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什么是MicroLED?MicroLED技術(shù)的難點(diǎn)

NGr7_xiaojianju ? 來源:xx ? 2019-07-27 09:41 ? 次閱讀

01

現(xiàn)狀

根據(jù)業(yè)界(2018年)12月27日透露的消息,LG計(jì)劃明年(小編注:原文發(fā)布時(shí)間為2018年)1月(明天就是1月了)在美國(guó)拉斯維加斯的"CES 2019"上展示其全球第一款A(yù)M MicroLED。目前還沒有渠道能夠獲知該款產(chǎn)品的具體技術(shù)細(xì)節(jié),但確實(shí)是值得關(guān)注一下。

在此前的的“CES 2018"中,三星已經(jīng)推出其MicroLED電視”THE WALL",如下圖所示,這款產(chǎn)品的尺寸是146″。

三星 THE WALL

在更早的“CES 2017”上,索尼就推出了以144片MicroLED拼接而成的CLEDIS 顯示器。但無論是這里說到的三星還是索尼的產(chǎn)品,其采用的都是PM(Passive Matrix)技術(shù),其背板技術(shù)無論是在其本身工藝上還是在“巨量轉(zhuǎn)移”上,難度較LG推出的AM(Active Matrix)技術(shù)小不少。。

索尼 CLEDIS

那么,MicroLED的產(chǎn)品是不是馬上就會(huì)走進(jìn)我們的生活中呢?這里讓我們來談一談這個(gè)技術(shù)。

02

什么是MicroLED

顧名思義,MicroLED就是“微”LED,作為一種新顯示技術(shù),與其它顯示技術(shù),比如LCD,OLED,PDP,其核心的不同之處在于其采用無機(jī)LED作為發(fā)光像素。對(duì)于“Micro”這個(gè)概念,到底定義是多少呢?像素尺寸一般要到100μm以下。

TFT-LCD/OLED/MicroLED技術(shù)比較

LED并不是一個(gè)新事物,作為發(fā)光二極管,其在顯示上的應(yīng)用本應(yīng)該是順理成章的事情。但是很長(zhǎng)一段時(shí)間,除了戶外廣告屏上的應(yīng)用之外,LED顯示應(yīng)用一直不能發(fā)展起來,其原因是:

要做到手機(jī)屏/電視這種級(jí)別的顯示器,LED像素在尺寸上難以做小;

LED外延晶片與顯示驅(qū)動(dòng)工藝不兼容,且需考慮大尺寸顯示的問題,所以針對(duì)MicroLED需要開放合適的背板技術(shù);

如何將“巨量”的三色微小LED轉(zhuǎn)移到制作好驅(qū)動(dòng)電路的基底上去,即“巨量轉(zhuǎn)移”技術(shù),也是決定MicroLED能否商業(yè)的關(guān)鍵。

MicroLED制作圖示

MicroLED難點(diǎn)

03

MicroLED瓶頸——“巨量轉(zhuǎn)移”技術(shù)(Mass Transfer)

如上面所講,制作好的微小的LED需要轉(zhuǎn)移到做好驅(qū)動(dòng)電路的基底上。想想看,無論是TV還是手機(jī)屏,其像素的數(shù)量都是相當(dāng)巨大的,而像素的尺寸又是那么小,并且顯示產(chǎn)品對(duì)于像素錯(cuò)誤的容忍度也是很低的,沒有人愿意去購(gòu)買一塊有“亮點(diǎn)”或“暗點(diǎn)”的顯示屏,所以將這些小像素完美地轉(zhuǎn)移到做好驅(qū)動(dòng)電路的襯底上并實(shí)現(xiàn)電路連接是多么困難復(fù)雜的技術(shù)。實(shí)際上,“巨量轉(zhuǎn)移”確實(shí)是目前MicroLED商業(yè)化上面的一大瓶頸技術(shù)。其轉(zhuǎn)移的效率,成功率都決定著商業(yè)化的成功與否。

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)(Mass Transfer)

目前看來,“巨量轉(zhuǎn)移”都還是一個(gè)“量產(chǎn)前”技術(shù),為了實(shí)現(xiàn)“巨量轉(zhuǎn)移”的目標(biāo),市面上一些相當(dāng)不一樣的技術(shù)。現(xiàn)在總結(jié)如下:

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)路線

如上圖所示,目前根據(jù)已有的資料調(diào)查顯示,巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)按照原理的不一樣,主要分為四個(gè)流派:精準(zhǔn)抓取,自組裝,選擇性釋放和轉(zhuǎn)印技術(shù)。

但是即使是屬于同一個(gè)技術(shù)流派,實(shí)現(xiàn)的方式也是很有差別,因此很難給出一個(gè)精準(zhǔn)的劃分。如下列出在巨量轉(zhuǎn)移上開展開發(fā)的一些廠商

Luxvue, Cooledge, VueReal, X-Celeprint, ITRI, KIMM, Innovasonic, PlayNitride, ROHINNI, Uniqarta, Optivate, Nth degree, e-Lux, SelfArray

? Pick&Place技術(shù)

? 采用范德華力

如下為X-Celeprint的Elastomer Stamp技術(shù),這屬于pick&place陣營(yíng)的范德華力派。其采用高精度控制的打印頭,進(jìn)行彈性印模,利用范德華力讓LED黏附在轉(zhuǎn)移頭上,然后放置到目標(biāo)襯底片上去。目前采用的彈性體(Elastomer)一般是PDMS。X-Celeprint也稱其技術(shù)為Micro-Transfer_Printing(μTP)技術(shù)。

X-Celeprint: Elastomer Stamp

要實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程,對(duì)于source基板的處理相當(dāng)關(guān)鍵,要讓制備好的LED器件能順利地被彈性體材料(Elastomer)吸附并脫離源基底,先需要通過處理LED器件下面呈現(xiàn)“鏤空”的狀態(tài),器件只通過錨點(diǎn)(Anchor)和斷裂鏈(Techer)固定在基底上面。當(dāng)噴涂彈性體后,彈性體會(huì)與器件通過范德華力結(jié)合,然后將彈性體和基底分離,器件的斷裂鏈發(fā)生斷裂,所有的器件則按照原來的陣列排布,被轉(zhuǎn)移到彈性體上面。制作好“鏤空”,“錨點(diǎn)”和“斷裂點(diǎn)”的基底見下圖所示。

Rogers, J. A., et al. (2011). Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting, PNAS

X-Celeprint在其發(fā)表在“2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference”上面的論文,展示了一些源基板制作的一些概念。如下圖所示,通過對(duì)器件底部的一些處理,然后通過刻蝕的方法,可以制作成時(shí)候這種轉(zhuǎn)移方式的器件結(jié)構(gòu)。但是詳細(xì)的工藝,仍然還有待確認(rèn)。

源基底處理

如下為X-Celeprint公司展示的實(shí)例。

X-Celeprint展示的實(shí)例

? 采用磁力

利用磁力的原理,是在LED器件中混入鐵鈷鎳等材料,使其帶上磁性。在抓取的時(shí)候,利用電磁力控制,達(dá)到轉(zhuǎn)移的目的。

目前ITRI,PlayNitride在這方面做了大量的工作。

? 采用靜電力

Luxvue是蘋果公司在2016年收購(gòu)的創(chuàng)業(yè)公司。其采用的是靜電力的peak-place技術(shù)。其具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)我沒有查到,只有如下的兩個(gè)專利或許能透漏出其細(xì)節(jié)的一鱗半爪。希望后面能得到更多的細(xì)節(jié)。采用靜電力的方式,一般采用具有雙極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭,在轉(zhuǎn)移過程中分布施加正負(fù)電壓,當(dāng)從襯底上抓取LED時(shí),對(duì)一硅電極通正電,LED就會(huì)吸附到轉(zhuǎn)移頭上,當(dāng)需要把LED放到既定位置時(shí),對(duì)另外一個(gè)硅電極通負(fù)電,轉(zhuǎn)移即可完成。

LuxVue專利

LuxVue專利

? 自組裝技術(shù)

美國(guó)一家新創(chuàng)公司SelfArray展示了其開發(fā)的自組裝方式。首先,其將LED外表包覆一層熱解石墨薄膜,放置在磁性平臺(tái),在磁場(chǎng)引導(dǎo)下LED將快速排列到定位。采用這種方式,應(yīng)該是先會(huì)處理磁性平臺(tái),讓磁性平臺(tái)能有設(shè)計(jì)好的陣列分布,而分割好的LED器件,在磁場(chǎng)的作用下能快速實(shí)現(xiàn)定位,然后還是會(huì)通過像PDMS一類的中間介質(zhì),轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上去。根據(jù)推測(cè),這種技術(shù)方式的好處有如下:

避免對(duì)源基板的器件進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)去適應(yīng)巨量轉(zhuǎn)移工藝。

因?yàn)長(zhǎng)ED會(huì)批量切割,因此可以在轉(zhuǎn)移前進(jìn)行篩選,先去除不合格的LED。

采用磁性自組裝,預(yù)計(jì)時(shí)間會(huì)更加快速。

源基板不需要過多考慮目標(biāo)基板的實(shí)際陣列排布,預(yù)期可以有更大的設(shè)計(jì)空間。

Selfarray的官方有視頻,大家可以自己去看一下。

還有一家利用流體進(jìn)行自組裝裝配的企業(yè)是eLux。eLue于2016年在美國(guó)成立,eLux與日本夏普的淵源很深,CEO Jong-Jan Lee與CTO Paul Schuele均出自夏普美國(guó)實(shí)驗(yàn)室(Sharp Laboratories of America)。2017年富士康通過其子公司CyberNet Venture Capital向其注資1000萬美元,2018年有于群創(chuàng)光電,AOT和夏普一起,正式收購(gòu)eLux的全部股權(quán)。所謂流體自組裝,就是利用流體的力量,讓LED落入做好的特殊結(jié)構(gòu)中,達(dá)到自組裝的效果。

eLux流體自組裝

? 選擇性釋放技術(shù)

Uniqarta是一家英國(guó)公司,其采用其成為L(zhǎng)EAP(Laser-Enabled Advanced Placement)技術(shù)。通過激光束對(duì)源基底的快速掃描,讓其直接脫離源基板而集成到目標(biāo)基板上。對(duì)于這種技術(shù)的前景,目前仍然需要更多技術(shù)細(xì)節(jié)的支持。

Uniqarta's LEAP技術(shù)

而Coherent的方案與Uniqarta有些類似,但其也要用到中介轉(zhuǎn)移的載體,不過對(duì)于載體和源基底的分離,其采用的是線激光束。而將LED器件從載體轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底,則采用了點(diǎn)激光。

Coherent技術(shù)方案

? 轉(zhuǎn)印技術(shù)

如下為KIMM公司的轉(zhuǎn)印技術(shù)技術(shù),轉(zhuǎn)印技術(shù)通過滾輪將TFT與LED轉(zhuǎn)移到玻璃基底上面。對(duì)于這種技術(shù),技術(shù)難度看起來非常大,特別是在于如果保證生產(chǎn)良率上面。

KIMM公司的轉(zhuǎn)印技術(shù)

Innovasonic公司的轉(zhuǎn)印技術(shù)

04

MicroLED其它需要關(guān)注的問題

除了巨量轉(zhuǎn)移之外,MicroLED的整個(gè)工藝鏈都需要投入大量的時(shí)間去予以改進(jìn)和優(yōu)化。如下圖所示,為MicroLED產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝鏈,其中就涉及到:襯底材料和尺寸的選擇,外延工藝的選擇,彩色實(shí)現(xiàn)的方案,巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的選擇,缺陷的檢測(cè)維修和整個(gè)工藝鏈上成本的壓縮等等。這必將花費(fèi)業(yè)界大量的時(shí)間去持續(xù)推進(jìn)。

MicroLED工藝鏈

05

總結(jié)

MicroLED作為一種新興的顯示技術(shù),目前在業(yè)界得到了廣泛的關(guān)注。由于其采用無機(jī)LED發(fā)光,所以較LCD,OLED等技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。但是,目前MicroLED收到一些瓶頸技術(shù)的限制,特別是巨量轉(zhuǎn)移工藝上,即使業(yè)界能夠在有所突破,但要真正提高良率,降低成本,也需要花費(fèi)時(shí)日。并且,整個(gè)工藝鏈的完善也非朝日之功,因此,MicroLED要大規(guī)模量產(chǎn)并替代現(xiàn)有產(chǎn)品,應(yīng)該還需要時(shí)間。

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原文標(biāo)題:漫談Micro LED:巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)哪家強(qiáng)

文章出處:【微信號(hào):xiaojianju_LED,微信公眾號(hào):小間距LED大屏幕】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

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