硅基全彩堆疊結構正在成為Micro LED的一條新技術路線。
在年初的ISE 2023展會上，首爾偉傲世就展示了基于WICOP Pixel技術的Micro LED顯示屏，成功將Micro LED顯示屏的亮度提高到4000nits。
據相關介紹，首爾偉傲世的所謂WICOP Pixel是一種全彩單芯片顯示技術，其特點是無需引線、封裝與透鏡結構，并通過垂直堆疊的方式放置紅、綠和藍光三顆Micro LED芯片。
近兩年來，如何破解Micro LED巨量轉移良率、基板、驅動以及后期檢測返修、成本和紅光效率低下等諸多技術瓶頸已經成為Micro LED產業化進程中的關鍵難題。
高工LED注意到，不僅是首爾偉傲世，包括諾視科技、美國硅谷公司Sundiode Inc、韓國公司Youngwoo DSP以及清華大學、武漢大學、麻省理工學院等企業和高校科研機構都在布局研發垂直堆疊結構Micro LED技術路線，以求在工藝技術尚未迭代的情況下，加快Micro LED進入產業化大道。
高工LED在調研中了解到，目前垂直堆疊結構Micro LED主要應用于中小尺寸AR/VR、車載顯示以及智能手表等領域。
爭相布局新技術路線
超高清顯示目標下，Micro LED憑借低能耗、高亮度、高對比度及高可靠性的特性，滿足了各種像素密度和各種尺寸顯示的需求，正在成為推動顯示技術變革變革和構建新型顯示產業格局的重要支撐。
高工產研LED研究所(GGII)預測，到2025年，全球Micro LED市場規模將超過35億美元。2027年全球Micro LED市場規模有望突破100億美元大關。
巨大的市場之下，如何加快Micro LED的量產應用步伐正成為產業鏈和學術界關注的焦點之一。
堆疊結構Micro LED技術或可成為Micro LED加速走出“實驗室”，邁向更大規模的產業化應用的途徑之一。
2022年12月，諾視科技宣布成功點亮0.39英寸XGA Micro LED微顯示屏，標志著該公司的WLVSP(Wafer Level Vertically Stacked Pixels，晶圓級垂直堆疊像素)技術方案取得重大突破。
據高工LED了解，諾視科技自主研發的VSP技術，通過多層材料在垂直方向進行堆疊，實現了像素的小型化，并且可以通過堆疊使紅光的發光亮度得以提升，從根本上解決Micro LED領域主要的技術難點。
目前性能和成本依然是Micro LED大規模量產應用的關鍵障礙。一方面從產品性能角度來看，由于尺寸效應影響，Micro LED在小尺寸下發光效率低，全彩顯示中的紅光部分尤為突出；另一方面受制于藍寶石路線晶圓尺寸、翹曲等因素影響Micro LED芯片良率較低，因此成本和產能都難以滿足市場預期。
諾視科技基于硅基襯底方案，融合Micro LED以及集成電路領域較為成熟的堆疊技術，打通了行業壁壘，實現兩種技術路線在芯片產品層面技術方案的統一。
此前，韓國KAIST的研究團隊也是在Si-CMOS顯示驅動電路板上，通過3D堆疊方式集成紅色Micro LED。
該方法首先通過晶圓鍵合將Micro LED薄膜層轉移到Si-CMOS電路板上，然后通過光刻工藝生成像素。之后，研究團隊通過從上到下(Top-down)的連續半導體工藝，在Si-CMOS電路板上成功開發了高分辨率顯示器。
事實上，針對堆疊結構Micro LED的研發已持續數年。2021年，清華大學電子工程系盛興研究組就開發了一種基于疊層式紅、綠、藍三色(RGB)微型發光二極管(Micro LED)的器件陣列設計，可用于全彩色照明和顯示。
韓國廠商Youngwoo DSP也在2021年被韓國貿易工業和能源部選中負責一項國家項目，該項目將開發基于超小RGB堆疊層的新型Micro LED制造技術。
美國硅谷公司Sundiode Inc在2021年也展示了一個全彩Micro LED微顯示器，由堆疊式RGB Micro LED像素陣列組成，采用主動矩陣硅基CMOS背板驅動技術。
堆疊結構Micro LED難題待解
2021年2月，美國專利商標局公布蘋果獲得一項Micro LED相關專利，即"堆疊混合Micro LED像素結構"。
這也將堆疊結構Micro LED再次推入行業視野內。
高工LED在近日的巡回調研中了解到，目前業內對于硅基堆疊結構Micro LED已經有多家廠商開始跟進初步的技術探索。
“堆疊結構能夠顯著提升分辨率，在提高器件發光性能的同時也降低了對加工精度的要求，有效提升了Micro LED的良率。”有封裝頭部廠商的技術負責人告訴高工LED，目前這項技術基本還處于研發實驗室階段，離量產還比較遠。
此前相關的研究資料也表明，堆疊結構Micro LED意味著三種顏色的光將從顯示器的不同高度發射出來，會導致光學設計復雜化，同時也對LED之間的間距精準度及結構中不同層的對準精度提出了更高的要求。
同時，堆疊式Micro LED RGB三種芯片產生的顏色干擾、微小像素的發光效率低、紅光材料的適配性和效率等都是未來量產應用時所要解決的問題。
此外，堆疊結構Micro LED更加適配硅襯底，而目前藍寶石襯底是主流。硅襯底的大規模應用還存在著成本、良率等方面的關鍵問題。
但隨著頭部廠商和高校科研機構在堆疊結構Micro LED領域的研發進展，有望為Micro LED在中小尺寸領域的應用打開新的路徑。
