高世代LTPS突破在即,Micro-LED裝機量產

2019 年全球 AMOLED智能機面板出貨約 4.6 億片,同比增長 3.6%。而三星和華為的第二代摺疊屏手機的發佈,也再次掀起了人們對柔性摺疊屏的關注。

高世代LTPS突破在即,Micro-LED装机量产

對摺疊屏手機來說,最大的難題還是屏幕,可彎曲的屏幕現在只有柔性 OLED 面板,目前全球能研發並量產的廠商僅有韓國三星和中國大陸京東方等少數幾家。三星發佈的 Galaxy Fold 及 Z Flip 摺疊手機採用的是自家三星顯示的內折柔性摺疊屏方案,而華為 MateXs 選擇的是國產京東方的外折柔性摺疊屏。

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除了摺疊手機以外,目前其它智能手機也已經逐步加大 AMOLED 屏幕的使用,根據 CINNO Research 統計數據,2019 年全球智能手機屏 AMOLED 滲透率已經達到 24.7%,預計到 2022 年滲透率有望超過 50%。

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在整個 AMOLED 製造工藝中,激光設備是非常重要的一環。涉及到激光的主要製程可以分為以下四類:

1. 激光退火 ELA工藝:在 OLED 驅動母板 LTPS 基板的製造過程中,ELA 激光退火工藝是得到高質量低溫多晶硅的重要工序。

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2. 激光剝離 LLO 工藝:在柔性屏幕方面,LLO 激光剝離技術是將柔性 PI 基底從玻璃背板剝離的關鍵工序。

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3. 激光切割、鑽孔工藝:在全面屏製造過程中,激光切割可以提供更多樣化的屏幕外觀設計,比如目前流行的劉海屏、水滴屏以及鑽孔屏等等,並且製程更高效,產品品質更穩定。

4. 激光修復工藝:在面板全製程中,激光修復技術可以有效提高面板製造良率。

Coherent 相干公司引領激光技術逾 50 年,在顯示行業 LTPS 激光退火領域更是耕耘 25 年,並伴隨著行業逐步成長,佔據領先地位。Coherent 相干始終堅持技術服務客戶理念,不斷提高現有 LTPS 技術,突破 LTPS 瓶頸,並積極開拓 Micro-LED 等新領域。

一 . 降低客戶運行成本提升生產效率,Coherent 相干準分子激光器持續引領 ELA 和 LLO 設備技術發展

在 LTPS 的激光退火 ELA 和柔性 AMOLED 的激光剝離 LLO 工藝中,目前主流使用的均為準分子激光技術(Excimer Laser)。相比固態激光器(DPSS),準分子激光器可以提供更高功率、更穩定的激光束, 這對提高生產效率至關重要,因此成為 ELA 和 LLO 工藝的首選技術。並且在 LLO 工藝中,準分子激光器可適應的製程冗餘度(Process margin)更大,這樣有利於對應不同規格的柔性襯底材料,減少了對現有襯底材料 PI 的技術開發限制。有部分廠商也在嘗試開發使用固態激光器用於激光剝離 LLO 工藝,已有小部分量產但仍有很多技術挑戰需要克服。

對於固態激光器的競爭,Coherent 相干公司產品線管理總監 Dr. Kai Schmidt 表示,Coherent 相干公司已經有充分的技術儲備可以應對。在過去的 25 年中,客戶對退火工藝的質量以及生產率要求已大大提高。事實上,在激光退火工藝中使用固態激光器的研究已經持續了很多年,並且已經有一些項目進入工廠驗證階段,但最終都失敗了。Coherent 相干公司同樣進行過這方面的研究和嘗試,但最終經過深入的研究探討後,還是決定聚焦在準分子技術上。激光退火工藝極其複雜,涉及上百種參數,Coherent 相干公司經過多年研究堅信準分子激光器搭配 Line Beam 系統是目前也是將來最優的技術路徑。

在激光剝離部分, 公司也在積極開發技術措施以降低客戶運行成本。去年 Coherent 相干公司的準分子系統 UVblade 系列開發了 “按需脈衝”(Pulse On Demand)的先進功能,讓激光器僅在實際加工進程中才出光,其它時間(例如,基板載入和搬出時)則處於空閒狀態。這可大大降低運營成本,並延長激光器和光學器件的維護週期。經過一年的實際驗證,該技術已經達到了公司的預期效果,其運行成本比 DPSS 方案低 20%至 50%。Dr. Kai Schmidt 透露,2019 年所有投資 LLO 的中國面板企業都選擇了使用準分子激光技術 Excimer LLO。

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除了降低成本以外,Coherent 相干公司在提升生產效率方面也做出了重大的改進。

在 ELA 部分,公司開發了 LB1500 技術,使得 G6 玻璃可以一次掃描完成製程,相比過去掃描兩次提升了一倍的效率。

在 LLO 部分,Coherent 相干公司開發了一種新的 LLO 系統 UVblade1000。該系統具有 950mm 長的線光束, 對於目前主流的柔性 OLED G6H 基板(1500mm x 925mm), 可以通過一次掃描完成剝離。它除了可以提供更高的生產效率外,還可以提高大板利用率。由於設計者不再需要考慮多次掃描重合區的問題,因此玻璃母板上有機會可以設計更多的面板。Coherent 在其位於哥廷根的德國工廠中可以提供這種新開發的 UVblade1000 的測試服務。

同時, UVblade1000 搭配的 VYPER 激光系統配有 2 根獨立的激光管,在正常工作時可以同時輸出得到高功率激光,在設備保養時可以逐個維護,這樣設備在維護期間無需完全停機,獲得最高稼動率。

二 . ELA 大型化核心技術突破, LTPS 高世代瓶頸打破在即

LTPS 技術相比傳統的 a-Si 技術具有更高的離子遷移率,因此是高階顯示屏的首選背板驅動技術。目前市面上的高 PPI 手機屏以及 AMOLED 手機屏使用的均為該技術。

而 ELA 則是 LTPS 技術中的核心工藝。ELA 的核心技術為高功率的準分子激光器和光學整合系統,後者將激光源射出的初始光束整合成線光束(Line beam)。目前線光束的長度範圍從 750mm 到最長 1500mm,可以實現對 G6(1500mm x 1850mm)玻璃的單次掃描,對應 G8 (2200mm x 2500mm) 甚至是 G10.5 (2940mm X 3370mm) 玻璃,也僅需兩次掃描。

這也意味著 ELA 技術不再受限於 G6 尺寸的玻璃母板,使得 G8 甚至 G10 LTPS 產線成為可能。

三 . 積極佈局 Micro-LED 等新技術領域

Micro-LED 被視為顯示技術的市場擴展,部分觀點認為是下一代顯示技術。相比現有的 AMOLED 技術,高發光效率,高壽命等特性令其受到追捧。

Micro-LED 的產業鏈完全不同於現有的顯示產業鏈,他主要由 LED 芯片供應商,封裝供應商,驅動背板供應商,和巨量轉移方案解決商構成。目前限制 Micro-LED 發展的主要難點在於巨量轉移技術的不成熟。

當前巨量轉移技術路線分為精準抓取,自組裝,激光誘導轉移和轉印技術等。Coherent 相干公司是激光誘導轉移技術的主要廠家。其原理為通過線激光對原基板快速掃描,使 LED 脫離原基板轉移到中介載體,再通過類掩膜的方式精準將 LED 轉移至目標基板。Coherent 相干公司認為激光技術將是巨量轉移理想的解決方案,可滿足微米級的轉移精度要求以及顯示屏生產所需的處理速度。

Coherent 相干公司與系統集成商合作開發並提供了 LED 製程中的剝離設備(Laser Lift off)和巨量轉移設備(Laser Induced Forward Transfer) 。Dr. Kai Schmidt 透露,這些設備都已在客戶端批量裝機並投入實際生產。目前在相干的應用實驗室,也可以對客戶的樣品進行 LIFT 和 LLO 的工藝測試。


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