本文大概
2814
字
讀完共需
7
分鐘
2019美國拉斯維加斯“First Look”活動期間，三星發表了全新的模塊化75英寸4K分辨率Micro LED顯示器：“The Window”。與三星在2018年CES展會上亮相的“The Wall”相比，“The Window”擁有更高密度的芯片、更佳的分辨率，展品一出，驚豔四座，引發業內關注和討論。當下，Micro LED顯示技術處於蓬勃發展階段，並正往市場應用上靠攏，未來可期。
01
Micro LED知識講堂
Micro LED顯示的結構是微型化LED陣列。目前，單個Micro LED芯片的尺寸可以做到10μm以下，為常規LED尺寸大小的1%。每一個Micro LED可視為一個像素，每個像素可以實現定址控制、單獨驅動自發光。在結構上，Micro LED是一個由P型GaN材料和N型GaN材料相互緊密接觸時形成的P-N結面接觸型二極管。當在P-N結兩側施加一個正向電壓，即對P型GaN一側施加正壓，而對N型GaN一側施加負壓時，就可以使得P-N結兩側的載流子能夠容易地相互移動，進而發生電子空穴的輻射覆合，產生光出射。Micro LED陣列經由垂直交錯的正、負柵狀電極連結每一顆Micro LED的正、負極，通過過電極線的依序通電，以掃描方式點亮Micro LED以顯示影像。
由於Micro LED芯片特殊的結構特點和發光原理，基於Micro LED芯片的顯示屏具有高像素、高色彩飽和度、低功耗、高亮度、快速反應、長壽命等顯著優點。在顯示質量方面，Micro LED單個芯片大小可至10μm以下，因此Micro LED顯示屏可以集成極高的像素密度。根據相關數據顯示，目前市場上搭載OLED屏幕的iPhone X像素密度為458ppi，而Micro-LED顯示可達到2000ppi以上；在性能方面，Micro LED由無機材料構成，相比於OLED易燒屏的有機發光材料，Micro LED屏的使用壽命會更久；在技術層面，Micro LED顯示為單點驅動自發光技術，擁有納秒（ns）級的超快反應速度和效率。例如在VR行業中的應用，由於Micro LED響應速度極快，可以有效解決拖影、延遲問題，消除VR使用者的暈眩感，可大幅提高沉浸感、提升用戶體驗；在能耗方面，以P-N結為典型結構的Micro LED有著高亮度、低能耗的特點，能提高可穿戴設備的續航時間。
正是因為具備如此優異的性能，吸引了三星、LG、索尼、京東方、華星等面板廠商積極地進行技術研發儲備，Micro LED顯示技術正在迅速發展。
02
Micro LED顯示中的關鍵激光剝離技術
Micro LED顯示擁有優越的性能，但是在技術層面還有待突破，其中一項關鍵技術是外延襯底的剝離。基於GaN發光材料的Micro LED芯片，由於GaN與藍寶石晶格失配度較低且價格低廉，所以藍寶石襯底成為外延生長GaN材料的主流襯底。但是，藍寶石襯底的不導電性、差導熱性影響著Micro LED器件的發光效率；同時，脆性材料藍寶石不利於Micro LED在柔性顯示方向的運用，基於以上原因及Micro LED顯示本身分辨率高、亮度高、對比度高等優勢特點，激光剝離藍寶石是必要且關鍵的環節，且激光剝離技術更能凸顯Micro LED的優勢。
激光剝離環節實質上是一個單脈衝掃描的過程，因此對激光束的均勻度和穩定性有極高的要求。正是由於對激光技術和工藝穩定性的極高要求，目前全球擁有該項技術並能用於穩定生產的企業不多，現階段國內以大族激光為唯一用於穩定生產的代表。
激光剝離技術通過利用高能脈衝激光束穿透藍寶石基板，光子能量介於藍寶石帶隙和GaN帶隙之間，對藍寶石襯底與外延生長的GaN材料的交界面進行均勻掃描；GaN層大量吸收光子能量，並分解形成液態Ga和氮氣，則可以實現Al2O3襯底和GaN薄膜或GaN-LED芯片的分離，使得幾乎可以在不使用外力的情況下，實現藍寶石襯底的剝離。
03
激光助力Micro LED顯示突破技術瓶頸
大族顯視與半導體從2013年便開始對激光剝離（Laser Lift Off，簡稱LLO）技術進行研發及技術儲備，針對GaN基Micro LED和垂直結構LED晶圓藍寶石襯底的剝離，成功研發並推出全自動LLO激光剝離設備。
設備採用全固態半導體（DPSS）激光器作為光源，自主研發的266nm波長可用於穩定生產的激光倍頻模組，具有穩定週期長、維護成本低的優點；激光光束、功率穩定，激光效率遠高於國外的準分子設備，優越的加工性能尤其對於一些特殊的外延襯底（如圖形化藍寶石襯底等）的剝離表現優異；聚焦焦深長達1000μm，對於有翹曲的晶圓，在一定範圍內也可保證很穩定的剝離效果；設備穩定性好，可全自動上下料、24小時持續生產，大幅節省人力成本；加工幅面大，可選擇性加工2~6寸晶圓，並搭載高精度CCD相機，能精準實現區域剝離；加工效率高，以4寸晶圓為例，單片加工完成只需140秒左右，而傳統準分子設備需要300秒以上。優異的性能表現使得設備已在行業內多家光電公司、研究所和高校通過性能驗證並穩定運行。
大族自主研發的全自動激光剝離設備
Micro LED激光剝離後效果圖
大族顯視與半導體在LLO激光剝離技術領域內不斷積累行業經驗、完善技術儲備，持續改進並優化工藝，積極進行設備更新換代，使得技術與設備具備核心競爭力；同時，大族顯視與半導體提交了激光剝離技術、設備整機相關的專利申請。
大族顯視與半導體對Micro LED其他技術領域也在積極地進行戰略佈局，對於其發展中遇到的更多技術難題，也可提供對應的解決方案：
1、目前可針對多大單元的Micro LED芯片進行穩定且高良率的激光剝離？大族顯視與半導體可針對市場上已經出現的最小單元顆粒為10-15μm的Micro LED進行激光剝離。
2、如何將這些微米級別的LED轉移到基板、如何黏接、電路如何驅動？激光剝離後的巨量轉移成為目前各個LED廠與面板廠的研發重點，大族顯視與半導體致力於Micro LED的相關工藝的研發，目前配合進行的相關的巨量轉移方案有激光D-bounding的轉移方案與接觸式搬運轉移方案。
3、Micro LED由於波長一致性差導致LED顏色不均，因此想要做出一整塊像現在智能手機大小的Micro LED面板，良品率非常低。針於Micro LED芯片的光學性能、電學性能的檢測也是後續的一大難點，目前大族顯視與半導體在進行檢測方面的技術研發。
Micro LED技術的發展過程還是有諸多瓶頸，但歸功於Micro LED的優勢與優點，該技術仍然是未來發展的一大亮點。大族顯視與半導體作為國產化高端裝備領先供應商，始終追隨市場需求、走在相關行業應用技術的前列，為企業提供專業激光解決方案。
Recommended reading
點擊下列標題 發現更多精彩
| 12家封裝企業“成績單”對比：東山精密成“淨利王”
| 新三板照明企業的2018：喜憂參半
| 高工圖說|本週你應該知道的LED行業十大數據
| 科銳與首爾半導體最新業績出爐：營收一升一降
| 擺脫三星束縛，蘋果iPhone將搭載Micro LED屏幕
不一樣的視角，看LED未來
閱讀更多 高工LED網 的文章
