡。
雖較Micro OLED技術(shù)有更明顯的優(yōu)勢(shì)，但Micro LED微顯示應(yīng)用之路并不順暢。
歸根到底，問(wèn)題仍是Micro LED技術(shù)發(fā)展較緩慢，制造工藝尚不成熟，產(chǎn)品成本、質(zhì)量與紅光芯片效率問(wèn)題依舊存在，全彩化、近眼高分辨率顯示效果難以實(shí)現(xiàn)，因此目前Micro LED無(wú)法在微顯示領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
盡管如此，對(duì)于Micro LED技術(shù)的研發(fā)，LED企業(yè)與學(xué)術(shù)界從未停止，通過(guò)探索不同技術(shù)方案，逐步完善Micro LED技術(shù)，加速縮短Micro LED在微型顯示領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程。
近日，以麻省理工為首的研究團(tuán)隊(duì)，在全彩辱層結(jié)構(gòu)Micro LED (Stacked RGB Micro LED) 方面的研究有新突破。
未來(lái)，該方案或成為影響Micro LED微型顯示應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵因素。
該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了全彩垂直辱層結(jié)構(gòu)的Micro LED，分辨率高達(dá)5100PPI，尺寸僅為4um，號(hào)稱(chēng)是目前所知擁有最高陣列密度和最小尺寸的Micro LED。產(chǎn)品高分辨率和極小尺寸的特點(diǎn)，適配了近眼微顯示電子設(shè)備的應(yīng)用需求。
全彩疊層結(jié)構(gòu)Micro LED示意圖 (圖片來(lái)源: 麻省理工)
該研究成果進(jìn)一步推動(dòng)了疊層式結(jié)構(gòu)Micro LED的發(fā)展應(yīng)用，也再度引起了LED行業(yè)對(duì)這一技術(shù)方案的關(guān)注。
具體來(lái)看，該方案的特別之處在于，相較傳統(tǒng)平行排列結(jié)構(gòu)的RGB Micro LED芯片所形成的單人像素，疊層排列方案的應(yīng)用可在縮小顯示模組尺寸的同時(shí)，提高Micro LED顯示器的畫(huà)質(zhì)與生產(chǎn)效注
詳細(xì)來(lái)說(shuō)，桑層結(jié)構(gòu)使單個(gè)像素占用的空間更少，因此在單位面積內(nèi)可實(shí)現(xiàn)更高的像素密度，從而滿(mǎn)足微顯示設(shè)備對(duì)小尺寸、高清分辨率顯示模組的應(yīng)用需求。
在生產(chǎn)方面，由于魯層式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，RGB三色芯片集成于單一芯片上，使Micro LED芯片轉(zhuǎn)移至基板的時(shí)間縮短，放置精度獲得提高，從而優(yōu)化了Micro LED顯示器的生產(chǎn)效率與成本。
由于結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，Micro LED的生產(chǎn)和應(yīng)用獲得了更多可能性，因此近年來(lái)，陸續(xù)有國(guó)內(nèi)外企業(yè)與高校、科研單位參與到疊層式結(jié)構(gòu)Micro LED的研究里，推動(dòng)該技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。
疊層式Micro LED研究獲重視，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研齊發(fā)力。
據(jù)LEDinside不完全統(tǒng)計(jì)，首爾偉傲世、Lumens、Sundiode、諾視科技等國(guó)內(nèi)外LED企業(yè)，以及國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在近年均參與到疊層式Micro LED的研究當(dāng)中:
首爾偉傲世
2022年，首爾偉傲世展示了WCOP Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)，其特點(diǎn)是無(wú)需引線(xiàn)、封裝與誘鏡結(jié)構(gòu)，并通過(guò)垂直疊層的方式放置紅、綠和藍(lán)光 (R/G/B) 三顆Micro LED芯片。
WICOP Pixel技術(shù)的應(yīng)用，將Micro LED顯示屏生產(chǎn)工序減少到=分之一，并提高了Micro LED的良率，降低了制造成本，同時(shí)還把Micro LED的發(fā)光面積縮小到現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三分之一，獲得了深黑的顏色和清晰圖像。
WICop Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)
WICOp Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)今年2月，首爾偉傲世展示了基于 WICOP Pixel技術(shù)的Microled顯示屏，亮度提高到了4000nits，將Micro LED的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到包括 AR、VR在內(nèi)的元宇宙領(lǐng)域。
Lumens
今年初，韓國(guó)LED開(kāi)發(fā)商Lumens宣布，已開(kāi)發(fā)用于Micro LED生產(chǎn)的RGB外延片Monolithic，單人外延片產(chǎn)品是由RGB三光色外延片堆疊而成。在紅光 LED材料上，Lumens改用與藍(lán)光、綠光相同的氨化鋼家材料，更易于疊層式芯片的加工與生產(chǎn)。
RGBE片Monolithic (Lumens)
Sundiode
2021年4月，美國(guó)Micro LED微顯示公司Sundiode公布了其專(zhuān)有的堆桑式RGB Micro LED像素技術(shù)，可將單晶圓上的疊層式RGB Micro LED像素陣列直接接合到硅基CMOS背板上。
同年11月，Sundiode展示了疊層式RGB Micro LED全彩顯示器，采用主動(dòng)矩陣硅基CMOS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)，Micro LED芯片尺寸為100um，顯示器尺寸為15.4mmx8.6mm，分辨率為200PPI
堆疊式RGB Micro LED全彩顯示器 (Sundiode)
2023年初，Sundiode與GaN技術(shù)開(kāi)發(fā)商Soft-Epi，共同實(shí)現(xiàn)在單個(gè)藍(lán)寶石晶圓上生長(zhǎng)單片全InGaN RGB LED結(jié)構(gòu)。
堆疊式RGB Micro LED像素技術(shù) (Sundiode)
諾視科技
2022年底，國(guó)內(nèi)Micro LED技術(shù)開(kāi)發(fā)商諾視科技成功點(diǎn)亮0.39英寸的Micro LED微顯示屏，產(chǎn)品采用WLVSP (Wafer Level Vertically Stacked Pixels，晶圓級(jí)垂直堆疊像素) 技術(shù)方案開(kāi)發(fā)。
XGA Micro LED微顯示屏 (諾視科技)
清華大學(xué)
2021年5月，清華大學(xué)電子工廠系研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于疊層式紅、綠、藍(lán)=色 (RGB) 的MicroLED器件陣列設(shè)計(jì)。
堆疊RGB Micro LED陣列的示意圖和實(shí)物圖 (清華大學(xué))
通過(guò)外延剝離和轉(zhuǎn)移印刷的方法，將基于不同無(wú)機(jī)I-V族單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的薄膜式Micro LED，包括鋼磷基(InGaP) 紅光LED、鋼氨基 (InGaN) 綠光和藍(lán)光LED (尺寸~100um2，厚度~5um)異質(zhì)集成，形成垂直堆疊結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)具有波長(zhǎng)選擇透過(guò)的光學(xué)薄膜作為MicroLED之間的界面層，提高了器件的發(fā)光效率和輻射性能。
與傳統(tǒng)并排放置的RGB器件結(jié)構(gòu)相比，升三倍，不僅提高了器件的發(fā)光性能，也降低了制備過(guò)程中對(duì)加工精度的要求
Youngwoo DSP
2021年，韓國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備廠Youngwoo DSP獲得政府項(xiàng)目，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)基于超小RGB堆疊層的新型Micro LED制造技術(shù)，項(xiàng)目持續(xù)至2024年底。Youngwoo DSP表示，這項(xiàng)技術(shù)有助于提高巨量轉(zhuǎn)移的對(duì)準(zhǔn)精度、提升像素點(diǎn)密度，同時(shí)還能節(jié)省制造時(shí)間、降低成本。產(chǎn)品可應(yīng)用到智能手表、汽車(chē)以及AR設(shè)備等
KAIST
2020年，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種生產(chǎn)高分辨率Micro LED顯示器的方法。團(tuán)隊(duì)將紅綠藍(lán)LED有源層堆在3D空間之后使用半導(dǎo)體圖案化工藝，并通過(guò)具有濾光片特性的絕緣膜，消除紅、藍(lán)光色工擾。最終，顯示器擁有每英寸超過(guò)6萬(wàn)像素的高分辨率
總結(jié)
可以看到，近年來(lái)，通過(guò)對(duì)疊層式結(jié)構(gòu)的研究，企業(yè)與高校提升了Micro LED微顯示器的亮度與分辨率，推動(dòng)了全彩高清Micro LED微顯示器的發(fā)展。
面對(duì)Micro LED現(xiàn)存的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，疊層式結(jié)構(gòu)提供了可行的解決方法，為擴(kuò)大Micro LED技術(shù)在AR/VR等微顯示領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)辟了一條新的技術(shù)路徑。
然而，在解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有問(wèn)題的同時(shí)，疊層式Micro LED方案也帶來(lái)了新的技術(shù)難題。
Micro LED技術(shù)廠商Porotech曾指出，魯層式結(jié)構(gòu)意味著二種顏色的光將從顯示器的不同高度射出，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，同時(shí)也對(duì)LED之間的間距精準(zhǔn)度及結(jié)構(gòu)中不同層的對(duì)準(zhǔn)精度提出了更高的要求。
另外，堆疊式RGB LED產(chǎn)生的顏色干擾、微小像素的發(fā)光效率低、紅光材料的適配性和效率等都是方案應(yīng)用時(shí)所要面臨的問(wèn)題
TrendForce集邦咨詢(xún)分析師則表示，疊層式Micro LED芯片技術(shù)目前均處在開(kāi)發(fā)階段，因量產(chǎn)技術(shù)能力不足，尚未運(yùn)用在穿戴顯示器上。
盡管并無(wú)實(shí)際微顯示產(chǎn)品應(yīng)用，但上述企業(yè)與高校紛紛看好疊層式技術(shù)，認(rèn)為方案可加速MicroLED在AR/VR等領(lǐng)域的發(fā)展
以AR眼鏡為例，分別是李未可的MetaLens、Vuzix的Shield和Tooz的 ESSNZ Berlin智能眼鏡。
雖較Micro OLED技術(shù)有更明顯的優(yōu)勢(shì)，但Micro LED微顯示應(yīng)用之路并不順暢。
歸根到底，問(wèn)題仍是Micro LED技術(shù)發(fā)展較緩慢，制造工藝尚不成熟，產(chǎn)品成本、質(zhì)量與紅光芯片效率問(wèn)題依舊存在，全彩化、近眼高分辨率顯示效果難以實(shí)現(xiàn)，因此目前Micro LED無(wú)法在微顯示領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。
盡管如此，對(duì)于Micro LED技術(shù)的研發(fā)，LED企業(yè)與學(xué)術(shù)界從未停止，通過(guò)探索不同技術(shù)方案，逐步完善Micro LED技術(shù)，加速縮短Micro LED在微型顯示領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)程。
近日，以麻省理工為首的研究團(tuán)隊(duì)，在全彩辱層結(jié)構(gòu)Micro LED (Stacked RGB Micro LED) 方面的研究有新突破。
未來(lái)，該方案或成為影響Micro LED微型顯示應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵因素。
該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了全彩垂直辱層結(jié)構(gòu)的Micro LED，分辨率高達(dá)5100PPI，尺寸僅為4um，號(hào)稱(chēng)是目前所知擁有最高陣列密度和最小尺寸的Micro LED。產(chǎn)品高分辨率和極小尺寸的特點(diǎn)，適配了近眼微顯示電子設(shè)備的應(yīng)用需求。
全彩疊層結(jié)構(gòu)Micro LED示意圖 (圖片來(lái)源: 麻省理工)
該研究成果進(jìn)一步推動(dòng)了疊層式結(jié)構(gòu)Micro LED的發(fā)展應(yīng)用，也再度引起了LED行業(yè)對(duì)這一技術(shù)方案的關(guān)注。
具體來(lái)看，該方案的特別之處在于，相較傳統(tǒng)平行排列結(jié)構(gòu)的RGB Micro LED芯片所形成的單人像素，疊層排列方案的應(yīng)用可在縮小顯示模組尺寸的同時(shí)，提高Micro LED顯示器的畫(huà)質(zhì)與生產(chǎn)效注
詳細(xì)來(lái)說(shuō)，桑層結(jié)構(gòu)使單個(gè)像素占用的空間更少，因此在單位面積內(nèi)可實(shí)現(xiàn)更高的像素密度，從而滿(mǎn)足微顯示設(shè)備對(duì)小尺寸、高清分辨率顯示模組的應(yīng)用需求。
在生產(chǎn)方面，由于魯層式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，RGB三色芯片集成于單一芯片上，使Micro LED芯片轉(zhuǎn)移至基板的時(shí)間縮短，放置精度獲得提高，從而優(yōu)化了Micro LED顯示器的生產(chǎn)效率與成本。
由于結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，Micro LED的生產(chǎn)和應(yīng)用獲得了更多可能性，因此近年來(lái)，陸續(xù)有國(guó)內(nèi)外企業(yè)與高校、科研單位參與到疊層式結(jié)構(gòu)Micro LED的研究里，推動(dòng)該技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。
疊層式Micro LED研究獲重視，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研齊發(fā)力。
據(jù)LEDinside不完全統(tǒng)計(jì)，首爾偉傲世、Lumens、Sundiode、諾視科技等國(guó)內(nèi)外LED企業(yè)，以及國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在近年均參與到疊層式Micro LED的研究當(dāng)中:
首爾偉傲世
2022年，首爾偉傲世展示了WCOP Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)，其特點(diǎn)是無(wú)需引線(xiàn)、封裝與誘鏡結(jié)構(gòu)，并通過(guò)垂直疊層的方式放置紅、綠和藍(lán)光 (R/G/B) 三顆Micro LED芯片。
WICOP Pixel技術(shù)的應(yīng)用，將Micro LED顯示屏生產(chǎn)工序減少到=分之一，并提高了Micro LED的良率，降低了制造成本，同時(shí)還把Micro LED的發(fā)光面積縮小到現(xiàn)有平面結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三分之一，獲得了深黑的顏色和清晰圖像。
WICop Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)
WICOp Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)今年2月，首爾偉傲世展示了基于 WICOP Pixel技術(shù)的Microled顯示屏，亮度提高到了4000nits，將Micro LED的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到包括 AR、VR在內(nèi)的元宇宙領(lǐng)域。
Lumens
今年初，韓國(guó)LED開(kāi)發(fā)商Lumens宣布，已開(kāi)發(fā)用于Micro LED生產(chǎn)的RGB外延片Monolithic，單人外延片產(chǎn)品是由RGB三光色外延片堆疊而成。在紅光 LED材料上，Lumens改用與藍(lán)光、綠光相同的氨化鋼家材料，更易于疊層式芯片的加工與生產(chǎn)。
RGBE片Monolithic (Lumens)
Sundiode
2021年4月，美國(guó)Micro LED微顯示公司Sundiode公布了其專(zhuān)有的堆桑式RGB Micro LED像素技術(shù)，可將單晶圓上的疊層式RGB Micro LED像素陣列直接接合到硅基CMOS背板上。
同年11月，Sundiode展示了疊層式RGB Micro LED全彩顯示器，采用主動(dòng)矩陣硅基CMOS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)，Micro LED芯片尺寸為100um，顯示器尺寸為15.4mmx8.6mm，分辨率為200PPI
堆疊式RGB Micro LED全彩顯示器 (Sundiode)
2023年初，Sundiode與GaN技術(shù)開(kāi)發(fā)商Soft-Epi，共同實(shí)現(xiàn)在單個(gè)藍(lán)寶石晶圓上生長(zhǎng)單片全InGaN RGB LED結(jié)構(gòu)。
堆疊式RGB Micro LED像素技術(shù) (Sundiode)
諾視科技
2022年底，國(guó)內(nèi)Micro LED技術(shù)開(kāi)發(fā)商諾視科技成功點(diǎn)亮0.39英寸的Micro LED微顯示屏，產(chǎn)品采用WLVSP (Wafer Level Vertically Stacked Pixels，晶圓級(jí)垂直堆疊像素) 技術(shù)方案開(kāi)發(fā)。
XGA Micro LED微顯示屏 (諾視科技)
清華大學(xué)
2021年5月，清華大學(xué)電子工廠系研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于疊層式紅、綠、藍(lán)=色 (RGB) 的MicroLED器件陣列設(shè)計(jì)。
堆疊RGB Micro LED陣列的示意圖和實(shí)物圖 (清華大學(xué))
通過(guò)外延剝離和轉(zhuǎn)移印刷的方法，將基于不同無(wú)機(jī)I-V族單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的薄膜式Micro LED，包括鋼磷基(InGaP) 紅光LED、鋼氨基 (InGaN) 綠光和藍(lán)光LED (尺寸~100um2，厚度~5um)異質(zhì)集成，形成垂直堆疊結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)具有波長(zhǎng)選擇透過(guò)的光學(xué)薄膜作為MicroLED之間的界面層，提高了器件的發(fā)光效率和輻射性能。
與傳統(tǒng)并排放置的RGB器件結(jié)構(gòu)相比，升三倍，不僅提高了器件的發(fā)光性能，也降低了制備過(guò)程中對(duì)加工精度的要求
Youngwoo DSP
2021年，韓國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備廠Youngwoo DSP獲得政府項(xiàng)目，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)基于超小RGB堆疊層的新型Micro LED制造技術(shù)，項(xiàng)目持續(xù)至2024年底。Youngwoo DSP表示，這項(xiàng)技術(shù)有助于提高巨量轉(zhuǎn)移的對(duì)準(zhǔn)精度、提升像素點(diǎn)密度，同時(shí)還能節(jié)省制造時(shí)間、降低成本。產(chǎn)品可應(yīng)用到智能手表、汽車(chē)以及AR設(shè)備等
KAIST
2020年，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種生產(chǎn)高分辨率Micro LED顯示器的方法。團(tuán)隊(duì)將紅綠藍(lán)LED有源層堆在3D空間之后使用半導(dǎo)體圖案化工藝，并通過(guò)具有濾光片特性的絕緣膜，消除紅、藍(lán)光色工擾。最終，顯示器擁有每英寸超過(guò)6萬(wàn)像素的高分辨率
總結(jié)
可以看到，近年來(lái)，通過(guò)對(duì)疊層式結(jié)構(gòu)的研究，企業(yè)與高校提升了Micro LED微顯示器的亮度與分辨率，推動(dòng)了全彩高清Micro LED微顯示器的發(fā)展。
面對(duì)Micro LED現(xiàn)存的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，疊層式結(jié)構(gòu)提供了可行的解決方法，為擴(kuò)大Micro LED技術(shù)在AR/VR等微顯示領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)辟了一條新的技術(shù)路徑。
然而，在解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有問(wèn)題的同時(shí)，疊層式Micro LED方案也帶來(lái)了新的技術(shù)難題。
Micro LED技術(shù)廠商Porotech曾指出，魯層式結(jié)構(gòu)意味著二種顏色的光將從顯示器的不同高度射出，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，同時(shí)也對(duì)LED之間的間距精準(zhǔn)度及結(jié)構(gòu)中不同層的對(duì)準(zhǔn)精度提出了更高的要求。
另外，堆疊式RGB LED產(chǎn)生的顏色干擾、微小像素的發(fā)光效率低、紅光材料的適配性和效率等都是方案應(yīng)用時(shí)所要面臨的問(wèn)題
TrendForce集邦咨詢(xún)分析師則表示，疊層式Micro LED芯片技術(shù)目前均處在開(kāi)發(fā)階段，因量產(chǎn)技術(shù)能力不足，尚未運(yùn)用在穿戴顯示器上。
盡管并無(wú)實(shí)際微顯示產(chǎn)品應(yīng)用，但上述企業(yè)與高校紛紛看好疊層式技術(shù)，認(rèn)為方案可加速MicroLED在AR/VR等領(lǐng)域的發(fā)展
