2022年4月29日，由虛擬現實制造業技術創新戰略聯盟主辦、南昌虛擬現實研究院股份有限公司承辦、江西省工業和信息化廳與南昌市人民政府擔任指導單位的“虛擬現實制造業技術創新戰略聯盟（VRMTA?）2022年度工作會議暨VR產業創新高峰論壇”在江西南昌圓滿落幕。

晶能光電副總裁付羿在高峰論壇上發表了以《硅襯底Micro-LED技術在VR/AR領域的應用和產業化》為題的主旨演講，詳細介紹了Micro-LED技術的發展現狀以及晶能光電在Micro-LED領域的技術布局與成果。

以下為演講全文：

各位院士，各位老師，各位領導，各位來賓下午好。今天我報道的題目是《硅襯底Micro-LED技術在VR/AR領域的應用和產業化》。

VR/AR設備是繼智能手機之后的下一代移動計算平臺。它會帶來更大的信息帶寬，無與倫比的沉浸感與交互感，也將帶來萬億級規模的市場。自2012年Google發布第一代Google Glass以來，VR/AR技術特別是VR技術，已經經歷了技術孕育期、期望峰值期、泡沫破滅點，現在處于一個穩步上升的發展階段。2021年全球VR AR的總產值已經實際達到1792億元，同年全球VR/AR的頭顯出貨規模達到約350億元人民幣。

▲晶能光電副總裁 付羿

近眼顯示光源是VR/AR頭顯設備中的一個核心組件。最近幾年不管是學術界還是產業界，對Micro-LED技術在近眼顯示中的優勢做了很多的宣導。通過對比，我們可以看到Micro-LED相比其他的顯示方案，在各項指標上都占有比較明顯優勢。

雖然在技術成熟度和成本方面還有所欠缺，國際上幾家較大的風向標級公司在Micro-LED顯示技術上均有層出不窮的布局與并購。

最近的并購案例是一個多月前，Google花費了約10億美元收購了硅谷Micro-LED初創公司Raxium。在我們國內，也有很多企業在深度布局Micro-LED顯示技術，其中不僅包括了傳統的LED制造企業，也包括了很多消費電子領域以及顯示產品領域的龍頭企業。

Micro-LED的專利布局也印證了賽道競爭的火爆程度。從已經取得了專利授權來看，蘋果公司處于領先地位；但是從新申請的專利數量來看，三星、京東方與LG都非常活躍。

接下來，我們來看一下Micro-LED在VR/AR中的實際滲透率和關鍵挑戰。

此表中是近幾年和目前市場上一些比較主流的VR/AR產品，這些產品所采用的主流顯示光源還是LCD、LCoS與Micro-OLED，真正采用Micro-LED顯示方案的產品非常少，而且多為概念型產品。由此我們可以看到，整個Micro-LED的概念非常火爆，但是它的火爆程度與實際滲透率之間存在一個非常巨大的反差。

對顯示來說，最基本的要求是能夠真實準確的還原事物的色彩。其他顯示方案比如LCD、LCoS、LBS與Micro-OLED都能合格甚至比較好的實現高對比度、廣色域、高色純度，得到較好的顯示效果。但是目前Micro-LED在近眼顯示領域主要缺陷是紅光效率嚴重不足，不能實現全彩的高亮顯示。

從 RGB的三色圖來看，Micro-LED紅光量很低的，這也是目前采用Micro-LED的AR眼鏡大多為單綠色顯示的原因。正是這樣一個致命的缺陷，成為了Micro-LED的實際滲透率極低的根本原因。

當Micro-LED用于近眼顯示的時候，其芯片尺寸至少要小于5微米，但在這么小的芯片尺寸下，傳統紅光材料AlGaInP載流子擴散長度大，芯片邊緣非輻射復合速率快，材料脆且Micro-LED工藝窗口狹窄，側壁的損傷比較嚴重，所以發光效率是很低的，EQE低于5%，不足以支撐高亮的全彩顯示。

目前，為了解決Micro-LED紅光亮度不足的問題，有三種解決方案。

第一種是優化Micro-LED芯片設計和制程，主要是優化側壁減少側壁效應，來增加Micro-LED的紅光光效。

第二種是開發InGaN基紅光材料。這種材料有潛在的優勢，也存在著一系列挑戰。首先是高質量、高In組分的InGaN結構生長面臨基礎材料物理問題，其次公開報道的5微米InGaN基紅光Micro-LED的EQE目前只有約1%，最后紅光InGaN基LED發光半高寬(FWHM)大于50納米、波長漂移嚴重。

目前整個學術界、產業界都在花很大的精力來對InGaN紅光材料技術進行開發，出現了一些比較新的概念和技術，例如多孔GaN襯底等。我們相信不久的將來，在這個技術方向上會誕生較大的突破。

第三種實現Micro-LED紅光的技術方案就是藍光Micro-LED加上量子點熒光粉，這個方案看起來是最簡單直接的，但自身也存在問題。此方案比較容易實現單片全彩顯示，需要解決的挑戰在于高分辨率高精度的QD熒光粉如何打印，還有光刻和涂布在Micro-LED陣列上的工藝需要突破。實現工藝突破后，此方案才能夠實現防漏藍、串色，帶來較好的顯示效果。

此外，QD熒光粉的可靠性也需要進一步探討。QD熒光粉加Micro-LED的方案，對藍光Micro-LED的EQE要求也較高，最終才能讓紅光的亮度達到可以滿足應用要求的水平。

Micro-LED在VR/AR中的應用還有一些其他的技術難點，比如說大尺寸外延的一致性，外延表面潔凈度，壞點控制與修復技術，亮度不均勻性的矯正技術等等。因此要真正實現Micro-LED顯示技術在VR/AR領域的規模應用，我們必須針對這些關鍵挑戰與技術難點提供完善的工程化解決方案。

第二部分我向各位匯報一下硅襯底GaN技術在Micro-LED產業化中的意義。

Micro-LED的發展路徑大致可以分成三個階段：

單色濾光的工程產品出現，標志著初始制程階段已經完成。

目前大家正處于關鍵技術開發階段的上半場，需要實現高亮度的紅光Micro-LED、單片全彩顯示方案，還同時要實現高色域和8K分辨率的Micro-LED陣列。

在第三階段，我們需要對Micro-LED的成本和良率進行比較好的控制。普通的LED制造商過去處理的都是毫米級芯片，要實現微米級Micro-LED生產管控的確有較大的挑戰。但是在這個階段，我們完全可以借助于比較成熟的硅IC工藝制程。比如說28納米硅IC工藝，已經能實現高良率12英寸硅晶圓制程，晶體管密度大于800萬每平方毫米，可以輕松的向下兼容芯片密度小于100萬每平方毫米的微米級Micro-LED工藝。

從整個Micro-LED的發展與產業全鏈條來看，可以和IC工藝高度兼容的大尺寸硅襯底GaN技術無疑是最佳選擇，國際上這一領域也有一些實際的動向，早先法國的Aledia已經在12英寸硅晶圓上嘗試生產硅襯底納米線Micro-LED工藝。所以說，Micro-LED和硅工藝相結合，是目前產業中的一個趨勢。

這張表提供了硅襯底Micro-LED技術與藍寶石襯底Micro-LED技術的詳細優劣比較。我們可以看到，硅襯底Micro-LED技術在襯底尺寸、成本、生產良率、關鍵工藝的可靠性等方面的確有比較明顯的優勢。

晶能光電位于江西南昌市，是全球最大的硅襯底LED生產企業，有10余年的硅襯底LED全鏈條產業化技術積累，也有經過市場充分檢驗且具有競爭力的硅襯底LED產品。目前晶能光電以開發可產業化的Micro-LED技術為前提，實現了8英寸硅襯底LED紅綠藍外延片的生產，也能夠生產8微米的Micro-LED紅藍綠三色顯示模組。

在比較關鍵的紅光Micro-LED開發方面，晶能光電采用了兩條路線，第一條就是硅襯底上的InGaN紅光外延和Micro-LED器件的開發；第二條是與合作單位共同開發的InGaN藍光Micro-LED+QD色轉換。晶能光電將深度挖掘底層技術，盡可能早日拿出滿足下游應用要求的工程化解決方案。

最后，我想借一張圖，來聊一聊VR/AR設備的進化路徑。

從產品形態來看，VR/AR設備應該從目前較笨重的頭盔式產品，進化成較輕便、易于攜帶的眼鏡類產品。從產品功能來看，VR/AR設備會從目前只能顯示簡單信息或者只是作為電腦、手機的顯示外設的狀態，進化成為真正具有獨立運算能力的移動信息平臺。

在這一進化過程中，無論是菲涅爾透鏡、Pancake短焦還是BD、自由曲面等體積較大的光學方案，最終可能都將統一成體積較小的光波導光學方案。

如果全彩、高亮度的Micro-LED光源開發得到突破了，搭配光波導后將會成為最佳的近眼顯示光引擎。在晶能光電看來，Micro-LED顯示在VR/AR產業中的應用前景可以簡單的用8個字來概括，就是“道路曲折，前景光明”。