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抱歉,又要接著談Micro-LED了。有關(guān)Micro-LED的話題,一篇文章豈能夠。昨日,我們談了Micro-LED的巨頭之爭(zhēng),今天,我們將不吝筆墨,從技術(shù)層面談?wù)凪icro-LED的發(fā)展應(yīng)用軌跡。
什么是Micro-LED?
Micro LED的英文全名是「Micro Light Emitting Diode」,中文也就稱作是微發(fā)光二極管,也可以寫作「μLED」。
與一般LED最大的不同之處,當(dāng)然是尺寸。 但是多少的尺寸才能稱作Micro LED,目前仍未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),因此都是制造商各自表述的情況。 以臺(tái)灣晶電的定義為例,一般的LED晶粒是介于200~300微米(micrometer, μm),Mini LED(被稱為Micro LED前身)約50~60微米,而Micro LED則是在15微米。
Micro-LED制造難點(diǎn)
Micro LED主要生產(chǎn)工藝主要包括外延片生產(chǎn)、芯片制造、Thin-film工藝、巨量轉(zhuǎn)移、檢測(cè)與修復(fù)。其中,外延片生產(chǎn)、Micro LED芯片制造、Thin-film工藝跟傳統(tǒng)的LED生產(chǎn)比較相似,企業(yè)只需對(duì)設(shè)備稍加改造就可用于Micro LED制造環(huán)節(jié)。目前的制造難點(diǎn)主要集中在巨量轉(zhuǎn)移、檢測(cè)與修復(fù)方面以及驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)和工藝上。
1巨量轉(zhuǎn)移
巨量轉(zhuǎn)移指將巨量的Micro LED芯片通過(guò)工程技術(shù)轉(zhuǎn)移到TFT基板上。轉(zhuǎn)移的難點(diǎn)在于芯片尺寸太小而數(shù)量又眾多。以一個(gè)3840*2160分辨率的TV屏幕為例,單個(gè)屏幕所需Micro LED芯片829.4萬(wàn)個(gè),需要轉(zhuǎn)移的紅綠藍(lán)子像素高達(dá)2488.2萬(wàn)個(gè),而每一個(gè)LED像素直徑又僅為30μm,目前設(shè)備加工速度約為25000個(gè)單位/小時(shí),因此加工一個(gè)4K屏幕就需要1個(gè)多月。
此外,千萬(wàn)級(jí)的RGB像素也給轉(zhuǎn)移過(guò)程中的良率控制帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。仍以4K屏幕為例,為了將壞點(diǎn)控制在兩位數(shù)以內(nèi),轉(zhuǎn)移的良率需要提高到99.9999%,這就需要Micro LED制程的設(shè)備的精密度需降到±0.5μm。但目前現(xiàn)況轉(zhuǎn)移設(shè)備(Pick & Place)的精密度是±34μm (Multi-chipper Transfer),覆晶固晶機(jī)(Flip Chip Bonder)的精密度是±1.5μm (每次移轉(zhuǎn)為單一芯片) ,皆無(wú)法達(dá)到Micro LED巨量轉(zhuǎn)移的精密度規(guī)格需求。
臺(tái)灣的工研院目前也正在著手研發(fā)巨量轉(zhuǎn)移的相關(guān)技術(shù),而主要負(fù)責(zé)的單位則是電子與光電系統(tǒng)研究所。 電光所所長(zhǎng)吳志毅博士就表示:“目前LED與顯示面板的制程已相對(duì)成熟,最大的困難就在于如何將如此大量的μLED晶粒進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 ”
吳志毅博士指出,雖然生產(chǎn)微米級(jí)μLED晶粒不易,但仍是有設(shè)備可以做到,只是良率與產(chǎn)量的問(wèn)題,例如紅光LED微縮至微米級(jí)會(huì)有硅材質(zhì)易碎的問(wèn)題,但還是有法可行,唯有巨量轉(zhuǎn)移目前仍沒(méi)有一個(gè)好的解決方案。
就因?yàn)榫蘖哭D(zhuǎn)移的良率與效率具備很高的技術(shù)難度,因此目前包含蘋果、三星和索尼都正積極研究突破之道。
吳志毅博士表示,要達(dá)成巨量轉(zhuǎn)移的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單,就是產(chǎn)生一個(gè)作用力將μLED晶粒精準(zhǔn)的吸附起來(lái),然后將之轉(zhuǎn)移到目標(biāo)背板上,再精準(zhǔn)的釋放。 而可以使用的原理有:真空、靜電、沾黏、UV和電子作用等。
關(guān)鍵的問(wèn)題就在于良率可以達(dá)到多少,以及產(chǎn)能是否合乎成本。 如果不考慮產(chǎn)能的話,透過(guò)目前的轉(zhuǎn)移設(shè)備,如Pick-and-Place的方式,也是可以制作出μLED顯示面板,但其成本將會(huì)非常昂貴,除非對(duì)于價(jià)格很不敏感的客戶和應(yīng)用,否則很難有商業(yè)發(fā)展的空間。
目前巨量轉(zhuǎn)移是各家企業(yè)突破的關(guān)鍵點(diǎn)。已有幾家業(yè)者宣布其在小尺寸面板上取得初步的成功,包含臺(tái)灣的镎創(chuàng)科技(PlayNitride)、晶電、蘋果收購(gòu)的LuxVue、日本的索尼,以及韓國(guó)的三星,但這些業(yè)者皆沒(méi)有透露其轉(zhuǎn)移的形式與技術(shù),當(dāng)然產(chǎn)量與產(chǎn)能也沒(méi)有公布。 而在今年CES 2018展上,三星展示的146吋Micro LED電視「The Wall」,其是使用模塊化拼接的方式,達(dá)成了大尺寸面板效果。
近期英國(guó)企業(yè)Optovate Ltd.宣布他們?cè)贛icro-LED巨量轉(zhuǎn)移方面取得了重大突破,他們開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的Micro-LED轉(zhuǎn)移技術(shù),可以將Micro-LED從晶圓上提取到用于顯示和照明的背板上,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的光學(xué)陣列。由于沒(méi)有更多信息,我們無(wú)法了解具體技術(shù)細(xì)節(jié),但是可以判斷,巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)取得突破也不遙遠(yuǎn)了。
2檢測(cè)與修復(fù)
由于單個(gè)LED芯片達(dá)到了微米級(jí),一個(gè)5寸智能手機(jī)的Micro led顯示屏上需要轉(zhuǎn)移的LED芯片也將是數(shù)百萬(wàn)。數(shù)百位顆微米級(jí)別的芯片轉(zhuǎn)移,良率和精度的控制都是目前的技術(shù)難點(diǎn)。另外,當(dāng)微米級(jí)的LED芯片發(fā)生損壞,如何在百萬(wàn)級(jí)甚至千萬(wàn)級(jí)的芯片中對(duì)壞點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)修復(fù)也是一大挑戰(zhàn)。
3驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)
CMOS提供上層LED像素的邏輯開(kāi)關(guān)信號(hào)和電源,分別用于制作CMOS電路板和Micro-LED芯片陣列,通過(guò)高精度共晶焊工藝將兩者連接。其中的技術(shù)難點(diǎn)在于:1)高精度CMOS電路設(shè)計(jì)和加工;2)高精度共晶焊工藝控制,包括焊料選擇、焊球直徑控制和擴(kuò)展控制,低溫共晶工藝。
Micro-LED的發(fā)展軌跡
根據(jù) DIGITIMES相關(guān)分析報(bào)告指出,雖然Micro LED顯示器產(chǎn)品的推出,具有技術(shù)與生產(chǎn)上的難度,但大多數(shù)產(chǎn)業(yè)觀察家認(rèn)為,首批商品化Micro LED顯示器產(chǎn)品將會(huì)在2020年上市。
至于最先上市的商品類型,將會(huì)取決于技術(shù)成熟度、OLED和量子點(diǎn)(Quantum Dots)等競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r、業(yè)者市場(chǎng)策略、以及每項(xiàng)應(yīng)用對(duì)供應(yīng)鏈的特殊要求等多重因素間的復(fù)雜相互作用。
吳志毅博士認(rèn)為,目前巨量轉(zhuǎn)移最可行的制程還是在6寸到8寸晶圓上,并以小尺寸的顯示應(yīng)用為主,大尺寸的顯示應(yīng)用只能透過(guò)拼貼的方式來(lái)進(jìn)行,才能解決生產(chǎn)成本的問(wèn)題;至于使用的技術(shù)形式,則是會(huì)是以吸附轉(zhuǎn)移的方式,也就是利用靜電、 凡得瓦力或其他的作用力來(lái)轉(zhuǎn)移。 Micro-LED的應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)呈現(xiàn)M型化來(lái)發(fā)展,也就是先從極大和極小的兩個(gè)尺寸開(kāi)始,即先從戶外或公共空間的大尺寸顯示屏開(kāi)始,接著是超小型如穿戴式和AR/VR裝置,最后才會(huì)逐漸往數(shù)量最大的消費(fèi)性電子和電視的尺寸來(lái)發(fā)展。 但能不能發(fā)展至主流消費(fèi)性電子產(chǎn)品市場(chǎng),甚至取代目前的OLED電視或LCD電視,則需視屆時(shí)的生產(chǎn)成本。
科技產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)Yole Developpement猜測(cè),就短至中期而言,Micro LED技術(shù)會(huì)先行應(yīng)用在如擴(kuò)增實(shí)境(AR)∕虛擬實(shí)境(VR)裝置的微型顯示器、抬頭顯示器(Head Up Display),以及穿戴式裝置屏幕中。
至于智能型手機(jī)屏幕和電視產(chǎn)品,無(wú)論是在技術(shù)或供應(yīng)鏈要求上仍然充滿了困難。就目前而言,要組裝由2,500萬(wàn)~1億顆個(gè)別Micro LED構(gòu)成的4K或8K顯示器,仍然會(huì)是極度復(fù)雜,并且需要超精確的生產(chǎn)線。預(yù)計(jì),要完成一臺(tái)8K電視的組裝,將會(huì)需要超過(guò)150個(gè)工作日。
來(lái)源:廣東LED
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