未来新型显示形态会进入到交互式、可穿戴式的新生态，新型显示将直接贴近人眼的呈现方式。Micro-LED是尺寸微缩百倍之后的微型发光器件，针对未来可穿戴显示设备应用，实现“小而亮、彩而清”是行业技术难题。

Micro-LED单片全彩技术有几个层次的技术挑战：高光效方面，需要衬底的发光芯片具有高的转化效率，目前绿色的转化率比较优良，红色是面临材料自身的瓶颈问题，蓝色可以用，但是三色最终理想是达到效率的均衡，目前还存在一定挑战。广色域方面，如果用纯无机、氮化镓等体系，发光峰较宽，需要量子点的调整方案和色转化层进行颜色的过滤或者提升。超高亮度方面，AR眼镜形态上也是透明显示，它的光耦合效率到人眼里面，转化比率大概1%、2%，高一点达到5%、10%，对于显示亮度的需求至少是百万尼特起步。

针对这些问题，我们团队自身聚焦在材料、工艺方面的突破，也有与诺视合作开展工艺和产线上的研发。

首先来看高性能硅基Micro-LED芯片工艺。高性能的硅基微显示芯片，巨量转移往往使用蓝宝石作为衬底，外延氮化镓作为发光层。硅是集成电路里面非常宝贵的基石，我们所采用的是硅基的氮化镓外延体系，从制造的工艺来讲，这个外延早期的时候遇到瓶颈问题，要把两个材料长在一起非常困难。经过几年发展，以及我们跟晶能合作，目前针对8英寸/12英寸，解决了硅基氮化镓的外延。选择硅，是因为它的大尺寸工艺非常成熟，能够解决成本问题。例如，在同样的芯片标准尺寸上，如果采用6英寸的衬底，会比4英寸的芯片有效利用效率提高20%-40%，成本也能大大降低。

我们在实验室开发了一套原位外延和监测表征系统，这个系统可以生长一些三维等混合的半导体相关材料。外延工艺遇到一些挑战，包括晶向控制、应力工程，要保持均一性，还有温场控制，目前已经解决了8英寸/12英寸，可以达到较好的良率。有了较好的硅基氮化镓衬底，开发单侧的微显示芯片，晶圆采购过来之后通过光刻方法开发技术，4英寸硅基工艺是完全驱动的，在做好的基础上做刻蚀，这样没有对准的过程，叫非对准工艺，能降低工艺难度。

底部是CMOS驱动，是一个单独独立控制的驱动电机，上面采用混合点极，用ITO和混合金属共同来实现，它要解决电流的均匀扩散的问题，如果在0.39、0.6的微显示的面积里面要保证电流的均匀性，这个均匀性会影响芯片中间的发光亮度和边缘发光亮度的差异化问题，这样的混合电极也是非常必要的，要解决的ITO和氮化镓界面的接触问题，如果电阻过大电流效应、热效应非常显著。

我们也做了相关热效应测试。如果没有做合适的混合电极，在工作一段时间之后，温度很快会到100多度，如果是良好的电极接触还可以保持它在适温的状态，这就是高效的电流转化过程，没有过度的热积累，这样的芯片衬底能保证后面做单片全彩的相关技术。

外延的过程，发光单元要有图案化的处理，这是属于光学的耦合方案，通过纳米草丛、光学纳米结构的设计，想办法让光效从上面的天窗出口耦合出来，侧壁要做好钝化层。单侧显示目前的效率，蓝色是7%左右，绿色现在可以达到10%，红色可以有突破1%。去年我们公布的一个成果是，突破了小尺寸Micro-LED出光效率瓶颈，实现了单器件尺寸1.5μm，像素密度超过10000PPI，最高亮度可达1000万nits Micro-LED阵列。这是与硅基CMOS做的大规模集成，在0.1英寸面积上，实现百万个IC驱动互联的MicroLED有效集成，良率高达96%以上。单片0.39英寸高清微显示屏可以动态展示一些图像，分辨率是1024×768。现在，我们更多聚焦在眼镜形态上，最小像元（1.5微米）分辨率为640×480的高清微显示屏，已全屏点亮，可以完美集成在眼镜里面。

我们尝试做单片全彩，同时也认为，未来单片全彩肯定是刚需。学术界有很多的科学家们还有三星的研发机构做单片全彩的尝试方案，有用巨量转移、层转移等的开发方案，也有很多直写光刻胶集成方案，从报道来看，很多报道上可以做到5微米以下非常漂亮的像素化、图案化的色块。但是真正要把它做在Micro-LED的芯片表面上，还是有一些问题和考验。这方面，我们是采用量子点光刻堆叠。

我们前期开发的是4英寸的工艺，在做完蓝色的芯片上，通过光刻胶做光刻的像素图案化，实现RGB单片全彩。但这会有蓝光泄露的问题，可以把像素做上去，但是做上去蓝光泄露是客观存在的事情。现在的方案是采用钙钛矿量子点方案，因为它更容易去创造一些表面的化学键，在做五微米或者以下更小尺寸的时候，界面的化学键作用会决定最后的良率，我们开发化学键的方案解决量子点自身的稳定性问题。

如果做10微米以上，光刻的像素还是可以保证良率，但是10微米以下的时候，由于界面接触面积变小，在工艺的过程中又有一些液体对它进行流动性的撞击，5微米以下很难保证良率，像素已经被洗掉了，我们开发一个表面的界面键合，提供一个纳米的胶带，粘住衬底和像素，可以保证在5微米以下达到100%的光刻集成良率。

我们和诺视主推垂直堆叠全彩方案，这个类似集成电路的解决方案，通过之前的单色把蓝色基底和CMOS驱动进行一次键合，现在把绿色、红色三层分别键合堆叠，预留好挖孔，让光耦合出来，现在实现了样机，诺视也在湖州已经完成了产线的通产。从实现RGB的单片全彩效果，可以看到通过组合的电流方式变化，可以实现非常大的色域光谱调控，红、绿、蓝相关颜色的调控。

0.39的垂直堆叠微显示芯片，使用垂直堆叠工艺来做，我们还在努力希望下一步突破微小尺寸。最近三四年我们和诺视科技主要合作，依托湖南大学实验线平台，这些可以小批量生产Micro-LED的平台来共同完成。未来我们也期待Micro-LED可以尽早应用到车载显示、可穿戴显示产品上，希望能够更快普及。