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未來(lai)新(xin)型顯示形態(tai)會進入(ru)到交互式、可(ke)(ke)穿戴式的新(xin)生態(tai)，新(xin)型顯示將直接貼近人眼的呈現方(fang)式。Micro-LED是尺(chi)寸微縮百倍之后(hou)的微型發(fa)光器件(jian)，針對未來(lai)可(ke)(ke)穿戴顯示設(she)備應用(yong)，實現“小而亮、彩而清”是行業技術難題。

Micro-LED單片全彩技術有幾個(ge)層次的(de)(de)技術挑(tiao)(tiao)戰：高光(guang)效(xiao)方(fang)面(mian)，需(xu)要襯底的(de)(de)發光(guang)芯片具有高的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)效(xiao)率，目前(qian)綠色(se)(se)(se)的(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)率比較優良，紅(hong)色(se)(se)(se)是(shi)面(mian)臨材(cai)料自身(shen)的(de)(de)瓶頸問(wen)題，藍色(se)(se)(se)可以用，但是(shi)三色(se)(se)(se)最終理(li)想是(shi)達(da)到效(xiao)率的(de)(de)均衡，目前(qian)還存在一定挑(tiao)(tiao)戰。廣色(se)(se)(se)域方(fang)面(mian)，如果用純無機、氮化(hua)(hua)(hua)鎵等體系，發光(guang)峰較寬，需(xu)要量子點的(de)(de)調整方(fang)案和色(se)(se)(se)轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)層進行顏色(se)(se)(se)的(de)(de)過濾或者提升。超高亮度(du)方(fang)面(mian)，AR眼鏡(jing)形態上也是(shi)透明顯(xian)(xian)示，它的(de)(de)光(guang)耦合效(xiao)率到人眼里(li)面(mian)，轉(zhuan)(zhuan)化(hua)(hua)(hua)比率大概1%、2%，高一點達(da)到5%、10%，對于顯(xian)(xian)示亮度(du)的(de)(de)需(xu)求至少是(shi)百(bai)萬尼(ni)特起步。

針(zhen)對這些(xie)問(wen)題，我們團隊自身聚焦在材料、工藝方面的突破，也有與(yu)諾(nuo)視(shi)合作開(kai)展工藝和(he)產(chan)線上的研發。

首先來(lai)看高(gao)性能硅(gui)基(ji)Micro-LED芯(xin)(xin)片工(gong)藝。高(gao)性能的(de)(de)(de)硅(gui)基(ji)微顯示芯(xin)(xin)片，巨量轉移往往使用(yong)(yong)藍寶石作為襯底(di)，外(wai)延氮化(hua)(hua)鎵作為發(fa)光(guang)層(ceng)。硅(gui)是集成(cheng)電路里(li)面非常(chang)寶貴(gui)的(de)(de)(de)基(ji)石，我(wo)們(men)所采用(yong)(yong)的(de)(de)(de)是硅(gui)基(ji)的(de)(de)(de)氮化(hua)(hua)鎵外(wai)延體系，從制(zhi)造的(de)(de)(de)工(gong)藝來(lai)講，這個(ge)外(wai)延早期的(de)(de)(de)時候遇到瓶頸問題，要把兩個(ge)材料長(chang)在(zai)一(yi)起(qi)非常(chang)困難。經過(guo)幾年發(fa)展，以(yi)及(ji)我(wo)們(men)跟晶能合(he)作，目前(qian)針對8英(ying)寸(cun)(cun)/12英(ying)寸(cun)(cun)，解決(jue)了(le)硅(gui)基(ji)氮化(hua)(hua)鎵的(de)(de)(de)外(wai)延。選擇硅(gui)，是因(yin)為它的(de)(de)(de)大(da)尺寸(cun)(cun)工(gong)藝非常(chang)成(cheng)熟，能夠解決(jue)成(cheng)本問題。例如，在(zai)同樣的(de)(de)(de)芯(xin)(xin)片標準尺寸(cun)(cun)上，如果采用(yong)(yong)6英(ying)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)襯底(di)，會比4英(ying)寸(cun)(cun)的(de)(de)(de)芯(xin)(xin)片有效利(li)用(yong)(yong)效率提(ti)高(gao)20%-40%，成(cheng)本也(ye)能大(da)大(da)降(jiang)低。

我(wo)們在實驗(yan)室(shi)開發(fa)了一套原位外延(yan)和監測(ce)表征系(xi)統，這個系(xi)統可以(yi)(yi)生長一些(xie)三維等(deng)混合的(de)(de)(de)半導(dao)體相關(guan)材料。外延(yan)工藝遇到一些(xie)挑戰，包(bao)括(kuo)晶向控制(zhi)(zhi)、應力(li)工程，要保持(chi)均一性(xing)，還有(you)溫場控制(zhi)(zhi)，目(mu)前已(yi)經解(jie)決(jue)了8英(ying)(ying)寸(cun)/12英(ying)(ying)寸(cun)，可以(yi)(yi)達到較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)良率。有(you)了較好(hao)(hao)的(de)(de)(de)硅基(ji)(ji)氮化(hua)鎵襯底，開發(fa)單側的(de)(de)(de)微(wei)顯示芯片，晶圓(yuan)采購過來之后通過光(guang)刻方(fang)法開發(fa)技術，4英(ying)(ying)寸(cun)硅基(ji)(ji)工藝是完全(quan)驅(qu)動的(de)(de)(de)，在做好(hao)(hao)的(de)(de)(de)基(ji)(ji)礎(chu)上做刻蝕，這樣沒有(you)對準(zhun)的(de)(de)(de)過程，叫(jiao)非對準(zhun)工藝，能降低工藝難度。

底部是CMOS驅動，是一(yi)個(ge)單獨獨立控制的驅動電機，上面(mian)采用混(hun)合(he)點極，用ITO和混(hun)合(he)金(jin)屬共(gong)同(tong)來實現，它要(yao)解決(jue)電流(liu)的均勻(yun)(yun)擴(kuo)散(san)的問(wen)題，如(ru)(ru)果(guo)在0.39、0.6的微顯示的面(mian)積里(li)面(mian)要(yao)保證(zheng)電流(liu)的均勻(yun)(yun)性，這個(ge)均勻(yun)(yun)性會影響(xiang)芯片中(zhong)間的發(fa)光亮度和邊緣發(fa)光亮度的差(cha)異化問(wen)題，這樣的混(hun)合(he)電極也是非(fei)常必要(yao)的，要(yao)解決(jue)的ITO和氮(dan)化鎵界面(mian)的接(jie)觸問(wen)題，如(ru)(ru)果(guo)電阻過大電流(liu)效應(ying)、熱效應(ying)非(fei)常顯著(zhu)。

我們(men)也做了相關熱效應測試。如果(guo)沒有(you)做合(he)適(shi)的(de)(de)(de)(de)混(hun)合(he)電極，在工(gong)作一段時間之后，溫度(du)很快會(hui)到100多(duo)度(du)，如果(guo)是良好的(de)(de)(de)(de)電極接觸還(huan)可以保(bao)持它(ta)在適(shi)溫的(de)(de)(de)(de)狀態，這(zhe)就是高效的(de)(de)(de)(de)電流轉化過程，沒有(you)過度(du)的(de)(de)(de)(de)熱積(ji)累(lei)，這(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)芯(xin)片襯底能(neng)保(bao)證后面(mian)做單片全(quan)彩(cai)的(de)(de)(de)(de)相關技術。

外(wai)延的(de)過程，發光(guang)單元(yuan)要有圖(tu)案(an)化的(de)處理，這(zhe)是(shi)屬于光(guang)學(xue)的(de)耦合方案(an)，通過納米(mi)草叢(cong)、光(guang)學(xue)納米(mi)結構(gou)的(de)設計(ji)，想辦法讓光(guang)效(xiao)(xiao)從上(shang)面的(de)天(tian)窗出(chu)口耦合出(chu)來，側(ce)壁(bi)要做(zuo)好鈍化層。單側(ce)顯示(shi)目前的(de)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)，藍色是(shi)7%左(zuo)右(you)，綠色現在(zai)(zai)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)達(da)到10%，紅(hong)色可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)有突破1%。去年我們公布的(de)一個成(cheng)(cheng)果是(shi)，突破了(le)小尺寸Micro-LED出(chu)光(guang)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)瓶頸，實現了(le)單器件(jian)尺寸1.5μm，像(xiang)素密(mi)度超(chao)過10000PPI，最高(gao)亮(liang)度可(ke)(ke)(ke)達(da)1000萬nits Micro-LED陣(zhen)列。這(zhe)是(shi)與(yu)硅基CMOS做(zuo)的(de)大規模(mo)集成(cheng)(cheng)，在(zai)(zai)0.1英寸面積上(shang)，實現百萬個IC驅動(dong)(dong)互聯的(de)MicroLED有效(xiao)(xiao)集成(cheng)(cheng)，良率(lv)(lv)高(gao)達(da)96%以(yi)(yi)(yi)上(shang)。單片0.39英寸高(gao)清微(wei)顯示(shi)屏可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)動(dong)(dong)態展示(shi)一些圖(tu)像(xiang)，分辨率(lv)(lv)是(shi)1024×768。現在(zai)(zai)，我們更多(duo)聚焦在(zai)(zai)眼(yan)鏡(jing)形態上(shang)，最小像(xiang)元(yuan)（1.5微(wei)米(mi)）分辨率(lv)(lv)為640×480的(de)高(gao)清微(wei)顯示(shi)屏，已全屏點亮(liang)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)完(wan)美集成(cheng)(cheng)在(zai)(zai)眼(yan)鏡(jing)里面。

我們嘗(chang)試做單片(pian)全(quan)彩(cai)，同時也認為，未(wei)來單片(pian)全(quan)彩(cai)肯定是(shi)剛(gang)需(xu)。學術界有(you)很(hen)(hen)多的科學家們還有(you)三星(xing)的研發(fa)機(ji)構做單片(pian)全(quan)彩(cai)的嘗(chang)試方(fang)(fang)案，有(you)用巨量(liang)轉移(yi)、層(ceng)轉移(yi)等的開發(fa)方(fang)(fang)案，也有(you)很(hen)(hen)多直(zhi)寫光刻(ke)膠集(ji)成方(fang)(fang)案，從報道來看，很(hen)(hen)多報道上可以做到5微米(mi)以下非常漂亮的像素(su)化(hua)、圖案化(hua)的色塊。但是(shi)真正要把它做在Micro-LED的芯(xin)片(pian)表面上，還是(shi)有(you)一些問題和考驗。這方(fang)(fang)面，我們是(shi)采用量(liang)子點光刻(ke)堆疊。

我們前期(qi)開(kai)發的(de)(de)是(shi)4英寸(cun)的(de)(de)工藝，在(zai)(zai)做(zuo)完藍(lan)(lan)(lan)色的(de)(de)芯片(pian)上，通過光(guang)(guang)刻(ke)膠(jiao)做(zuo)光(guang)(guang)刻(ke)的(de)(de)像素(su)圖(tu)案(an)(an)化(hua)，實現RGB單片(pian)全彩(cai)。但這會有(you)藍(lan)(lan)(lan)光(guang)(guang)泄(xie)露的(de)(de)問題，可以把像素(su)做(zuo)上去(qu)，但是(shi)做(zuo)上去(qu)藍(lan)(lan)(lan)光(guang)(guang)泄(xie)露是(shi)客觀(guan)存在(zai)(zai)的(de)(de)事情(qing)。現在(zai)(zai)的(de)(de)方(fang)案(an)(an)是(shi)采用鈣(gai)鈦礦(kuang)量子點方(fang)案(an)(an)，因為它更容(rong)易去(qu)創造一(yi)些表面的(de)(de)化(hua)學鍵，在(zai)(zai)做(zuo)五微米或(huo)者以下(xia)更小尺寸(cun)的(de)(de)時候，界面的(de)(de)化(hua)學鍵作用會決(jue)定最后的(de)(de)良(liang)率，我們開(kai)發化(hua)學鍵的(de)(de)方(fang)案(an)(an)解決(jue)量子點自身的(de)(de)穩定性問題。

如果做10微(wei)米(mi)以(yi)上，光刻的(de)像素還(huan)是可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)(zheng)良率(lv)，但是10微(wei)米(mi)以(yi)下(xia)的(de)時候，由于界面(mian)(mian)接觸面(mian)(mian)積變小，在工藝(yi)的(de)過(guo)程中又有一(yi)些液體對(dui)它(ta)進(jin)行(xing)流動性的(de)撞擊，5微(wei)米(mi)以(yi)下(xia)很難保(bao)證(zheng)(zheng)良率(lv)，像素已(yi)經(jing)被(bei)洗掉了，我們開發(fa)一(yi)個(ge)表面(mian)(mian)的(de)界面(mian)(mian)鍵合，提供(gong)一(yi)個(ge)納米(mi)的(de)膠帶(dai)，粘住襯底(di)和像素，可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)(zheng)在5微(wei)米(mi)以(yi)下(xia)達到100%的(de)光刻集(ji)成良率(lv)。

我們和諾視(shi)主推垂直堆疊全彩方案(an)，這個類(lei)似集成電路(lu)的(de)解(jie)決方案(an)，通過(guo)之前的(de)單色(se)把藍色(se)基底和CMOS驅動進行一次鍵合(he)，現(xian)在(zai)把綠(lv)色(se)、紅色(se)三層分別鍵合(he)堆疊，預留好挖孔，讓光(guang)耦合(he)出來，現(xian)在(zai)實(shi)現(xian)了樣機，諾視(shi)也(ye)在(zai)湖州已經完成了產線的(de)通產。從實(shi)現(xian)RGB的(de)單片全彩效(xiao)果，可(ke)以(yi)看(kan)到通過(guo)組合(he)的(de)電流方式(shi)變(bian)化，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)非常(chang)大的(de)色(se)域光(guang)譜調控，紅、綠(lv)、藍相(xiang)關顏(yan)色(se)的(de)調控。

0.39的垂直堆疊(die)微顯示芯片，使用(yong)垂直堆疊(die)工藝來(lai)做，我(wo)們還在努力希望下一步突破(po)微小尺(chi)寸。最近三四年我(wo)們和諾(nuo)視科技主要合作，依托湖南大學(xue)實驗線平(ping)臺(tai)，這些可以(yi)小批量生產(chan)(chan)Micro-LED的平(ping)臺(tai)來(lai)共同完成。未來(lai)我(wo)們也期待Micro-LED可以(yi)盡早應用(yong)到車載(zai)顯示、可穿戴顯示產(chan)(chan)品上(shang)，希望能夠(gou)更(geng)快普及(ji)。