Micro-LED是未来显示技术最重要的发展方向之一，其全彩化技术是近年来国际学术界和产业界公认的难点。近日，厦门大学电子科学与技术学院半导体照明与显示实验室在Micro-LED全彩显示技术方面取得突破性进展，相关成果发表在国际期刊Advanced Materials（《先进材料》）上。

厦大团队在Micro-LED全彩显示技术方面取得突破

硅基全彩堆叠结构正在成为Micro LED的一条新技术路线。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。

当前，钙钛矿量子点因其在发光性能的诸多优势，在Micro-LED全彩显示领域具有巨大的应用潜力。然而，钙钛矿量子点的短板也很明显，尤其是红色发光的钙钛矿量子点，稳定性较之绿光钙钛矿量子点更差，亮度也更弱。为此探索新型量子点色转换技术，对于解决当前Micro-LED全彩显示技术难题、提升我国在Micro-LED显示产业的国际竞争力具有重要意义和价值。

针对当前难点，半导体照明与显示实验室提出了一种全新的策略，利用红色发光钙钛矿量子点（γ-CsPbI_3）包覆绿色钙钛矿量子点（CsPbBr_3），形成核壳结构，在两种量子点之间满足能量转移的条件，γ-CsPbI_3将CsPbBr_3的发光完全吸收。“由于CsPbBr_3向γ-CsPbI_3传递能量，因此γ-CsPbI_3会表现出CsPbBr_3的激发特性，可以调节该结构的最佳激发波长。该工作中，红色发光的双组分钙钛矿量子点最佳激发波长逐渐被调节至蓝光区域。在蓝光激发下，光致发光强度可以提升3倍以上，且蓝光激发量子产率接近100%，稳定性也得到显著提升。”厦门大学电子科学与技术学院陈忠教授说。

据了解，在红光量子点最佳激发波长调节至蓝光区域后，研究人员将该双组分量子点应用于蓝光Micro-LED色转换层中。借助玻璃微孔阵列作为载体，沉积出的量子点阵列与Micro-LED阵列相对应，实现了很好的色转换性能，显示色域可达到135.9%的NTSC标准。

这项研究将非辐射能量传递机制与Micro-LED色转换技术相结合，从性能提升、工艺精简方面“双管齐下”，突破当前Micro-LED红光色转换技术瓶颈，以更低成本实现了高质量Micro-LED全彩显示效果，有助于解决产业技术难题，推动我国Micro-LED全彩显示技术的产业化发展。

Micro LED 的全彩化方案：RGB LED、透镜合成和色彩转换

Micro LED 的全彩化一直是从业人员的研究重点之一，总的来讲，Micro LED 的全彩化方案主要有 RGB LED、透镜合成和色彩转换三种方法。

RGB LED 方案因为要转移三种不同颜色的 LED，非常考验巨量转移的效率和良率。

透镜光学合成法是指通过光学棱镜（Trichroic Prism）将 RGB 三色 micro LED 合成全彩色显示。具体方法是是将每个基色的 micro LED 阵列分别封装在三块封装板上，并连接一块控制板与一个三色棱镜。之后可通过驱动面板来传输图片信号，调整三色 micro LED 阵列的亮度以实现彩色化，并加上光学投影镜头实现微投影，相比 RGB LED，该方案只需要将 RGB LED 芯片分别转移，转移难度大大降低，但该系统光路复杂，很难与手机、可穿戴设备等集成，只适用于投影显示，因此领域领域较窄。

色彩转换法，就是基于量子点的 Micro LED 方案，即将量子点作为色转换介质，采用蓝光或紫外 LED 激发，实现 Micro LED 全彩显示，该方案可在单芯片上实现 RGB 全彩显示，因而受到科研机构和行业巨头的广泛关注。三星、海信等曾相继发布 QLED 电视，但只是将量子点应用于屏幕之后，即作为 LCD 的背光应用，这是因为，量子点本身不耐热、不耐氧、且在高功率的蓝光辐射下衰退严重，因而量子点的应用条件极为苛刻，需要对其做很好的防护。在屏幕前方应用量子点作为转换介质，通常采用旋转涂布、雾状喷涂等技术将量子点涂覆于蓝光 LED 上，再进行封装以隔绝水氧，但这种方案存在的主要问题是，颜色之间的相互影响和蓝光泄漏的问题。

头部厂商和高校科研机构争相布局硅基全彩堆叠结构

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。

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。

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。

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。

文章来源： ​高工LED，雪球，东南网