用于AR眼镜的MicroLED 显示模块

新技术初创公司 MICLEDI Microdisplays（来自比利时 IMEC）的成立是为了响应人们对增强现实 (AR) 眼镜显示系统日益增长的兴趣。为了满足新兴技术的技术挑战，MICLEDI 仍然专注于微型显示模块，这是 AR 的关键任务组件之一。

与用于移动计算和电视显示器的 OLED 一样，将光源和像素合并到一个简化的显示子系统中，可以为 AR 眼镜提供解决方案，解决当前可用系统的外形、设计和可穿戴性问题。

资料来源：MICLEDI Microdisplays

MicroLED 解决方案最重要的价值之一是亮度。其他方法（OLED、LCOS、DLP 等）的亮度对于在自然阳光下户外使用的透明透镜显示器而言太低。MicroLED显示器可以产生 100 万至 1000 万尼特，这可以在明亮的阳光下在清晰的镜头上创建充满活力且清晰可见的全彩色图像。

消费者不想看起来像 Darth Vader 戴着未来的数字显示“耳机”。他们需要时尚、迷人且舒适的眼镜，可以全天佩戴，内外兼修。他们希望 AR 眼镜可以作为无数移动消费计算、通信和图像捕捉设备（包括手机、手表、平板电脑、相机、无人机和其他便携式设备）的组合数字显示器。增强现实眼镜正逐渐从用于工业、企业和军事市场的笨重和昂贵的产品转向轻便、低功耗和价格敏感的消费类产品。

要实现这种演变，视觉性能是关键。行业领导者在AR眼镜系统拓扑的前端和后端方面取得了重大进展。前端包括 AR 眼镜生态系统的电源/无线/视频管道部分。后端包括系统的光学部分，它接收来自显示模块的光，并通过光学组合器/波导技术将来自发射器的图像投射到视网膜上。中间的部分是存在剩余挑战的地方。

选择的技术

许多公司都押注 microLED 显示器来解决这一中间挑战。近年来已经展示了令人印象深刻的 microLED 原型。一些目标规格以及批量生产仍然构成挑战。MICLEDI 推出了带有背板集成的 MicroLED工艺流程，使用标准量产设备在 300mm CMOS 生产线中实现。概念验证是通过与当今批量生产的 3D 堆叠背照式成像器类似的集成方案实现的。

资料来源：MILEDI Microdisplay

与其他微显示技术相比，MicroLED 显示模块的主要区别在于分辨率和亮度。其他参数，例如功率预算、图像质量、产量和成本，也会影响集成方法。

用于基于波导的 AR 眼镜的MicroLED 显示模块的亮度目标源自这样一个事实，即显示模块产生的光子只有 3% 或更少会到达眼睛，要么被投影光学器件和组合器/波导衰减，要么被浪费以适应人类双眼距离差异等因素。这意味着对于透明或透明镜片眼镜的户外使用，需要产生 1-1000 万尼特的“白光”，且功率预算与手机显示屏相似 (<1W)。非MicroLED光源的亮度限制不足以满足真正的透明镜片消费类 AR。

可制造性

采用基于MicroLED的微型显示器的最大障碍之一是显示模块的可制造性。300mm 晶圆制造是该解决方案的一个支持部分。该图说明了不同像素间距的显示尺寸，包括超出像素化有源区域的驱动器和接口电路，应用了关于高级节点（<45nm）中背板 ASIC 性能的基本假设。

对于仅 5µm 间距的 FHD 显示器，先进铸造厂中曝光工具的光罩尺寸的实际限制正在逼近。这将强烈影响可制造性和产量。为了取得适当的妥协，MICLEDI 为每种颜色设计并优化了MicroLED 面板：红色、绿色和蓝色。

资料来源：MICLEDI Microdisplays

另一个挑战是将MicroLED 显示模块集成到 ASIC 背板上。有许多不同的方法可以实现这一点，目前用于不同类型的显示器——OLED、LCOS 等。该图说明了不同的方法。MICLEDI 的论点是，前面板和背板的集成可以在独立的 300mm 制造流程中最好地实现，使用经过验证的专有混合晶圆到晶圆键合方法以及今天可用于演示的设备。

由于 300mm 晶圆中没有 LED 起始材料，如果有的话，晶圆应力、弯曲度和与背板 ASIC 晶圆间键合的平面度将面临重大挑战，因此有必要重构一流的epi 材料到 300mm 硅载体晶圆上，然后可以通过世界级 CMOS 工厂提供的制造工具进行处理。该图说明了通过将 100 至 200 毫米晶圆的外延芯片切割并重新填充到 300 毫米硅晶圆上来调整 GaN 外延晶圆的尺寸。图中还展示了随后制造的MicroLED晶圆，该晶圆已准备好通过专有工艺粘合到 CMOS ASIC 背板上。Epi 小芯片的间距是与所选背板设计和晶圆图对齐所需的间距的函数。

商业模式

在显示模块领域，MicroLED 制造商可以设计、制造和销售集成的前面板和背板作为集成模块。对于具有独特市场需求的大型 OEM，另一种选择是让 OEM 设计背板 ASIC，并将设计移植到兼容的晶圆厂，以便与前面板MicroLED集成。对于特别大且有能力的原始设备制造商来说，第三种选择可能是向他们许可MicroLED制造的独特元素，并使他们能够自己生产显示模块。

资料来源：MICLEDI Microdisplays

目前，用于军事、工业和企业解决方案的 AR耳机价格在 1,000 美元到 5,000 美元之间，甚至更高，市场采用仅限于利基应用。随着基于MicroLED 的显示模块的成本、尺寸、分辨率和功率进入满足消费者规格的领域，需求量将飙升至与手机和平板电脑相媲美的水平。

AR 眼镜系统拓扑中的三个元素中的每一个的业务模型都是相似的。在这个市场发展阶段，前端、后端和中间的专家提供高度专业化和优化的组件，原始设备制造商购买这些组件并将它们集成到他们独特的 AR 眼镜中。专业供应商设计、制造和销售 IC 以启用前端——无线/GPU/电源。其他专业供应商设计、制造和销售光学引擎和波导以服务于后端。第三组专业供应商，如 MICLEDI，设计、制造和销售显示模块。有一些原始设备制造商试图收购前、后、中专业公司以实现完全垂直整合的例子。普遍的市场动态仍然是分散的供应商提供一流的解决方案，

随着市场的不断发展，以及高产量、低成本方法的成熟，上述所有三种商业模式很可能都会存在，以适应适当的市场条件和商业实体的需求。

编辑：黄飞