【图文实录】Micro-LED技术路线图解读

Micro-LED不仅仅是尺寸的缩小,它的意味着芯片尺寸、结构、制造工艺、转移技术和应用的全面升级,是一个全新的产业链。

【分享主题】Micro-LED主题报告(三)MICRO-LED技术路线图解读

【分享时间】3月27日(周五)14:00-15:00

【分享嘉宾】蒋振宇 深圳第三代半导体研究院光电器件研发总监

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▌以下为整理的分享内容(略有删减)。

《Micro-LED技术路线图》是第三代半导体产业技术创新战略联盟去年组织国内的大学、科研院所,以及相关企业专家一起成立的工作组,一起编撰的技术路线图。在这里由我和大家一起来解读。

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今天要和大家分享《Micro-LED技术路线图》编撰的历程,以及从《技术路线图》中截取的一些内容。其中包括Micro-LED产业发展现状及趋势,涉及Micro-LED显示应用、超越显示应用。本次分享的重点还是Micro-LED技术路线分析,主要是衬底和外延技术、芯片技术、封装技术、驱动控制技术等。最后分享产业技术路线图总结。

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《Micro-LED技术路线图》编撰背景主要组织单位是第三代半导体产业技术创新战略联盟,由联盟发起,深圳第三代半导体研究院参与。该技术路线主要是面向未来2020年-2035年,编撰Micro-LED这一新兴技术产业发展和技术路线的分析和预判,为业内提供参考。

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编撰工作由去年6月份,由联盟发起。面向2035中长期规划,提出对Micro-LED技术路线图的要求。联盟组织国内相关科研院所,企业界专家,进行分工讨论。第一周时,提出提纲和分工,后期将提纲和分工分派给各个单位。由各个单位专家撰写,搜集素材,最后通过开会反复不断的修稿,最后形成技术路线图。

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该技术路线图由联盟进行进度安排,跟进进度。从6月份启动开始,7月份、8月份编写初稿。9月份-10月份,进行讨论修改。

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主要参与编撰的专家主要是北京大学的王新强教授、深圳第三代半导体研究院光电首席科学家闫春辉博士等。其中一些主要的章节,主要是由大学的教授、学者负责搜集编撰。产业界的朋友们提供相应的素材,最后经过讨论形成技术路线图。主要的编撰的作者有刘召军、汪莱、严群、刘斌、田朋飞、汪勇、何书专、陈志忠、季渊、龚政等,还有企业界的专家们,这里我就不一一介绍了。该路线图集合了业内顶尖的专家们共同编撰。

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该路线编撰的目录先分享一下。第一章是产业发展现状及趋势。主要介绍了整个Micro-LED产业发展的背景,其中重点提及Micro-LED显示应用,包括中小尺寸高PPI显示,中大尺寸低PPI显示。用这样的方法把显示应用分成两个类别。此外,超越显示应用也划分到该部分内容。包括车载应用、可见光通讯应用、生物医学应用、三位空间交互成像应用。

第二章内容相对来说比较多,关于技术部分。主要分为四大块,首先是衬底和外延技术,包括衬底外延蓝绿光、红光以及新型的技术路线。第二、芯片技术中,包括产品分析、技术分析,此外,路线图中涉及了当芯片尺寸很小时,整个工艺制程会遇到的很多问题和解决方案。第三、封装技术。该部分是《Micro-LED技术路线图》的重点,其中包括了色彩转换技术、巨量转换技术、检测修复技术。第四、驱动控制技术。该部分包括TFT驱动发展分析、CMOS专用驱动技术分析。

第三章详细的分析了Micro-LED应用,包括了VR/A应用、投影显示、小尺寸可穿戴式应用、手机、平板电视的显示应用、车载应用、超大显示应用等。

第四章是关于Micro-LED专利分析,对于Micro-LED全球专利态势分析,以及对国内Micro-LED业界专利布局的指导性意见。

第五章是总体产业技术路线图总结。

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今天的内容解读没有办法对全书进行一一分享。今天主要截取了前两节Micro-LED显示的应用及超越显示的应用作一些简单的介绍,另外重点要分析Micro-LED技术。最后是产业技术路线图的总结。在这里只是简单的介绍,详细的内容,可以在路线图发布后了解。

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首先关于产业发展现状及趋势。我会分享Micro-LED的发展背景及产业现状、显示应用及超载显示应用。

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首先什么是Micro-LED?这张图被多次引用,一个传统的LED,尺寸从1mm-200μm作为一个发光的器件和背光的器件。Mini LED 也可以作为背光、小间距显示屏、大尺寸显示屏。尺寸到50μm以下,被认为是Micro-LED显示的领域。但是Micro-LED在尺寸缩小的同时,整个器件的结构、设备工艺、工作电流以及特性等技术都发生了根本性改变,传统LED、LED小间距屏,所用的技术及驱动的方式都不再适用Micro-LED。

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所以Micro-LED不仅仅是尺寸的缩小,它的意味的芯片尺寸、结构、制造工艺、转移技术和应用的全面升级,是一个全新的产业链。与传统LED、Mini LED作对比。传统的LED可以做背光或照明,Mini LED可以做背光,也可以做小间距显示,Micro-LED可以做自发光的显示屏。通常来说,传统LED、Mini LED都是50μm以上。但是通过图中展示,可以看到它不仅仅是尺寸在50μm以上,它是一个三维的结构,还包括了100多微米厚的衬底。但是Micro-LED因为尺寸的进一步缩小,没有办法保留衬底,需要把衬底全部移除掉,只剩下非常薄的外延层的器件。因此,这个器件结构带来了非常多的技术挑战。比如芯片工艺的挑战。在传统LED、Mini LED大多数用蓝宝石衬底,在class 1000的超净室就可以完成制备,但是对于Micro-LED,这么小的薄膜的器件, 100甚至10级以下的超净室才能实现制备,同时制备的设备,包括steppers、ALD等这些新设备都会涌现出来,这与原来的产业是完全不一样的,需要彻底地升级。此外,传统LED、Mini LED的Assembly的转移可以用机械臂做。但是对于Micro-LED需要开发新的技术方法,比如巨量转换技术。

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关于Micro-LED产业链是非常漫长的,从传统的LED Epi外延材料的生长,外延材料中用什么样MOCVD设备做材料生长?采用单片还是多片的腔体?用什么样的衬底?多大尺寸的衬底?芯片的制备工艺,是做垂直的芯片还是倒装的芯片?使用现有的LED Fab,还是需要用LED Fab升级到IC Fab?

怎样把自发光的像素点转移到背板或者是驱动电路上?不管是用单片的集成,还是用Pick and Place 巨量转移等各种各样不同技术转移办法来实现?更进一步,转移后的所有芯片,为了形成一个彩色显示,需要实现RGB,即红、绿、蓝三种不同的发光像素单元。包括用RGB三种不同的颜色的LED,或者其他的一些办法来实现彩色的转换。

屏幕完成后,需要做测试,做PL?还是EL测试?以及以后出现坏点后如何做修复?并与Back Plane结合起来,形成一个真正的显示屏的消费级产品。

Micro-LED的产业链可以粗略地分成六大块,但总的来说,从开始的外延材料,到最后消费电子,每一个产业链环节,都不是非常成熟。并且前后的产业链都需要相互的配合来进行技术开发。比如像素点的转移技术(pixel placing),必须要前端外延芯片技术的配合,也要和后面的基板技术配合起来,才能实现转移,获得消费级显示屏。显示屏的制备,当然也会与前面的外延、Pixel Placing、测试和分选的技术路线是相互关联。这些技术是密切关联的,需要大家互通、协同,一起来开发,最后找到一条最优的产业化路径。这一点也是Micro-LED的难点,也是和其他技术不一样的新产业。

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这是Yole的Micro-LED产业链地图,把其中更细分了一些。总体来说,不管在产业链的哪一个环节,现在看起来,都非常拥挤。目前国内外已经有一百五六十家企业宣称进入这一领域。国内基本也有六十家企业和研究机构进入Micro-LED领域,在产业链各个环节发力。所以,Micro-LED在整个国际上关注度非常高。在现在这个阶段吸引了众多高校、研究所,以及企业的关注,进行投资,希望能在某个产业环节上开发出独特的、有优势的技术。

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在应用市场上,Yole做了这样的预测。该图中,最开始在AR、Smartwatch等电子产品中,还有超大屏的显示,将在2021年慢慢进入市场。再往后,超大屏的显示应用也会慢慢地进入市场,最终2025年,或者甚至产业链成熟到一定阶段以后,手机屏、电脑屏、电视屏等中小尺寸的屏也可以应用Micro-LED。到这个阶段时,Micro-LED终能够取代LCD或是OLED,成为下一代革命性显示技术。当然其中还需要多年的技术、产业整合、资源投入等关键要素。

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在应用市场上,Yole做了这样的预测。该图中,最开始在AR、Smartwatch等电子产品中,还有超大屏的显示,将在2021年慢慢进入市场。再往后,超大屏的显示应用也会慢慢地进入市场,最终2025年,或者甚至产业链成熟到一定阶段以后,手机屏、电脑屏、电视屏等中小尺寸的屏也可以应用Micro-LED。到这个阶段时,Micro-LED终能够取代LCD或是OLED,成为下一代革命性显示技术。当然其中还需要多年的技术、产业整合、资源投入等关键要素。

小尺寸高PPI显示,PPI为每英寸下的像素数目。对于AR/VR应用来说,通常需要高像素密度、高刷新率、高填充率和低成本。作为该应用比较流行的技术是LCoS、OLEDoS、LEDoS,其中LEDoS技术指的是Micro-LED技术。相对来说,LCoS、OLEDoS是现在市场的主流。希望在明后年开始,AR/VR会有些Micro-LED屏渗透。像素密度大于2000PPI,每个英寸是2.54cm,基本上每个像素的尺寸要小于10μm。如果是彩色屏,10μm里面要包含3个像素点,如果是单色屏,10μm里面包含1个像素点。关于工艺路线,比如Wafer Bonding,每个像素与每个像素点对准以后做键合。Thin Film Transfer整个外延层转移到基底上后做半导体工艺获得像素点。预计2021年开始,AR/VR开始进入市场,期待到2025年,五年以后,能够达到一千万数量级的出货量。

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大尺寸的低PPI显示。超大显示墙,三星的The Wall这样的特别大的高端显示墙应用。现在传统的Mini LED、小间距技术也可以做出来,但是成本相对比较高。特别土豪的消费者会采用。

大尺寸的电视机。成本技术继续往前走,走到高端的电视机先可以进入到一些中产以上的消费群体,预测在2023年左右慢慢进入。

对于平板电脑和智能手机来说,实际上现在OLED、LCD技术已经非常成熟,而且Micro-LED在成本方面,很难与其他两种技术竞争,所以可能需要更长的时间,等整个产业链的成熟起来,和成本下降以后,才有可能进入这两个领域。

但对于超大显示墙、大尺寸电视机,Micro-LED还是有优势,与LCD相比,它可以采用无缝拼接的技术,成本和技术都有优势。

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对于超越显示应用,即显示以外的应用,现在比较有潜力的主要有四个方面。

车载应用,在车上面会有Micro-LED屏,大屏化、高清化、交互化智能应用。由于车载应用安全门槛比较高,预期2020年会有一些市场,2024年、2025年以后,会有原型样机或者类似的渗透到消费市场里。

可见光通讯,有Micro-LED发光器件同时做光通讯应用。光通讯是当前研究界非常大的热点。LIFI技术未来取代WIFI技术,还需要更长的时间。期待它在2025年以后,会有一个10亿以上市场的规模。

生物医学应用。目前韩国、日本的一些研究组发现用Micro-LED光源植入到生物体内,可以治疗某些肿瘤等类似的疾病。光治疗,尤其是使用柔性衬底的Micro-LED光治疗,目前是研究界刚刚兴起的热点。

智能显示。该应用包括发光,光通讯、光信号探测同时进行的智能应用。该方面也是一个比较前沿的研究。希望以后慢慢地打开它的消费市场。

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接下来分享Micro-LED的技术问题。我会着重讲一下衬底技术、外延技术、芯片技术以及封装技术。

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图中展示了从蓝宝石和硅衬底尺寸的演进。关于衬底尺寸的大小,大家都在追求更大的尺寸。这是整个半导体IC工艺不断进步的趋势。大尺寸衬底,会带来良率的上升,带来整个成本的降低。尤其对于LED产业来说,蓝宝石衬底主流还是4英寸。基本上4英寸蓝宝石工艺,远远落后于硅衬底发展了五六十年的IC产业成熟的工艺。如果想要升级类IC工艺,衬底的尺寸至少要到6寸、8寸以上,才能够升级到与类IC工艺兼容。目前,对于蓝宝石来说,还相对比较困难。对于硅衬底来说,半导体工艺是兼容的,但还有一些材料生长的技术问题。

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在衬底上面要生长LED发光层的材料,与现有LED外延技术相比,Micro-LED外延又有非常不一样的要求。Micro-LED作为显示应用,有更严格的要求。人的眼睛非常敏感,2nm波长差异,人的眼睛可以非常清晰的捕捉到,因此对于整个生产过程中,对外延的均匀性提出了更高的要求。普遍业界认为,外延的均匀性要做到2nm以内无分选,并且满足后续巨量转移的要求。此外,对衬底的翘曲率也要严格的卡控,这是为后续的芯片工艺所考虑,当Bow超过50μm时,后续的光刻工艺偏差会造成线宽卡控的困难,尤其是Micro-LED尺寸做到越小时,该部分操作越关键,所以Bow翘曲的控制,也是为了芯片工艺的良率和线宽的卡控。另外,整个Wafer表面的Particles和Defects需要严格控制,业界普遍认为要小于0.2cm2。对于4寸片来说,不能超过15个Defects或者Particles。这也对MOCVD设备和工艺环境都提出了新的技术要求。该图展示的是Vecco和Allos合作制作出的大尺寸效果,其中Std小于1nm。

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Micro-LED产业的局限性。Yole总结了关于LED厂商、显示领域的厂商,以及做转移封装领域的厂商。这三块产业实际上非常分立。LED厂商一般来说局限于6英寸以下,主要为4英寸的显示及照明的技术应用。LED产业界人士对于显示屏的产业了解并不多。同时,做显示屏的厂商现在大部分用OLED、LCD成熟的技术,他们对于LED产业的Ⅲ-Ⅴ族的半导体材料外延、器件的制备、半导体工艺等没有经验。封装 Mass transfer、Pick and Place等技术目前是完全是空白的状态。所以这几个重大的领域之间是分裂的。怎么样想办法把LED和显示领域,新兴的transfer整合起来,是Micro-LED未来的关键。我们认为,硅衬底的Micro-LED外延技术是可以把两个产业链融合起来,硅衬底还可以把IC工艺一起整合起来。所以,硅衬底的Micro-LED技术可能是未来Micro-LED显示未来发展的一个关键。

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为什么硅衬底目前还不是LED界的主流呢?主要是因为硅上面生长GaN材料比在蓝宝石上面生长GaN材料要困难得多。原因有以下几点。第一,GaN生长在Si上面,是一种异质外延。晶格常数适配达17%,是非常大的。第二,生长的条件在一千多度,生长后回到室温下会有一千度的温差,材料的热膨胀系数不同又会造成巨大的应力,GaN和Si有超过56%热膨胀系数的差异,所以材料生长困难。第三,GaN中的Ga原子本身与Si会发生刻蚀反应。如果把GaN直接长到Si上面,就会被刻蚀反应掉。所以现在国际上比较流行的是在Si上面生长AIN,作为缓冲层,在缓冲层上再生长GaN材料。这需要非常精细地控制AIN材料和界面,以及在缓冲层材料上生长高质量的GaN材料,这些都是当前技术方面的挑战。国际上也有一些尝试,比如刚才展示Allos、Vecco以及国内的厂商也在做这方面的工作和努力。我们研究院也有一些自己独特的技术。

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波长的均匀性。用蓝宝石和硅两种不同的衬底时,生长时所有的衬底放在一个石墨盘上。通过加热石墨盘把温度热力传输到GaN和硅片上。在外延生长时,整个的波长对温度非常敏感,基本上两个表面温度差1℃,波长会有差异,比如蓝光会有2nm差异。如果整个Wafer内的均匀性达到小于2nm,意味着样品表面的温度不能超过1℃,这是非常有挑战的工作。对于现有的MOCVD设备来说,用Pyrometer用980nm激光测量表面的温度。对于硅来说,硅是一个不透明的物体,这束光可以直接打到硅上面,实时读取到硅片上表面的温度,进行实时控制。对于蓝宝石衬底来说就比较困难。蓝宝石是透明的材料,激光打过去,测到的是石墨盘的温度。通过间接的石墨盘温度的控制来控制蓝宝石表面的温度。所以在控温的直接性和有效性方面,硅比蓝宝石更好一些,对于提升波长的均匀性是有帮助的。

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同时外延材料方面,大部分厂商硅基GaN材料,缺陷密度都超过3×108 cm2 ,相对于蓝宝石来说,缺陷密度比较大。对于未来Micro-LED需求需要把缺陷密度降到1×108 cm2 以下,才会和蓝宝石方面有竞争。对于降低缺陷密度来说,提升AIN材料质量非常关键。用现有的生产LED的MOCVD设备来说,有一些先天的局限性。比如反应器硬件的设计、Chamber设计都会需要一些新的设计提升。从外延材料生长工艺来说,也是有同样的问题,需要提升外延的质量。

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总的来说,从衬底尺寸、晶体质量、衬底成本进一步分析蓝宝石与硅衬底。蓝宝石衬底最大做到6寸,硅衬底可以做到8寸,甚至12寸,这方面硅衬底有优势。晶体的质量方面,蓝宝石更好一些,硅衬底需要持续的优化,才能达到效果。波长均匀性,硅衬底控制更好一些。芯片工艺方面,硅衬底的芯片工艺不需要进行激光剥离,可以进行研磨去除,做到无损伤。蓝宝石衬底需要进行激光剥离损伤大。关于转移衬底,硅和硅同质转移衬底,有更好的性能。所以芯片性能总的来说,两者差不多,其中蓝宝石可以做倒装也可以做垂直,硅衬底只能做垂直。芯片可靠性方面,硅衬底无损伤的情况下,也有一些优势。所以从这个角度来说,未来要做到更大尺寸和后续工艺的结合,硅衬底是一个不错的选择。

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Micro-LED芯片和LED芯片有一些不同的特征。LED芯片都是在大电流下照明区间,主要的工作希望减少大电流下的Droop效应。Micro-LED芯片在2A/cm2 以下工作区间里,主要是减少非辐射复合提升材料的质量。它与照明用的LED芯片是不一样的。同时,芯片工艺尺寸越来越小的情况下,效率峰值向大电流密度方向移动,即向右偏。而我们希望它能往左偏,所以这也是一个需要克服和解决的问题。

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目前来说,倒装芯片结构和垂直芯片结构是主要的两种不同的Micro-LED芯片结构,对于分辨率高的来说,需要垂直结构,分辨率低的可以用倒装结构。因倒装结构电极在同一面,所以它的尺寸不能做到太小。倒装结构可以直接运用巨量转移工艺,垂直结构巨量转移后还需要额外的激光剥离工艺和电极工艺,工艺相对复杂。对于芯片成本来说,各有优缺点。

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目前来说,市面上比较常见的Micro-LED芯片结构有三种。

1、Chip on Wafer,就是在整个Wafer出货,单片集成的方式会比较多一些。

2、弱化结构。该结构做巨量转移配合弹性膜或滚轴转移技术等。

3、完全放置在临时基板上的的Freestanding Chip on Carrier,该结构可以配合激光转移、弹性膜、滚轴转移技术。

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芯片做好后要与驱动基板键合。目前讨论最多的两种键合方式是:巨量转移技术和单片集成技术。巨量转移技术将30微米以下尺寸的薄膜芯片从Wafer上转移到基板上,实现大面积应用。单片集成技术要么是精准的焊接到显示基板上,要么是整面的Wafer转移到基板上,然后再做半导体工艺,一个一个地分开,和基板上的驱动电路结合起来。这样的做完全受Wafer的限制,一般来说只适合做小面积高PPI显示,如AR/VR的应用

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巨量转移技是目前非常热门的技术。目前已有很多报道,但是报道只是集中于专利,样机还是非常少见。因为各大公司的保密、技术方面的要求,所以工艺、精度、良率、转移速率、成本等综合性能指标,以及详细的设备资料鲜有公开。主要的六种方法,静电力、电磁力、范德华力印刷、滚筒式、激光以及自组装。哪种技术可以胜出,现在还是问号。现在只是Demo样品出来,但是其良率、成本还需要时间的检验。

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关于电磁力吸附、静电吸附技术方案,因为很多的公司未公开,所以设备的开发情况还不了解。流体装配,有一些实验机,但是也不是特别的公开。现在大家听到比较多的是弹性印模转移。激光转移也有一些厂商宣称正在开发,市面上没有。所以这些都是未知数。

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单片集成技术最开始Texas Tech University做的一颗芯片的对位键合技术,后续Strathclyde University、以及港科大/南科大都做了这样一些工作。还有一些整片Wafer的集成,比如国内北大青鸟、法国CEA-Leti、英国的Plessey。单片集成一般来说还处在单色光的阶段,还没有彩色的样品。

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要做彩色的产品必须要进行混色技术。现在比较常用的有两种方式。一种是RGB,即蓝、绿、红三种不同的芯片通过三次巨量转移,转移到驱动电路上,实现混色。理论上会得到一个效果非常好的显示屏,但是因为三次巨量转移,三次不同的修复,三种不同材料体系的芯片工艺也会增加它的成本,这也是一个需要考虑的问题。

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量子点混色技术是采用单色光显示屏,比如蓝光或紫光,然后用量子点进行混色。优点是只做一次巨量转移,成本低,易操作。但是量子点本身材料的稳定性,颜色的稳定性,还有能量的损失,这些都需要进一步开发。

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量子点混色技术也是当前一个热门的技术。有四种不同的技术方案,包括喷墨打印技术,直接用量子点黑水喷进去,用布进电动机来控制每个滴墨位置,一个一个滴到想要的位置上。气雾喷流打印,是将量子点油墨雾化,然后喷到指定的位置。光刻技术,一种是网格式的,把量子点涂上去,然后再刮掉,得到自己想要的量子点模。另一种如图所示,光刻就像半导体的光刻工艺一样,通过黄光工艺,曝光牵引,最后得到想要的量子点的图案。弹性印章转印,类似于巨量转移,把量子点Pick up 提起来放置到想要的位置上,从而完成量子点的转移。

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量子点未来线宽能够做到5微米以下,同时寿命也是一个考验,希望四五年以后,可以达到10000小时。量子效率提升到95%以上。这样的要求下,希望有新的材料不断涌现推动量子点技术的发展。

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检测技术也是一个巨大的挑战。通常LED用探针检测,Micro-LED如何检测?如图所示。显微高光谱成像系统检测、非接触式PL检测、接触式光电检测、非接触式EL检测。

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修复技术也是非常重要,任何一个显示屏最后的显示都希望良率超过六西格玛,即一万个像素中不能超过3个坏点。出现多余的坏点需要进行修复。因为现在没有任何一个半导体工艺,任何一个转移工艺,可以达到六西格玛良率。所以修复是一个必然的环节。在这个环节中,如何提升修复的效率、降低成本是关键的问题。目前主要提出两种不同的修复技术。一种是冗余电路修复,即做两个或多个冗余的电路,假设有一个不好的电路,则把它断掉,再重新转移一次。当检测出现问题以后,进行替换。另外一种选择性激光修复。当发现一个坏点,用激光打掉,再重新放置进行修复。

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由于时间的关系,对于后续的一些驱动电路未有过多的提及。现在的驱动电路中,不管用TFT还是用CMOS,在原来LCD、OLED的显示中还需要进行重新调整,以适用于Micro-LED显示的需求,有相当多的工作需要去做。

关于Micro-LED技术挑战,Yole做了一个小的总结,对Wafer的过程均匀性,Wafer Size,还有不同电流的应用都是新挑战。对于我们关注的巨量转移的Yield,cost还有转移的效率也是业界非常关注的热点。显示屏的缺陷管理,修复技术是非常重要的。混色技术通过什么样的技术可以实现最好的显示效果?Pixel Driving,大家可以参考《技术路线图》进一步解读。

总的来说,《技术路线图》里面汇总了整个Micro-LED发展到现在提出的大部分技术、路线还有一些要点,以及对它的未来的趋势的预判。关于专利和应用的部分,由于时间的关系,本次分享未涉及,如果有兴趣,大家可以到《技术路线图》中找到答案。该领域的技术在飞速发展中,不断有新的内容加入,有兴趣的朋友也可以关注一下国内外论坛以更新这方面的知识。

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《Micro-LED产业技术路线图》对Micro-LED衬底、外延、器件、驱动、封装、应用等方面涉及到的问题,进行了总结。

对于衬底来说,要解决基础材料与器件科学问题的需求;解决材料与器件产业化的需求,提供不同产业融合所需要之平台。

对于外延来说,外延技术主要的发展趋势是提高晶圆尺寸,未来Micro-LED至少要做到6寸、8寸以上,才能够真正地实现高效能、低成本产业化。同时降低晶体缺陷和表面颗粒缺陷,提高波长均匀性、改善小电流密度下Droop效应峰值效率,Micro-LED提出新的应用空间,对材料科学研究提出了新的需求。

对于器件方面,一般来说高PPI推荐用垂直结构芯片,低PPI采用倒装结构芯片。通过不同像素密度和应用,可以进行芯片市场的分流。晶圆尺寸向6英寸以上推进,整个工艺线需要进行全方面的产业升级。以器件作为核心点,外延、芯片、封装、应用上中下流相互配合、协同发展。

驱动方面,不管是做硅基CMOS,还是TFT,微小电流的致性,尤其是针对Micro-LED不需要太大电流密度下,怎么做一个驱动?以及高刷新率将是未来需要解决的核心问题。

对于封装来说,高PPI应用以单片集成的方式实现,可以做一个小屏,比如AR/VR、投影屏。但是要解决其全彩化和键合良率问题。低PPI应用以巨量转移技术为主,可以做大尺寸,做到8K以上,转移良率要做到非常高,才可以达到合理的修复成本。这也是大尺寸显示屏封装的难点。

应用方面,高PPI显示,从穿戴显示、AR/VR应用,明年以后会慢慢进入市场。低PPI显示,从明年开始,豪华的大屏幕进入市场。三年以后,高端电视、手机平板显示慢慢进入市场。超越显示应用,比如车载、光通讯在四五年后进入市场。

经过不断地发展,希望Micro-LED技术作为新一代显示技术能够像现有的LCD、OLED一样,成为一个万亿级产业。同时,Micro-LED新的特征和性能,也会带来新的应用。关于技术和产业的问题,有待于大家共同努力。

这就是我今天的分享,没有涉及到内容,比如说专利部分、更细致应用的预测、技术上细节讨论,大家可以从《Micro-LED产业技术路线图》中找到答案。

最后感谢产业界的同仁一起编撰了对中国的Micro-LED技术发展有指导性意见的路线图。感谢联盟组织大家一起花了6-7个月的时间,参与的专家们都是义务劳动,为了产业做出了这份努力。最后,对所有参与编撰的产业界专家、高校及科研院所学者、同仁表示感谢。今天分享到这里,再见!


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