Micro LED技術(shù)雖可應(yīng)用在AR、VR、智能手表為代表的小尺寸可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，但目前實(shí)際應(yīng)用案列少之又少。以AR眼鏡為例，據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年應(yīng)用Micro LED技術(shù)眼鏡僅有3款，分別是李未可的Meta Lens、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，但Micro LED微顯示應(yīng)用之路并不順暢。歸根到底，問題仍是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無法在微顯示領(lǐng)域大規(guī)模應(yīng)用。

盡管如此，對于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)，在全彩疊層結(jié)構(gòu)Micro LED（Stacked RGB Micro LED）方面的研究有新突破。未來，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)開發(fā)了全彩垂直疊層結(jié)構(gòu)的Micro LED，分辨率高達(dá)5100PPI，尺寸僅為4μm，號稱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（圖片來源：麻省理工）

該研究成果進(jìn)一步推動了疊層式結(jié)構(gòu)Micro LED的發(fā)展應(yīng)用，也再度引起了LED行業(yè)對這一技術(shù)方案的關(guān)注。

具體來看，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芯片所形成的單個像素，疊層排列方案的應(yīng)用可在縮小顯示模組尺寸的同時，提高M(jìn)icro LED顯示器的畫質(zhì)與生產(chǎn)效率。

詳細(xì)來說，疊層結(jié)構(gòu)使單個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，從而滿足微顯示設(shè)備對小尺寸、高清分辨率顯示模組的應(yīng)用需求。

在生產(chǎn)方面，由于疊層式結(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，陸續(xù)有國內(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，推動該技術(shù)持續(xù)進(jìn)步。

疊層式Micro LED研究獲重視，國內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研齊發(fā)力

據(jù)LEDinside不完全統(tǒng)計，首爾偉傲世、Lumens、Sundiode、諾視科技等國內(nèi)外LED企業(yè)，以及國內(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WICOP Pixel全彩單芯片顯示技術(shù)，其特點(diǎn)是無需引線、封裝與透鏡結(jié)構(gòu)，并通過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)工序減少到三分之一，并提高了Micro LED的良率，降低了制造成本，同時還把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)

今年2月，首爾偉傲世展示了基于 WICOP Pixel技術(shù)的Micro LED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LED開發(fā)商Lumens宣布，已開發(fā)用于Micro LED生產(chǎn)的RGB外延片Monolithic，單個外延片產(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、綠光相同的氮化銦鎵材料，更易于疊層式芯片的加工與生產(chǎn)。

RGB外延片Monolithic（Lumens）

Sundiode

2021年4月，美國Micro LED微顯示公司Sundiode公布了其專有的堆疊式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，采用主動矩陣硅基CMOS背板驅(qū)動技術(shù)，Micro LED芯片尺寸為100μm，顯示器尺寸為15.4mm×8.6mm，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)開發(fā)商Soft-Epi，共同實(shí)現(xiàn)在單個藍(lán)寶石晶圓上生長單片全I(xiàn)nGaN 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，國內(nèi)Micro LED技術(shù)開發(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，晶圓級垂直堆疊像素）技術(shù)方案開發(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)電子工程系研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于疊層式紅、綠、藍(lán)三色（RGB）的Micro LED器件陣列設(shè)計。

堆疊RGB Micro LED陣列的示意圖和實(shí)物圖（清華大學(xué)）

通過外延剝離和轉(zhuǎn)移印刷的方法，將基于不同無機(jī)III-V族單晶半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的薄膜式Micro LED，包括銦鎵磷基（InGaP）紅光LED、銦鎵氮基（InGaN）綠光和藍(lán)光LED（尺寸~100μm²，厚度~5μm）異質(zhì)集成，形成垂直堆疊結(jié)構(gòu)。同時，通過設(shè)計具有波長選擇透過的光學(xué)薄膜作為Micro LED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，在同等器件尺寸下，疊層結(jié)構(gòu)比并排結(jié)構(gòu)可將顯示分辨率提升三倍，不僅提高了器件的發(fā)光性能，也降低了制備過程中對加工精度的要求。

Youngwoo DSP

2021年，韓國半導(dǎo)體設(shè)備廠Youngwoo DSP獲得政府項(xiàng)目，負(fù)責(zé)開發(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)移的對準(zhǔn)精度、提升像素點(diǎn)密度，同時還能節(jié)省制造時間、降低成本。產(chǎn)品可應(yīng)用到智能手表、汽車以及AR設(shè)備等。

KAIST

2020年，韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的研究團(tuán)隊(duì)開發(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有源層堆疊在3D空間之后使用半導(dǎo)體圖案化工藝，并通過具有濾光片特性的絕緣膜，消除紅、藍(lán)光色干擾。最終，顯示器擁有每英寸超過6萬像素的高分辨率。

總結(jié)

可以看到，近年來，通過對疊層式結(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，推動了全彩高清Micro LED微顯示器的發(fā)展。

面對Micro LED現(xiàn)存的關(guān)鍵技術(shù)問題，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)有問題的同時，疊層式Micro LED方案也帶來了新的技術(shù)難題。

Micro LED技術(shù)廠商Porotech曾指出，疊層式結(jié)構(gòu)意味著三種顏色的光將從顯示器的不同高度射出，會導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計的復(fù)雜化，同時也對LED之間的間距精準(zhǔn)度及結(jié)構(gòu)中不同層的對準(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)用時所要面臨的問題。

TrendForce集邦咨詢分析師則表示，疊層式Micro LED芯片技術(shù)目前均處在開發(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M(fèi)icro LED在AR/VR等領(lǐng)域的發(fā)展。

因此，相信未來對于疊層式Micro LED技術(shù)的研究不會停止。隨著蘋果、三星等終端龍頭企業(yè)在Micro LED技術(shù)上持續(xù)加碼布局，包含疊層式結(jié)構(gòu)在內(nèi)的Micro LED技術(shù)方案研究或被迅速推進(jìn)，成為探索Micro LED商業(yè)化路上的重要一環(huán)。（文：LEDinside Irving）