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Micro LED量產幾道坎,芯片難關居首位

來源:電子信息產業網

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞:Micro LED

    憑借高解析度、高亮度、高對比度、高色彩飽和度、低功耗、反應速度快、厚度薄、壽命長等諸多優勢,Micro LED被認為是最具潛力的新型顯示技術之一。經過幾年的耕耘與沉淀, Micro LED新型顯示技術已取得了關鍵性突破。11月30日—12月1日,由四川省人民政府、工業和信息化部主辦的2022世界顯示產業大會在四川省成都市舉行。大會同期舉辦了“Mini/MicroLED顯示關鍵技術主題論壇”,論壇上,與會專家及企業家在肯定Micro LED發展前景的同時亦指出,Micro LED距離成功仍有幾步之遙,能否成為“最佳顯示技術”尚需要產業界合力跨越幾重難關。

    Micro LED應用將分四個階段推進

    Micro LED被認為是“終極顯示”解決方案,應用前景及其可創造的價值極具吸引力,商顯、高端TV、車載與可穿戴設備等應用新契機持續實現蓬勃發展,相關上下游產業正在重塑顯示生態圈。

    成都辰顯光電有限公司總經理黃秀頎認為,玻璃基Micro LED顯示具有優異的性能和多變的功能,有望在商顯、高端TV、車載和可穿戴等領域獲得廣泛應用,市場潛力巨大。其新增設備、材料將成為產業發展重要機遇,并有望重塑顯示產業生態圈。Micro LED可以實現大尺寸自由拼接顯示應用,模塊化封裝和側壁走線等技術使得自由拼接成為可能。Micro LED也可以實現交互器件集成應用,未來的屏幕有望變成一個平臺,可通過傳感器實現交互等各種功能,突破“顯示”概念。器件層面的革新能夠帶來功能層面的革命,3D顯示、3D交互,再疊加5G、大數據等新興技術,未來全息顯示這一發展方向無疑令人激動。玻璃基Micro LED可覆蓋大中小尺寸產品應用領域,市場規模預計從2024年起高速增長,有望構建新的上下游產業生態鏈。

    Micro LED大型顯示器歷經多年研發后,今年正式邁上量產里程碑,成為相關零組件、設備與制程發展中豐沛的推進動能。更多廠商的加入與持續微小化的發展趨勢,促使Micro LED產業不斷實現新的技術突破,市場規模也不斷擴大。

    三安光電股份有限公司副總經理徐宸科在談及Micro LED顯示大屏市場及技術趨勢時表示,該市場具有持續增量。從LED直顯顯示技術來看,隨著應用領域的增加,整個顯示產業在向更小間距方向發展,轉移速度會更快且更有效率。作為Micro LED微間距顯示技術之一,fine pitch技術是連接背板與芯片的橋梁,未來將成為顯示大屏領域的主流技術。fine pitch產品在生產制造過程中同樣具備優勢。fine pitch產品在打件部分需要的時間更短,維修更加容易,可以在玻璃基和PCB上使用,還有助于擴展更小的點間距。產品優勢方面,由于fine pitch使用先進的Micro LED芯片,再疊加巨量轉移技術和先進封裝技術,因此與Mini LED相比具備更高的對比度和超廣可視角??傮w而言,他認為fine pitch技術是目前最好的解決方案,可以加速Micro LED在大屏領域的商業化進程。

    除大型顯示器之外,Micro LED具備可搭配柔性、可穿透背板的優異特性,有望在車用顯示與穿戴顯示中嶄露頭角,開創出一條與當前顯示技術與眾不同的應用新商機。而更多廠商的加入與持續微小化的發展趨勢,將是促使芯片成本持續下降的關鍵。

    利亞德集團副總裁兼首席技術官盧長軍認為,Micro LED的應用分為幾個階段,其中第一階段和第二階段著重于商業應用領域,分別是更高分辨率的大尺寸商業顯示和更小空間(會議室)的商業應用。第三階段是在AR/VR、車載等需要更高分辨率和可靠性的領域。第四階段則是在成本敏感度更高的手機、平板等消費電子領域。預計Micro LED最終將向無襯底方向發展,芯片尺寸還將進一步縮小。從技術上講,未來大尺寸Micro LED顯示將不再追求間距的縮小,畢竟p0.4左右的間距已能夠滿足大部分拼接屏的應用要求。而極致的畫質、可靠性和穩定性將成為Micro LED發展的最大追求。比如,優秀的低灰表現、AM(有源矩陣)的無閃爍、更寬的色域及飽和度可能將成為利亞德的技術發展方向。從產品和應用端而言,Micro LED應用將不再拘泥于傳統拼接墻,利亞德將針對不同需求開發多樣化的產品,使技術真正服務于產品和應用。

    Micro LED量產尚需邁過幾道坎

    未來的顯示應該能夠解放雙手,將多種功能集中到屏上,實現交互。這就要求顯示必須具備高對比度、高PPI、高亮度,甚至是擴展現實。當前,Micro LED能夠滿足未來顯示產業的發展需求,但產業化進程仍有待提速。

    康佳集團技術研發中心總經理林偉瀚表示,總體而言,Micro LED的產業化首先要實現芯片量產、性能持續優化;其次,巨量轉移需要結合修復才能實現產品的批量生產;再次,在驅動微電流條件下,Micro LED的生產效率還需要進一步提高;最后,產業生態仍在建設中,硬件成本需持續下降。

    隨著Micro LED大尺寸顯示器正式開啟量產,巨量轉移方式逐步由現行的拾取方式邁向速度更快、利用率更高的激光雷射轉移方式,同步優化了Micro LED的制程成本。盡管如此,當前Micro LED仍面臨量產問題,生產性還有待提升。

    東麗先端工程技術(上海)有限公司董事長兼總經理董剛表示,業界要考慮如何提高Micro LED的生產性,這其中就包括修復。電視中有上千萬LED,如果被轉移到基板上,即使良率能夠達到99.99%,最后需要修復的地方仍然很多,會花費很長時間。還要解決顯示器亮度不均勻的問題。另外,在量產速度、良率和成本方面,Micro LED與當前已經非常成熟的液晶相比仍不具備優勢。雖然業界已經在巨量轉移方面做了不少工作,但Micro LED距離真正實現量產仍有一段較長的路要走。巨量轉移主要有兩種技術,一種是Pick & Place,另一種是激光巨量轉移。在激光巨量轉移方面,東麗做了很多工作,正在研發相關材料與設備。

    除基礎工藝能力外,玻璃基Micro LED也面臨著一些產業化挑戰。對此,黃秀頎總結為三大問題:一是顯示均一性問題;二是適用于Micro LED顯示的驅動架構問題;三是無縫拼接問題。黃秀頎表示,辰顯光電專注于玻璃基Micro LED顯示的技術研發和產業化,目前已在團隊、產線、技術、知識產權等方面進行了全面布局,希望與產業鏈合作伙伴協同創新,快速推動產業發展進程。

    基于自身具備的微小尺寸,Micro LED也對檢測提出了更多挑戰。Inziv公司CEO David Lewis針對這點表示,在Micro LED產業發展早期,業界更加關注Micro LED的芯片微縮化、芯片設計、效率提高和巨量轉移等方面。但如今Micro LED的關鍵挑戰在于檢測、修復和亮度管理,Micro LED需要合適的設備來實現量產。當前Micro LED制造最根本的問題是極低的良率。針對導致其良率低下的結構缺陷、材料缺陷或熱缺陷,業界需要開發一種快速的EL(電致發光)解決方案,以實現對Micro LED缺陷的快速檢測。

    繼液晶顯示之后,Micro LED是新一代顯示迭代技術的有力競爭者,Micro LED芯片無疑是其中的關鍵環節。據了解,Micro LED尺寸只有原來主流LED芯片的百分之一,達到幾十微米量級。由于芯片尺寸小,傳統的植球打線方式將嚴重降低芯片的發光比例,因此剝離掉藍寶石襯底的垂直結構就成為了Micro LED主流芯片結構。

    上海芯元基半導體科技有限公司董事長郝茂盛表示,從LED到Mini LED,芯片技術、芯片工藝本質上并無較大差別,只是芯片尺寸在發生變化。Micro LED發展本質的變化是,不能通過藍寶石襯底的減薄劃裂來完成芯片分割,而是要把GaN芯片直接從藍寶石襯底上剝離下來。行業現有的襯底剝離技術只有激光剝離技術,這個技術本身是一個破壞性工藝,在國內不是非常成熟,這是Micro LED芯片面臨的第一個問題。第二個問題是Micro LED芯片的位錯密度問題,該問題對Micro LED芯片一致性的副作用非常大。最初GaN LED外延中的位錯密度高達1010,盡管位錯密度很高,但發光效率也很高。氮化鎵LED在日本產生之后,經過三十多年發展,工藝優化已走到天花板,位錯密度達到5×108。但由于現有LED技術位錯密度太高,發展Micro LED可能對后續產品發展有很大制約。因此,延續現有LED芯片技術并發展Micro LED要解決兩個問題。其一是進一步降低氮化鎵材料位錯密度,其二是找到一個比激光剝離技術更好的剝離技術。


    (審核編輯: 智匯聞)

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