Micro LED新技术路线——全彩堆叠结构

硅基全彩堆叠结构正在成为Micro LED的一条新技术路线。

在年初的ISE 2023展会上，首尔伟傲世就展示了基于WICOP Pixel技术的Micro LED显示屏，成功将MicroLED显示屏的亮度提高到4000nits。

据相关介绍， 首尔伟傲世的所谓WICOP Pixel是一种全彩单芯片显示技术，其特点是无需引线、封装与透镜结构，并通过垂直堆叠的方式放置红、绿和蓝光三颗Micro LED芯片。

近两年来，如何破解MicroLED巨量转移良率、基板、 驱动以及后期检测返修、成本和红光效率低下等诸多技术瓶颈已经成为Micro LED产业化进程中的关键难题。

高工LED注意到，不仅是首尔伟傲世，包括诺视科技、美国硅谷公司Sundiode Inc、韩国公司YoungwooDSP以及清华大学、武汉大学、麻省理工学院等企业和高校科研机构都在布局研发垂直堆叠结构Micro LED技术路线，以求在工艺技术尚未迭代的情况下，加快Micro LED进入产业化大道。

高工LED在调研中了解到，目前垂直堆叠结构Micro LED主要应用于中小尺寸AR/VR、车载显示以及智能手表等领域。

争相布局新技术路线

超高清显示目标下，Micro LED凭借低能耗、高亮度、高对比度及高可靠性的特性，满足了各种像素密度和各种尺寸显示的需求，正在成为推动显示技术变革变革和构建新型显示产业格局的重要支撑。

高工产研LED研究所（GGII）预测，到2025年，全球Micro LED市场规模将超过35亿美元。2027年全球Micro LED市场规模有望突破100亿美元大关。

巨大的市场之下，如何加快Micro LED的量产应用步伐正成为产业链和学术界关注的焦点之一。

堆叠结构Micro LED技术或可成为Micro LED加速走出“实验室”，迈向更大规模的产业化应用的途径之一。

2022年12月，诺视科技宣布成功点亮0.39英寸XGA Micro LED微显示屏，标志着该公司的WLVSP（Wafer Level Vertically Stacked Pixels，晶圆级垂直堆叠像素）技术方案取得重大突破。   据高工LED了解，诺视科技自主研发的VSP技术，通过多层材料在垂直方向进行堆叠，实现了像素的小型化，并且可以通过堆叠使红光的发光亮度得以提升，从根本上解决Micro LED领域主要的技术难点。

目前性能和成本依然是Micro LED大规模量产应用的关键障碍。一方面从产品性能角度来看，由于尺寸效应影响，Micro LED在小尺寸下发光效率低，全彩显示中的红光部分尤为突出；另一方面受制于蓝宝石路线晶圆尺寸、翘曲等因素影响Micro LED芯片良率较低，因此成本和产能都难以满足市场预期。

诺视科技基于硅基衬底方案，融合Micro LED以及集成电路领域较为成熟的堆叠技术，打通了行业壁垒，实现两种技术路线在芯片产品层面技术方案的统一。

此前，韩国KAIST的研究团队也是在Si-CMOS显示驱动电路板上，通过3D堆叠方式集成红色Micro LED。

该方法首先通过晶圆键合将Micro LED薄膜层转移到Si-CMOS电路板上，然后通过光刻工艺生成像素。之后，研究团队通过从上到下（Top-down）的连续半导体工艺，在 Si-CMOS电路板上成功开发了高分辨率显示器。

事实上，针对堆叠结构Micro LED的研发已持续数年。2021年，清华大学电子工程系盛兴研究组就开发了一种基于叠层式红、绿、蓝三色（RGB）微型发光二极管（Micro LED）的器件阵列设计，可用于全彩色照明和显示。

韩国厂商Youngwoo DSP也在2021年被韩国贸易工业和能源部选中负责一项国家项目，该项目将开发基于超小RGB堆叠层的新型Micro LED制造技术。

美国硅谷公司Sundiode Inc在2021年也展示了一个全彩Micro LED微显示器，由堆叠式RGB Micro LED像素阵列组成，采用主动矩阵硅基CMOS背板驱动技术。

堆叠结构Micro LED难题待解

2021年2月，美国专利商标局公布苹果获得一项Micro LED相关专利，即"堆叠混合Micro LED像素结构"。

这也将堆叠结构Micro LED再次推入行业视野内。

高工LED在近日的巡回调研中了解到，目前业内对于硅基堆叠结构Micro LED已经有多家厂商开始跟进初步的技术探索。

“堆叠结构能够显著提升分辨率，在提高器件发光性能的同时也降低了对加工精度的要求，有效提升了Micro LED的良率。”有封装头部厂商的技术负责人告诉高工LED，目前这项技术基本还处于研发实验室阶段，离量产还比较远。

此前相关的研究资料也表明，堆叠结构Micro LED意味着三种颜色的光将从显示器的不同高度发射出来，会导致光学设计复杂化，同时也对LED之间的间距精准度及结构中不同层的对准精度提出了更高的要求。

同时，堆叠式Micro LED RGB 三种芯片产生的颜色干扰、微小像素的发光效率低、红光材料的适配性和效率等都是未来量产应用时所要解决的问题。

此外，堆叠结构Micro LED更加适配硅衬底，而目前蓝宝石衬底是主流。硅衬底的大规模应用还存在着成本、良率等方面的关键问题。

但随着头部厂商和高校科研机构在堆叠结构Micro LED领域的研发进展，有望为Micro LED在中小尺寸领域的应用打开新的路径。

编辑：黄飞