圖2.封裝好的紅色，綠色和藍(lán)色有源矩陣microLED微顯示器。

這些首批的單色紅色，綠色和藍(lán)色微顯示器制備成了VGA格式，具有640像素×480像素的標(biāo)準(zhǔn)清晰度顯示分辨率。綠色和藍(lán)色microLED采用InGaN/GaN基材料制成，而AlInGaP/GaAs基材料則用于紅色microLED。所有這些LED都具有圓形幾何形狀，直徑僅為6μm，且它們形成20μm像素間距的微顯示器，這對(duì)應(yīng)于每英寸1,270像素的分辨率。在每個(gè)像素20μA的峰值電流情況下，該顯示器中的綠色LED的亮度可超過(guò)5×105尼特，這是現(xiàn)有基于OLED的自發(fā)光微顯示器的500倍以上。

為了構(gòu)建全彩色微顯示器，我們可以將三個(gè)單色microLED微顯示器與外部光學(xué)器件組合，例如交叉雙色（X-cube）棱鏡。雖然這種選擇似乎會(huì)導(dǎo)致整個(gè)顯示器的尺寸和體積增加，但情況不一定如此，因?yàn)槲覀兊募夹g(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的microLED微顯示器。

除了我們目前首先進(jìn)行的這種方法，我們正在考慮使用多次外延轉(zhuǎn)移工藝，這樣就能夠在同一驅(qū)動(dòng)IC基板上的不同層中，形成不同顏色的microLED陣列。如果我們要實(shí)現(xiàn)這種方式，我們期望使用比我們的單色顯示器更大的像素間距，因?yàn)榫哂胁煌伾膍icroLED陣列的像素將必須彼此相鄰地排列。另一個(gè)潛在的缺點(diǎn)是亮度會(huì)降低，因?yàn)楣饪赡鼙贿@種結(jié)構(gòu)所阻擋。

圖3.有源矩陣microLED微顯示器上的20μm間距像素陣列。

為了將我們的核心技術(shù)單色微顯示器商業(yè)化，我們正在尋求分布式的制造策略。我們從傳統(tǒng)的LED芯片制造商那里購(gòu)買我們制造microLED用的LED外延片。只要在外延晶圓與背板晶圓結(jié)合后可以成功地去除襯底，就可以使用具有不同襯底的外延晶圓來(lái)制造我們的顯示器。在大多數(shù)情況下，這可以通過(guò)對(duì)制造工藝進(jìn)行微小的改變就可以實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于背板，我們將驅(qū)動(dòng)器IC的設(shè)計(jì)外包給在該領(lǐng)域具有豐富專業(yè)知識(shí)的公司，而驅(qū)動(dòng)器IC背板晶圓的批量流片則通過(guò)代工廠服務(wù)在標(biāo)準(zhǔn)的8英寸CMOS線上進(jìn)行。我們使用4英寸LED外延片進(jìn)行演示。為了適應(yīng)它們的尺寸，我們將8英寸CMOS IC晶圓切割為4英寸，以便進(jìn)行后續(xù)器件工藝。這部分生產(chǎn)工藝是在我們的一個(gè)戰(zhàn)略合作伙伴所運(yùn)營(yíng)的試驗(yàn)工廠中完成的（見(jiàn)圖4）。請(qǐng)注意，通過(guò)切換到更大的LED外延片，可以輕松地將生產(chǎn)擴(kuò)展到大于4英寸直徑上。

圖4. 采用JBD單片混合集成技術(shù)制造的4英寸有源矩陣microLED微顯示芯片的晶圓。

我們制造工藝的一個(gè)主要好處是其高度的靈活性。我們可以根據(jù)外延片可用性，IC設(shè)計(jì)能力以及CMOS代工廠所提供服務(wù)，來(lái)進(jìn)行選擇。最終，通過(guò)外包，我們降低了資本投資相關(guān)的成本。

繼2016年底我們?cè)趍icroLED上的初步成功之后，我們?cè)趦蓚€(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域取得了進(jìn)一步的進(jìn)展：亮度和分辨率。兩個(gè)方面的成功分別提高了我們的技術(shù)在投影儀和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方面的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

microLED微顯示器的重要市場(chǎng)機(jī)會(huì)之一是各種形式的投影儀，包括便攜式投影儀和背投電視機(jī)。對(duì)于這些應(yīng)用，微顯示面板的高亮度是至關(guān)重要的。對(duì)于microLED微顯示器，要滿足這一要求非常有挑戰(zhàn)性，并且障礙來(lái)自多種因素，包括LED外延質(zhì)量，microLED像素的特定器件結(jié)構(gòu)以及制造工藝。

憑借我們?cè)诎雽?dǎo)體行業(yè)的深厚研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的工作，考慮了諸如器件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，制造工藝的優(yōu)化以及高亮度LED外延片的選擇。這些勞動(dòng)的成果包括減少了載流子泄漏和microLED的光損失，以及它們的光提取效率優(yōu)化。得到的這些器件亮度更高，效率更高，并且使我們的微型顯示器上綠色LED的亮度增加到超過(guò)106尼特，這是在與初始演示時(shí)相同的驅(qū)動(dòng)器背板上制造的。對(duì)于紅色，綠色和藍(lán)色microLED陣列，外部量子效率分別為9％，12％和18％。

與此同時(shí)，我們仔細(xì)研究了microLED的空間發(fā)光特性，研究是否有可能提高投影應(yīng)用的亮度。許多形式的LED具有固有的大發(fā)散角，這會(huì)使投影系統(tǒng)的光學(xué)效率降低。對(duì)于許多microLED，這種低效率的根本原因是從器件發(fā)出的大部分光，都位于投影系統(tǒng)的接收角之外，所以就被浪費(fèi)了。然而，采用我們的新技術(shù)，我們克服了這些問(wèn)題。這是因?yàn)槲覀兊募夹g(shù)并沒(méi)有覆蓋microLED陣列的生長(zhǎng)襯底。相反，微光學(xué)陣列加到了microLED陣列的頂部，用來(lái)減少發(fā)光的發(fā)散和增強(qiáng)光的投影效率。

使用這種方法，我們已經(jīng)制造出了具有微反射器和微透鏡陣列的微顯示器。這些改進(jìn)使法線方向的亮度增加了六倍，推動(dòng)綠光亮度超過(guò)3×106尼特（見(jiàn)圖5）。