AR眼镜最佳方案？将Micro LED与先进CMOS集成

近日，SOREN STEUDEL与MICLEDI MICRODISPLAYS发布一篇论文称，将300 mm硅基GaN LED晶圆键合到相同尺寸的CMOS背板上，是生产间距仅为几微米Micro LED显示器的最 佳方法。现摘取重点如下：

当前，Micro LED用于大显示面临这巨量转移以及缺陷芯片的修复相关的挑战，规模化生产受阻。如今，当Micro LED用于AR眼镜等微显示应用时，也面临着一系列新的问题。

据介绍，制作Micro LED显示模块的一种方法是将Micro LED和CMOS-ASIC背板集成起来，通过后者控制和驱动Micro LED。该方法消除了与巨量转移相关的问题，但却遇到了一系列其他障碍。

如从使用场景来说，AR眼镜需要亮度超过1 Mnits，像素间距低于3 µm、分辨率高达2K以上、超低功耗和可接受的成本，以上这些需要在一个轻型模块中实现。

截止目前，现有的微型显示器制造方法还不能满足所有这些规范。为此，SOREN STEUDEL与MICLEDI MICRODISPLAYS称，正在开发一种实现大批量、低成本制造所需的方法。

虽然小型化水平极具吸引力，但若要实现也存在一定的困难；因为即使是制造间距为5 µm的全高清显示屏，也会接近曝光工具的视网膜尺寸极限，这将会影响可制造性和良率。

根据文中的制造良率模型（如下图），假设红色、绿色和蓝色Micro LED并排集成，即使目标分辨率降低到每度仅40像素，也需要小于3 µm的间距才能超过50%的良率。

另通过独立制造三种不同颜色的发射器，然后将它们与光学组合器集成在一起，可以显著放宽部分条件。这就更接近于现有彩色显示技术的良率模型被称为硅上序贯液晶显示器。

在集成方案上，采用是晶粒到晶圆的转移，即通过一次转移和放置一个像素来创建红色、绿色和蓝色发射器阵列，或者通过将整个阵列粘合为单个小芯片来实现。采用这种方式即可在固定的良率损失下，将间距缩小到10mmm。

目前，与之相关堆叠硅晶圆的生产工艺已经投入使用，将顺序 3D 结构与衬底通孔和晶圆到晶圆的混合键合相结合。后者通常用于生产间距小至3 µm的背面照明成像器，并用于研发部门，以间距小于1 µm的300 mm晶圆与小于200 nm的覆盖层结合起来。

通过集成方案，他们实现了高达65%的创纪录孔径，即在3 µm的六角形间距配置中，实现孔径为2.5 µm。我们目前的方法是用光学组合器将红色、绿色、蓝色芯片的输出汇集在一起。在红色LED上，他们也正在努力提高效率和色点。通过增强对波导集成有用的顶角内的光输出耦合并抑制该角度外的光发射，可将亮度提高2 - 4倍。