MicroLED 微显示的“一小一大”：像素缩到 2.5 微米，晶圆迈向 12 英寸|cmos|lcos|像素|光学|光栅|全彩

原标题：MicroLED 微显示的“一小一大”：像素缩到 2.5 微米，晶圆迈向 12 英寸

本文来自：《AR洞察》，刘力铭博士

这两年 MicroLED 微显示行业有个耐人寻味的现象：一边把像素间距往更小做，从4微米缩到2.5微米，一边把生产用的晶圆往更大做，从4英寸直接跳到12英寸。方向相反，却是同一家公司在同时推进。

这家公司，就是 MicroLED 微显示领域的 JBD（上海显耀显示科技）。

把这两件事分开看，一件是性能升级，一件是制造体系升级，似乎都不新鲜。但放在一起看，它们其实是同一条量产工艺链的两端：“一小”解决的是每一颗芯片好不好，“一大”解决的是这些芯片能不能便宜地、稳定地供出来。MicroLED 微显示能不能从样机走进每天佩戴的眼镜，就看这两条腿能不能一起迈过去。

JBD 作为 MicroLED 微显示的行业风向标，动向历来被全行业盯着看：2021年用4微米的蜂鸟平台把 MicroLED 微显示带进量产 [2]，2025年把像素间距推进到2.5微米的走鹃平台 [2]，2026年又宣布把制造体系整体迁向12英寸[9]。“一小一大”这两条线是怎么来的、要往哪去，咱们今天把背后的逻辑讲清楚。

先把 AR 近眼显示这块屏讲清楚。

轻量化AR 眼镜的显示模组，本质是一个光机加一块波导镜片：光机负责产生画面，波导负责把画面送到眼睛。而光机又可以分成两块，一块是微显示屏本身，另一块是投影镜头。行业一般按微显示屏来分类，目前主流是 LCOS 和 MicroLED 两条路线。

图（Even Realities官网）：Even G2。

AR 眼镜的光机藏在镜腿里，画面要靠波导这块透明镜片接力送到眼前，同时还不能挡住真实世界，这套接力的代价就是系统效率很低。光从光机出来，需要经过衍射波导的耦入、扩瞳、耦出这三个功能区，比如最经典的 HoloLens 一代就是这种架构。

当然，现在很多架构已经用二维光栅，将这些区域的功能进行合并，但整体系统效率仍然很低。

图（AR洞察自制示意）：衍射波导的两种布局。左为 HoloLens 一代式的耦入、扩瞳、耦出三区分立，右为二维光栅把扩瞳与耦出合并。

衍射波导方案典型的效率大概是在0.1% 的量级[1]。也就是说，屏幕发出1000份光，最后进眼睛的约1份。衍射之外，还有几何反射波导这条路线：用嵌在镜片里的阵列反射膜层替代衍射的光栅，完成耦入、扩瞳和耦出等功能，同等视场角与眼动范围下，效率通常比衍射波导高出数倍[14]。Meta Ray-Ban Display 走的就是这条路，据 KGOnTech的分析，约20度视场下每1流明投影光能换来约5000尼特的入眼亮度[14]。不过这种阵列膜层的量产良率一直是这条路线的短板，此前多用于军用、医疗、工业等高端场景，Ray-Ban Display 的消费级上量，正是对其量产性的一次大考 [14]。

同时阵列波导这条路线的专利也相对集中，涉及的玩家比较少，终端应用也就更少。相比之下，衍射波导的设计自由度更大，玩家也更多，成为AR终端厂商的热门选择。

下游波导的效率受限，就对显示源提出了更高要求，我们可以从室内和室外两个应用场景来看。先看室内：我们常规电脑屏幕的亮度大概是三四百尼特，AR 要在室内获得同等观感，入眼亮度也要做到这个量级。有研究测算过，要获得入眼400尼特的观感，微显示面板需要把亮度做到40万尼特以上[1]。再看室外，这才是真正的高门槛：白天强光环境下，入眼亮度的需求会抬升到数千尼特的量级。按同样的链路光效倒推，面板亮度就要迈进百万尼特级。后文会看到，走鹃Ⅱ光机搭配30度衍射波导入眼可达6000尼特[5]。而在面板端，2024年9月JBD就已实现绿光1000万尼特，蓝光200万尼特、红光150万尼特的亮度突破[17]，对应的正是这一档。总的来说，这块屏要又小又亮到极致。

LCOS 是当前最成熟的全彩方案：Meta 2025年发布的 Ray-Ban Display，用的就是 OmniVision 的 LCOS 方案 [14]。其实 Meta 在 MicroLED 上重金投入多年，而其首代显示眼镜产品仍然选了 LCOS，这就体现了现阶段产品商业化节奏与技术路线选择之间的平衡[14]。

光机显示原理上的差别决定了天花板不同。LCOS 是反射式方案，亮度靠外部光源：拆解可见 LED 照明、匀光器、合色镜、偏振分光棱镜等一整串光学件[14]，这套照明光路要占体积、耗功率。而 MicroLED 为自发光方案，无需外部照明，光机结构更简单，因此也让走鹃Ⅱ的全彩光机做到0.18 cc大小 [6]。

像素密度上，Ray-Ban Display 那颗 LCOS 的像素间距是3.8微米[14][15]，当前的 MicroLED 已经做到2.5微米，带来超过1万PPI像素密度，大幅提升了画面细腻度 [2]。

图（JBD 官网）：实拍对比图，依次是：LCOS+纳米压印衍射波导、MicroLED+纳米压印衍射波导、MicroLED+单层刻蚀衍射波导+ARTCs画质校正。

对比度上，LCOS 面板全开全关FOFO对比度通常约1000:1[14]，MicroLED的自发光方案在黑色画面下，像素完全关闭不发光，因此面板FOFO对比度可达数十万比一以上。另一个影响AR眼镜实际观感的是画面黑位表现和纯净度，LCOS由于受到外部照明光线散射、面板盒厚均匀度的影响，暗场画面容易出现黑位抬升，直观感受是画面始终带有“灰色底框”；MicroLED 无需照明模组，可实现更深的黑位，能带来更通透、纯净的视觉体验。

还有色序问题：LCOS 的彩色实现多采用时序方案，通过RGB三色光源依次照明完成彩色合像，快速运动时会出现彩虹状的颜色分离情况[14]。MicroLED 为RGB三色同时发光，不存在时序问题。最新的走鹃Ⅱ刷新率做到了480 Hz，可进一步提升动态画面的显示流畅度 [4][6]。

综合看，LCOS 在当前产业化阶段具备更成熟的产品基础。MicroLED 自发光省掉了整条照明光路，这给了它把光机做小的结构潜力，像素密度的上限也更高。业内普遍把 MicroLED 视为 AR 近眼显示最有潜力的方向之一，正是看中其在显示架构上的长期优势。

图（AR洞察自制示意）：LCOS 与 MicroLED 的光机光路对比。LCOS 需要整套照明与分光光路，MicroLED 自发光直接进投影镜头。

MicroLED 的挑战也很清楚：难在量产。这就回到我们开篇说的“一小一大”。

一小：像素为什么越做越小，又难在哪。

先说做小的价值。将像素间距从4微米缩到2.5微米，好处是同样大的显示面积能塞下2.56倍的像素[2]。这带来两种选择：同样的芯片面积，分辨率更高、画面更细腻；或者同样的分辨率，把芯片和光机做得更小、更轻。而这种极简的形态，正是 AR 眼镜能否推广开来最重要的前提之一。

体现在产品上是什么样？以 JBD 2025年12月发布的走鹃Ⅰ彩色光引擎为例[4]：像素密度做到10160 PPI。25度视场角下角分辨率达到32 PPD，比上一代提升20% 以上。整个彩色光引擎体积0.2 cc、重0.5克，比同为640×480分辨率的蜂鸟Ⅰ体积重量都减小50%。光学总长从11.99毫米缩短到7.8毫米，少了35%，直接减少光引擎对眼镜转轴空间的占用。光引擎典型功耗90毫瓦，背板功耗降至18毫瓦 [2][4]。

图（JBD 官网）：走鹃Ⅰ彩色光引擎与智能眼镜示意。

但做小有实打实的物理代价。

传统台面型 MicroLED 的像素，通常是用台面刻蚀工艺在外延层上定义出来的，刻蚀会在像素侧壁留下损伤。这些损伤会成为非辐射复合中心和漏电通道。像素越小，侧壁相对发光面积的占比越大，损伤的拖累就越重，发光效率随尺寸下降，学术界把这称为尺寸效应或侧壁效应[3]。损伤也不只停留在表面，会向内延伸出一段死区（dead zone）[3]。

图（AR洞察自制示意，据 [3] 机理绘制）：台面刻蚀在像素侧壁留下损伤与死区。同样的损伤宽度，像素越小，占比越大。

行业对付侧壁损伤主要有几类办法：用湿法把损伤层蚀掉、给侧壁做钝化保护、或者通过器件设计把电流引导得离侧壁远一些[3]。JBD 在凤凰平台的技术发布里公开过自己的芯片工艺组合：台面刻蚀、钝化加微透镜，正是其量产单色面板沿用的这套工艺[12]。与发光效率同样值得关注的还有光路：像素间距缩到2.5微米，相邻像素之间的串扰抑制变得更难，直接关系画面的纯净度。

效果落在最新的走鹃Ⅱ上 [5][6]：基于0.1英寸面板做到800×600分辨率，比主流的640×480增加近56% 的像素，按 JBD 的口径，这是业界可量产的最高分辨率 MicroLED 彩色光引擎（这里说的是 X-cube 架构的光引擎产品，单片全彩面板是另一条线，后面再讲）。光通量提升到6流明，搭配30度视场角的衍射光波导后，入眼亮度可达6000尼特，室外强光下也看得清。经杂散光抑制优化与精准白平衡调校，官方标称亮度均匀性超过95% [5]。同时，典型功耗也仅98毫瓦[5][6]。分辨率上去了、功耗降下来了，说明像素变小引发的问题在2.5微米走鹃平台得到了有效治理。

按两款产品的规格来比，能看出这几年的进步：蜂鸟Ⅰ彩色光引擎是640×480分辨率、6流明光通量、典型功耗150毫瓦。到走鹃Ⅱ，分辨率提高到800×600、同样是6流明，典型功耗降到98毫瓦[5][7]。严格说，这52毫瓦的功耗下降不能全记在像素头上：按官方描述，它同时来自两处：一是小尺寸像素发光效率的持续提升，二是背板制程提升、背板功耗降到18毫瓦[4][5]。还有一个贡献项也不容忽视，光引擎的流明是面板出光乘以投影光学透过率的结果，走鹃的投影光学也经过了重新设计，单凭这组系统级数字，并不能反推像素效率本身。但像素从4微米缩到2.5微米，侧壁效应的物理压力是往效率下降方向压的，在逆风下做到同样6流明、总功耗还降了三分之一，这组数据也反映出像素缩小带来的挑战已能够通过工艺、背板、光学设计得到较好控制。

一大：晶圆为什么越做越大，卡点在哪。

说完性能，接着说说成本和规模。大家都知道，我们看到的显示画面，靠的不只是发光的像素，还有控制每颗像素亮灭的调制电路。可以把 MicroLED 微显示屏想成几十万颗微缩的灯，真正让它显示出图像的，是背后基于 CMOS 工艺的硅基驱动电路，行业叫它背板。所以做微显示，要把 MicroLED 外延片和 CMOS 背板键合到一起，让每颗灯都接上自己的开关。

问题就出在这两片晶圆的尺寸上。先进的硅基背板早已全面进入12英寸时代，高性能背板需要的先进制程只在12英寸产线上有[2][9][11]。而 MicroLED 外延受材料体系和生产难度限制，长期以4英寸为主 [9]。两边尺寸对不上，行业目前通常把12英寸背板切小去适配小外延，但这样背板的理论利用率上限只有77%[9]。这个77% 用简单几何就能验证，面积按直径的平方算，12英寸直径是4英寸的3倍，面积就是9倍，等于一片12英寸相当于9片4英寸的面积。但圆里排圆有缝隙，一片12英寸上实际最多排下7片4英寸，7除以9约等于77.8%，官方取整说77%，正好对得上。考虑到单位面积下硅基背板的成本显著高于外延层，这些浪费会直接传导到器件成本上。

那走8英寸行不行？这个方向并不是没人试过，业内不少企业提出过8英寸方案。按 JBD 公布的测算，这条中间路线有两个问题。其一，错配只解决了一半：两片8英寸并排就要占16英寸宽，一片12英寸的圆片根本塞不下第二片，只能放下一片，利用率就是两者的面积比，(8/12)² 约等于44%，官方说的约56% 背板浪费正是这么来的[9]。其二，JBD 称实验结果持续表明，8英寸晶圆在键合与衬底剥离等关键环节良率较低，制约其规模化生产制造[9]。基于这笔账，JBD 选择跳过8英寸、直接迈向12英寸。

那怎么把发光这一侧也弄到12英寸、跟背板对齐？业内主要有两条路。一条是原生大外延：直接在12英寸硅上生长 GaN 发光层，难点在大面积外延的晶体质量和翘曲控制。另一条，就是 JBD 的重构晶圆：先把成熟的小尺寸外延切割成一颗或者一小组裸片（Die），通过预检测与分选把有缺陷的裸片提前筛除，再将合格裸片重构到一块临时的12英寸基板上，实现高一致性的外延整合，最后与同为12英寸的硅基背板完成晶圆级键合[9]。这里要注意颗粒度：整个重构的操作对象是裸片，不是单颗几微米的像素，和大尺寸显示领域按像素搬运的巨量转移在工艺和技术路径上并不相同。

图（JBD 官网）：左为7片4英寸外延晶圆，右为12英寸硅基重构晶圆。

这条路的好处有两层。第一，把外延缺陷拦在昂贵工序之前：裸片级预检分选让缺陷不再流入后段，从源头提升良率。这种先筛选合格裸片、再进入键合工序的思路，与半导体封装领域的 KGD（Known Good Die，已知良好裸片）打法一脉相承[10][11]。第二，它用成熟小尺寸外延的工艺优势，去匹配12英寸先进背板的规模能力，在原生12英寸外延尚未突破的前提下，先把制造体系升级到位[9]。当然，重构也带来新的平衡题：裸片切得越小，缺陷筛得越干净、圆形外延切方块的边角损失也越小，但贴装次数成倍增加、生产节拍越紧。行业公开数据可作量级参照：在直接裸片对晶圆键合的场景下，要做到优于1微米的贴装精度，传统拾放工艺的吞吐不到一千颗每小时[10]（此处仅为行业参照，JBD未披露重构颗粒度与贴装方式）。切多大颗粒、重构环节怎么做得又快又好，正是这套体系里真正的工艺诀窍。

目前进度怎么样呢？JBD 的12英寸晶圆重构已在中试线完成通线验证，晶圆重构良率突破98%，正加速向量产线导入[9]。从中试到量产还有路要走，按JBD表示，重构的技术瓶颈与工艺路径已经打通[9]。

一条工艺链：把一小和一大接起来。

看到这里，可以把前两节合起来了。一小和一大，是同一个制造平台上的两项耦合优化：一小抬的是像素密度与显示性能，一大抬的是先进背板的利用率和规模经济。两者最终在同一个环节接受检验：晶圆级键合。

像素这一侧，要有一套能把几微米像素做稳做好的器件工艺。晶圆这一侧，要把合格裸片重构成一致性足够高的12英寸晶圆。两侧最终在晶圆级键合处对接，键合面的表面质量直接决定成败。行业层面，这类高密度互连普遍依赖金属与介质的混合键合工艺[10]。所谓混合键合：晶圆表面经化学机械抛光，做成铜触点与介质近乎齐平的平面，两个平面直接贴合，再经退火，铜对铜形成金属键、介质对介质形成共价键，既导电又固定，是目前互连密度最高的一类键合，对表面平整度的要求是纳米级[10]。行业为什么往这条路走？因为在几微米间距、10平方微米量级焊盘的场景里，传统共晶、热压这类键合的节拍和可靠性都已经很吃力[11]。

图（AR洞察自制示意，据 [10] 结构重绘）：混合键合两步。CMP 后表面近乎齐平直接贴合，退火后铜对铜、介质对介质同时成键。

JBD公开的表述中也印证了这个方向：12英寸晶圆重构，为高精度混合键合建立起更稳定的制造基础[9]。

而且这条链会越拉越紧。往前推演：像素间距越小，单位面积里的像素和驱动电路越密，微显示对先进制程背板的依赖只会越来越强[9]。也就是说，像素越小（一小），对12英寸上先进背板的依赖越强（一大）。反过来，背板越先进、越贵，发光侧就越需要以高一致性的晶圆形态去匹配它的利用率。性能和成本，在同一套制造能力上被一起打磨。往回看，这也是 JBD 多年前凭晶圆级混合集成打通 MicroLED 产业化路径的自然延续[9]。

全彩这道终局，和产业的真实位置。

最后说全彩。4微米的蜂鸟平台自2021年量产以来，按 JBD 在2025年10月公布的数据：已导入近50款 AR /AI智能眼镜中，包括 Rokid Glasses、阿里夸克眼镜S1、雷鸟X3 Pro、影目科技INMO GO2等[2]。提词、导航这类单色显示场景已经充分跑通。但要让 AR 眼镜从工具走向日常，全彩显示绕不开：从拍照预览、导航指引、短视频到 AI 多模态交互，色彩本身就是信息的载体 [5]。

全彩怎么实现？行业探索过几条路：三片合色与单片全彩，单片全彩又分为量子点与原生发光方案。目前能落地的主流方案，是用三块单色面板经 X-cube 棱镜合色。单片全彩则承载着行业的长期期待：光机更小、视场角更容易做大、进波导的耦合效率也更高，JBD 把它视为最终优选 [12]。

单片全彩方案里，用量子点做色转换是常见思路，但受最大亮度和寿命制约，量子点材料在高泵浦光密度和高结温下会明显退化[12]。截至凤凰发布时，其它在同一片外延上直接生长集成三色（多色外延层、选区外延、再生长等）的路径在10微米以下的像素间距还没有令人信服的原型[12]。但也要客观说，堆叠式单片（原生发光方案）有自己的难关：发光面积受限、下层的光会被上层部分吸收、夹在中间的发光层散热更难，堆叠何时能全面优于三片方案，行业还没有答案[16]。

从公开资料来看，JBD 在全彩方面的布局是两条线并行，而且都走原生半导体发光路线，不用量子点[12]。

第一条线，X-cube 合色，即通过三块单色屏加棱镜进行合色，包括蜂鸟、走鹃两个系列，是当下彩色化的主力路线：蜂鸟彩色光引擎已经量产，基于2.5微米平台的走鹃系列按计划于2026下半年分阶段上市[2]。两大系列，衍生出0.4、0.2、0.18 cc 一代比一代小的彩色光引擎矩阵 [4][5][7][8]。

第二条线，单片全彩，就是凤凰系列。它的做法在业内相当独特：蓝光、绿光用 AlInGaN，红光用 AlInGaP，两类原生半导体材料的三色发光体垂直堆叠、共轴对准。JBD 公开表示，这套平台用到了晶圆级键合、薄外延与多层互连技术[12]。整个发光叠层总厚度不到5微米，把腔内的吸收损耗压到很低。一个5微米间距的全彩像素由2×2共四个2.5微米子像素组成，配有四条独立驱动通道，其中三条分别接到叠层中的蓝、绿、红发光层[12]。这套结构让凤凰在2024年底把白平衡亮度做到200万尼特，一年翻了一倍。同时，三色光谱的半高宽都在25纳米以内，色纯度高[13]。

最后把几条线的真实位置放进一张表，方便大家对比：

从4微米到2.5微米，从4英寸到12英寸，从三片到单片，这些线索合在一起指向同一个判断：MicroLED 微显示的竞争，已经从证明技术可行，转入拼制造能力的阶段。亮度、功耗这些性能指标还会继续进步，但决定它能不能走进大众日常的，还有良率、成本和规模供给能力。12英寸重构的产业意义正在于此，JBD 也把它称为迈向大规模量产的核心路径[9]。

回到开头那个现象。一小，把每一颗像素做好，解决的是 AR 眼镜的显示体验好不好。一大，把每一片晶圆做便宜、做稳定，解决的是 AR 眼镜买不买得起。两个方向相反的动作，在晶圆级键合这个节点上，合成同一条量产工艺链。

AR 眼镜作为下一代计算平台的前景，作为随身AI的入口，正在从故事变成产品节奏：蜂鸟平台已导入近50款 AR /AI智能眼镜型号，2.5微米走鹃平台按计划在今年下半年分阶段上市，12英寸重构正从中试走向量产[2][9]。那块承载数字世界的微小屏幕，正在两个相反的方向上，同时变好。

JBD 的进展，引领 MicroLED 微显示制造行业的发展走向。

AI的进展日新月异，期待AR的发展也能够加速起来。

参考资料

[1] 《High-Performance Micro-LED Displays via Etching-Damage-Free Pixelation Strategy for Multifunctional Integrated Applications》（Advanced Science, 2025）

[2] 《JBD Launches the "Roadrunner" Platform: MicroLED Microdisplays with 2.5-μm Pixel Pitch》（JBD 官网, 2025-10-15）

[3] 《Etching-free pixel definition in InGaN green micro-LEDs》（Light: Science & Applications, 2024）

[4] 《JBD 发布走鹃Ⅰ彩色光引擎，以2.5微米像素间距树立 AR 彩色显示新标杆》（JBD 官网, 2025-12-22）

[5] 《基于2.5微米像素间距平台，显耀股份重磅发布走鹃Ⅱ彩色光引擎》（JBD 官网, 2026-06-17）

[6] 走鹃Ⅱ彩色光引擎产品参数页（JBD 官网）

[7] 蜂鸟Ⅰ彩色光引擎产品参数页（JBD 官网）

[8] 蜂鸟Ⅱ彩色光引擎产品参数页（JBD 官网）

[9] 《显耀股份推进量产架构升级，MicroLED 微显示迈向12英寸晶圆时代》（JBD 官网, 2026-05-18）

[10] 《Electrical performance of self-assembly applied to die-to-wafer hybrid bonding》（CEA-Leti, IEEE ESTC 2024）

[11] 《From Lab to Fab: Challenges and Requirements for High-Volume MicroLED Manufacturing Equipment》（Yole Développement, SID Display Week 2021）

[12] 《JBD Releases Native Monolithic RGB MicroLED Platform》（JBD 官网, 2023-08-29）

[13] 《JBD Sets New Benchmark with 2 Million Nits Brightness in Phoenix RGB MicroLED Display》（JBD 官网, 2024-12-19）