2024-05-11 15:03 來源：中國科學報 作者：田瑞穎 余許洋 點擊：
“追光”二十載，不久前，潘安練又點“亮”了單屏彩色Micro-LED微顯示芯片，還在量子點光刻輔助彩色化上也取得了重要突破，實現了彩色化“兩條腿”走路。
作為湖南光電集成創新研究院院長，潘安練還是Micro-LED微顯示芯片初創企業諾視科技的首席科學家。隨著傳統電子芯片逼近極限，他把目光聚焦在芝麻粒大小的微顯示屏上，致力于為國產芯片尋找著新賽道上的“曙光”。
2022年，潘安練團隊研發的“AR眼鏡用高像素密度高亮度硅基Micro-LED微顯示芯片”，就實現了當時世界上最小微顯示屏——0.12英寸，并獲得2022年全國顛覆性技術創新大賽總決賽優勝獎。
近日，他帶領團隊聯合諾視科技又點亮了單片集成堆疊（VSP)彩色Micro-LED微顯示芯片，這也是首個0.39英寸堆疊AM微顯示芯片點亮原型。
vsp堆疊彩色原型受訪者供圖
“基于Micro-LED的芯屏一體化研究和產學研布局，源自我長期以來在光電集成研究領域深耕的夢想，更出自讓我國在新一代信息領域走在世界前列、實現科技自立自強的擔當?！迸税簿氃诮邮堋吨袊茖W報》采訪時表示。
小芯片，大作為
隨著互聯網的發展，傳統電子芯片已無法滿足人工智能、元宇宙等場景需求，具有帶寬大、能耗低、速度快的新型光電芯片技術，被視為下一代高性能芯片技術的重要趨勢，Micro LED就曾一度被視為顛覆面板行業的技術。
Micro-LED本質上是將LED微縮化、矩陣化，在一塊芯片上高密度集成自發光的微型像素點陣列，每一個像素點在微米甚至亞微米尺寸下做到可尋址的獨立控制。
潘安練告訴《中國科學報》，Micro-LED所具有的高亮度、小型化的特征是傳統顯示技術所不可比擬的，其高性能可以滿足AR眼鏡所需要的低功耗、高亮度、高分辨率、小尺寸的要求，是實現增強現實以及混合現實技術的理想終端。
據潘安練介紹，此次團隊點亮的單片集成堆疊彩色Micro-LED微顯示芯片，是繼2023年第三季度實現VSP PM無源（被動驅動）微顯示芯片點亮后，成功實現AM有源（主動驅動）點亮和技術驗證，也是全球首個0.39英寸堆疊AM微顯示芯片點亮原型，并且點亮的芯片還采用了合作伙伴數字光芯提供的CMOS彩色驅動背板。
在他看來，就是這樣一顆芝麻粒大小的微顯示屏，將為人們帶來一場前所未有的數字革命，并改變人類未來生活，“Micro-LED微顯芯片能夠讓虛擬和現實自然地融為一體，使人們步入穿戴式的互聯網時代，實現隨時隨地進行交互?！?/p>
實際上，潘安練團隊此前就實現了0.39英寸和全球最小0.12英寸的單色RGB微顯示芯片核心技術的突破，“此次0.39英寸單屏彩色Micro-LED微顯示芯片將不同顏色的子像素從單色到雙色再到三色進行空間上的三維堆疊，再結合微納制造和集成電路的工藝，通過刻蝕和圖形化制造出最終的Micro-LED芯片，且能夠達到不錯的效果，有很大的希望實現商用”。
他表示，此次突破不僅再次驗證了VSP技術方案的可行性，還為后續的性能、良率等優化以及單屏彩色產業化落地積累了重要經驗。
從實驗室走向市場
“Micro-LED正處于大規模商用的前夜，誰最先把技術難點攻克，誰就能抓住這個機會”，潘安練說。
但他也指出，Micro-LED全彩顯示技術方案復雜，實現量產和商業化的難度較大，現階段行業內提出的技術方案在良率、穩定性、成本和工藝的成熟度等各個方面都很難達到要求。目前可商業化的僅有光學棱鏡合光的方案，但在尺寸、效率和成本上均有很多局限，“因此，單屏彩色化極有可能是實現Micro-LED大規模商業量產的最佳答案?！?/p>
他進一步介紹，單屏彩色化技術路線主要包括三色巨量轉移、量子點色轉換、堆疊等技術路線，雖然相較于巨轉方案、色轉方案的局限性，三原色堆疊存在巨大優勢，但實現難度仍然很大，“學術界及產業界從外延段堆疊、芯片段堆疊都有進行嘗試，但外延段堆疊基于材料限制，其波長漂移、半波寬以及亮度等方面目前還無法較好匹配商業化需求?！?/p>
潘安練對通過VSP技術和集成電路工藝深度融合的技術方案實現商業化很有信心。一方面，晶圓級VSP技術采用集成電路制造工藝將多個微型LED發光單元在三維方向上進行堆疊，可以實現小像素尺寸以及高發光效率；另一方面，基于VSP技術，采用純無機的AlGaInP、GaInN材料，可以做到大尺寸外延堆疊集成；此外，采用大尺寸集成電路產線，可以實現BOM成本的大幅度降低。
除了成功點亮單屏彩色Micro-LED微顯示芯片外，潘安練團隊在量子點光刻輔助彩色化上也取得了重要的突破，同時還在上下游進行了積極布局，包括Micro-LED材料的制造和加工，芯片、光機的研制以及AR眼鏡透光率、顏色的轉化等，加快推進芯片的產業化進程。
vsp堆疊彩色原型受訪者供圖
潘安練透露說，諾視堆疊單屏全彩將基于純無機的四元AlGaInP和三元GaInN化合物材料，目標在2024年底發布原型機并進行量產。
前瞻布局
剛踏上“追光路”時，潘安練看到的“光”還十分微弱，在光電集成這條最初還相對冷門的路上，他一走就是20年，并推動了湖南省在光電集成領域產研一體的前瞻性布局。
2010年，潘安練結束在國外的科研工作，加入湖南大學，先后推動打造了多個省部級研發平臺，并創建了新型研發機構——湖南光電集成創新研究院，組建了一支致力于光電材料與集成應用核心技術開發、產學研深度融合的頂尖團隊。
2018年，為了進一步將基礎研究推向應用，他又帶領團隊和相關部門前往國外考察。Micro-LED等代表未來新質生產力的核心技術，引起了他的高度重視。
2019年光電集成創新研究院作為連接基礎和應用的平臺正式啟動建設，潘安練團隊與諾視科技的創始人團隊強強聯合，走向了從基礎研究到應用落地的產學研合作新模式。潘安練還以第一完成人獲得了2019年度國家自然科學二等獎。
2024年1月，潘安練擔任湖南師范大學副校長后，便開始籌劃桃子湖未來技術研究院的建設，他希望圍繞新一代信息技術核心領域——空間計算，通過校際協同、校地合作及產教融合機制，打造新的創新聯合體，把Micro-LED等核心技術在數字文創和智能制造等湖南優勢特色領域實現轉化和應用。
“我們原本認為大規模的商業化落地還需要五到十年的時間，但現在看來似乎有點保守了，我覺得應該會更快，在三到五年內可能就會出現比較規模化的應用。”潘安練對Micro-LED微顯示芯片商用化“光”景充滿了信心。
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