Micro-OLED 以單晶硅芯片為基底，增加可靠性，實現輕量化

已具備量產能力的 Micro OLED，已成為現階段 VR 頭顯廠商設計高端 VR 設備時的首選顯 示技術。市面上的多數 VR 產品都采用 LCD 顯示面板，VR 頭顯設備都略顯笨重。

Micro OLED 顯示器以單晶硅芯片為基底，像素尺寸為傳統顯示器件的 1/10，精細度遠遠 高于傳統器件, 其區別于常規利用非晶硅、微晶硅或低溫多晶硅薄膜晶體管為背板的 AMOLED 器件。單晶硅芯片采用現有成熟的集成電路 CMOS 工藝，不但實現了顯示屏像素 的有源尋址矩陣，還在硅芯片上實現了如 SRAM 存儲器、T-CON 等多種功能的驅動控制 電路，大大減少了器件的外部連線，增加了可靠性，實現了輕量化。

Micro-OLED 優點：與傳統的 AMOLED 顯示技術相比，Micro OLED 有以下突出特點：

1) 基底芯片采用成熟的集成電路工藝，可通過集成電路代工廠制造，制造良率更是大大高 于目前主流的 LTPS 技術。

2)采用單晶硅，遷移率高、性能穩定，壽命高于 AMOLED 顯示器。

3)200mm×200mm 的 OLED 蒸鍍封裝設備就可滿足制造要求(與 8 英寸晶圓尺寸兼容)，而 不像 AMOLED 需要追求高世代產線。

4) OLED 微顯示器體積小，非常便于攜帶，并且其依借小身材提供的近眼顯示效果可以與 大尺寸 AMOLED 顯示器相媲美。

優點：與其他微顯示技術相比，Micro OLED 亦具有不少優點：

1 ) 低功耗，比 LCD 功耗小 20%，電池重量可以更輕。

2) 工作溫度寬，LCD 不能在極端溫度如 0℃下工作，必須額外加熱元件，而在高溫下又必 須使用冷卻系統，所有這些解決方案都會增加整個顯示器的重量、體積和功耗。而 OLED 為全固態器件，不需要加熱和冷卻就可以工作在-46℃~+70℃的溫度范圍內。

3 ) 高對比度，LCD 使用內置背光源，其對比度為 60:1，而 OLED 微顯示器的對比度可以 達到 10,000:1。

4) 響應速度快，OLED 像素更新所需時間小于 1μs，而 LCD 的更新時間通常為 10~15ms， 相差了 1,000 到 1,500 倍，OLED 的顯示畫面更流暢從而減小視疲勞。

下表列出了不同微顯示的性能比較，可以看出 Micro OLED (OLED on Silicon)在性能上有較 為明顯的優勢，其中亮度、綜合發光利用率、對比度、色彩能力、像素點距性能都非常優 秀。

從未來市場角度來看：2021 年全球 Micro OLED 在中國產商推波助瀾下開始放量，預計 2021-2027 年出貨量實現 CAGR 65.21% 的增長。

Micro-OLED 工藝制程：CMOS 技術與 OLED 技術的緊密結合

Micro OLED 是 CMOS 技術與 OLED 技術的緊密結合，是無機半導體材料與有機半導體材 料的高度融合。CMOS 技術主要使用光刻工藝、CMP 工藝等，濕法制成較多，而 OLED 技 術則主要采用真空蒸鍍技術工藝，以干法制程為主。兩者皆專業且復雜，將兩者集成于同 一器件之中，對于工藝技術要求非常嚴苛。

Micro OLED 器件制造主要通過以下四個步驟實現：

1)硅基 IC 設計與制造：主要涉及集成電路的設計和制造，分別由 IC 設計團隊和 foundry 廠完成；

2）OLED 制程：主要包括 OLED 微腔頂發射技術，陽極材料技術，全彩化技術等；

3）OLED 封裝制程：包括薄膜封裝，玻璃 cover 貼合封裝等；

4）顯示驅動與系統：與第一部分設計制造緊密相連。

硅基 OLED 微顯示器傳統制程。a 為器件結構截面示意圖，b 是制造流程。其 中流程 1~7 為大片制造。從流程 8 切割后，即為 dice 制造流程。流程 1 為硅基芯片的制 造過程，由集成電路晶圓代工廠按照客戶的設計和要求進行生產制造；流程 2~7 為 OLED 的制造流程，在 OLED 工藝代工廠制作完成。其中，流程 2 和 3 為像素陽極的制備過程， 包括陽極材料的成膜及其圖案化，涉及較多濕法制程。在傳統的硅基 OLED 微顯示器制造 工藝中，該制程由 OLED 工廠來制作完成；流程 8~9 由集成電路芯片封裝廠完成；流程 10 為模組與系統開發，將硅基 OLED 制作成微顯示器模組供用戶使用。

Micro OLED 制造設備涉及微電子和光電子制造設備。其中陽極制造需要金屬濺射成膜設 備，陽極圖案化則涉及晶圓清洗設備、光刻膠涂覆設備、曝光設備、顯影去膠設備、烘烤 等設備，這些均屬半導體設備。OLED 制程段則需要 OLED 蒸鍍設備、薄膜封裝設備以及 玻璃貼合封裝設備等，這些設備集成為一套系統，在一系列真空和惰性氣體氣氛內完成。

Micro-OLED 器件結構：驅動背板+OLED 顯示前端組成

器件結構: Micro OLED 顯示器件以單晶硅作為襯底，在單晶硅襯底上采用標 準的 CMOS 工藝制作顯示驅動電路，以提供 OLED 顯示所需的像素驅動部分、行列驅動部 分以及其它所需的 DAC 轉換等功能電路。在單晶硅襯底上接著制作 OLED 發光單元，由于 硅片襯底不透明，需要制作頂發射 OLED 器件。首先在襯底上，制作高反射率的金屬作為 陽極，陽極電極具有較高的反射率可以實現較高的出光效率。接著制作空穴注入層、空穴 傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層等有機半導體層，形成 OLED 主體發光單元。最后，為了實現光從頂部出射，需要制作半透明的金屬層作為陰極。由于ＯLED 器件怕水 氧等破壞，在陰極上需要制作薄膜封裝層，用于阻隔水氧，在封裝層上，進一步貼合玻璃 進行器件強度保護。

驅動芯片架構：驅動芯片采用 0.18μｍ的 CMOS 工藝設計，驅動背板包括像素電路、行列 驅動、DAC、I2C、數據處理、電源模塊、溫度檢測等功能模塊。芯片采用 數字接口，針對高分辨率的應用要求，利用數據采樣與比較完成數據傳輸，驅動芯片像素 采用電壓型驅動方式。由于 OLED 器件在不同的溫度條件下，器件亮度變化較大，因此在 芯片中集成了溫度傳感模塊，可以實時監測芯片工作溫度，實現芯片在高低溫下精確調節 電壓輸出，來調節器件的顯示亮度，保持器件顯示的穩定和一致。硅基 OLED 器件包括控 制電路芯片部分和顯示驅動芯片部分，為了方便用戶使用芯片，在驅動芯片中集成了三路 電源模塊，包括正壓 DC-DC 模塊、負壓 DC-DC 模塊和 LDO 模塊。這三路電源模塊，可 分別實現給像素整列、OLED 顯示的公共陰極和芯片中的控制電路供電。

Micro-OLED 公司：我國視涯科技、京東方、夢顯電子、奧雷德等從事研發和中試

目前全球從事硅基 OLED 研發生產的廠商不多,其中美國 eMagin 公司和法國 MicroOLED 公司的產品主要應用于軍事領域,能成熟量產的 Micro-OLED 供應商只有索尼公司,在全球 市場處于壟斷地位。

我國硅基 OLED 產業化尚處于初級階段。我國合肥視涯科技、京東方、昆山夢顯電子、奧雷德等公 司正在從事硅基 OLED 研發和中試,其中京東方在 2019 年實現了 8 英寸硅基 OLED 生產 線的量產,合肥視涯科技于 2019 年 11 月竣工投產 12 英寸硅基 OLED 顯示項目,昆山夢顯 電子正在建設一條 8 英寸硅基 OLED 生產線。目前國內硅基 OLED 的低溫彩色濾光片工 藝、薄膜封裝工藝、硅基數字化驅動技術、核心裝備等高性能微顯技術和大規模量產技術 等均處于初期階段。

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