今年我們會持續地提升RGB光效，繼續把芯片的尺寸做得更小，會做一些micro array方面的研究工作。在巨量轉移方面，我們會持續努力，爭取早日實現Micro LED產業化。
【分享主題】Micro-LED主題報告（二）Micro LED產業化的難點和思考
【分享時間】3月26日（週四）14：00-15：00
【分享嘉賓】柯志傑 乾照光電未來顯示研究院院長
▌以下為整理的分享內容（略有刪減）。
各位網友，大家下午好！我是乾照光電的柯志傑。首先，感謝第三代半導體產業技術創新戰略聯盟的組織和邀請，能給我這個機會和大家聊一聊Micro-LED。同時也感謝各位網友的參與。
昨天龔政老師和大家分享了很多技術上的進展和應用，聽完以後，受益匪淺。他們做了很過前沿上的技術術工作。我是產業出身，所以今天我將從企業的角度分享Micro-LED產業化方面的問題和思考。
我的分享分為以上三大部分，第一部分是Micro LED概論，第二部分是Micro-LED產業化技術探討，第三部分是Micro LED的成果及展望。
首先，我們先回顧一下整個顯示技術的發展史。大家可以看到左下角，上個世紀顯示器的霸主，CRT顯示器。很多零零後的新生代不一定知道這樣一個老古董。因為它的體積比較龐大，後來就演進出了第二代顯示技術。第二代顯示技術的代表是PDP顯示器和LCD液晶顯示器。這兩個顯示器支撐起了當時的第二代顯示技術，可以稱為一時瑜亮。我想多花些時間介紹他們。這段歷史給了我留下了很深的印象，這是技術發展和產業演進的經典案例。他完美的詮釋了一代顯示技術發展的動因和過程，充分的展現了產品和產業的發展如何推動技術進展。這對當下探索Micro-LED的應用有著很切實的示範意義。
其實最初LCD並沒有像現在這樣有明顯的技術優勢。最初在對比度、響應速度會影像拖尾，包括可視角度等重要的顯示效果方面，都落於下方。PDP反而表現的好一些。而且LCD當時用的是不環保的CCFL的背光源。當時的選擇並沒有像現在這樣的一邊倒，尤其當時最主要的消費品是電視。LCD最突出的一個技術優勢就是輕薄，但是一般家用的電視對顯示器的體積和輕薄性的沒有太多的要求，更主要的是關注顯示效果。這兩種技術PK了很長的時間，各自演進，最後誰都沒辦法取得壓倒性的勝利。這種局面一直持續到2000年左右才有改變。因為2000年左右，互聯網技術得到了爆發式的發展，帶到了筆記本電腦的發展。筆記本最需求的並不是各種顯示效果，恰恰是輕薄，便攜，所以LCD的技術應用在筆記本電腦是當仁不讓的選擇。當時一臺筆記本電腦價格動輒上萬，完全有能力承載當時LCD的高昂成本價格。同時，互聯網時代的爆發又大大帶動了筆記本電腦的需求量快速增長。新技術遇到了對它有必然需求的消費級產品大量爆發。隨著產業規模的興起，LCD的成本迅速下降，使得它可以佔領更多的消費市場。反過來，市場需求的增加導致規模的擴大，進而導致了LCD成本的下降，再去爭奪更多的市場，這就形成了一個完美的產業循環。所以這是一個經典的新技術發展的案例，也就是互聯網便攜式電子產品發展帶動顯示技術的演進。
後來，隨著LED光效的提升，出現了LED背光的LCD。LCD技術變得越來越輕薄。LED給它帶來了很重要的一個特性就是節能環保，它順利的搭上了2008年家電下鄉的補貼政策順風車，各大電視品牌紛紛湧現。再後來智能手機消費品的爆發，將LCD技術徹底推上了高峰，才有了LCD成為顯示技術領域絕對主宰的局面。當然，現在有新型技術OLED出現，LCD技術才有了危機感。
在這裡想提醒大家，隨著LED，尤其是氮化鎵LED商業化的迅速成熟，顯示領域裡的光源，就多了一個比較“潮”的選擇。包括三基色的LED顯示屏，它就是以LCD為像素點的顯示技術，還有剛才提到的LED背光的液晶都是在這一時期出現的。隨著LED技術的成熟，出現了尺寸更小的Mini-LED，它同樣可以作為背光源，也可以作為顯示像素點來實現更好的顯示效果，這些就是現在風頭正盛的Mini-LED技術。
關於下一代顯示技術，目前比較熱門的還是Micro LED、OLED，當然也包括QLED。我是做LED，所以當然只能站隊Micro LED。而且Micro LED在各種技術指標中完勝其他顯示技術。不過從商業化的成熟度和成本角度來說，Micro LED現在的劣勢也是十分明顯的。所以我一直覺得現在的Micro LED就像是二十年、甚至三十年前的LCD，到底誰才是Micro LED的“玉露”， “金風玉露在哪裡相逢”，是產業界密切關注，並且苦苦追尋的答案。如果可以找到這個答案，Micro LED就可以迎來一個更加確定的發展軌跡。
我們再聚焦回LED，看一下LED顯示技術的發展過程。顯示技術一個很重要指標，就是像素的P值。這個數值是和人眼的距離密切相關的，一定的P值會對應一定適合的觀看距離區間。在戶外，觀看距離比較遠，需求亮度比較高，一般會選用大P值，也比較會選用相對的大功率LED。
在室內，比如在15-20米的大廳，可能會選用P2.0-P4.0的產品，就能夠很舒服的觀看。目前很熱門的小間距顯示，一般在P1.0-P1.5（這個數值不是很準確），這是目前小間距顯示屏主要覆蓋範圍，也是比較成熟的商業化產品。從這個點間距開始，Mini LED進入了大家的視野，如果我再把顯示的Pitch值往下走，大概是在0.4，甚至小於0.4的區間，則觀看的距離在2-3米。這種就是傳統的液晶電視能夠覆蓋的產品區間。基於產品成本的考慮，從液晶往上到小間距往下區間，才應該是比較適合Mini LED發展的產品區間。因為在它價格、成熟度方面很難與液晶PK。
Pitch值大概在0.6-0.9區間，也就是100多寸顯示牆，比較適合Mini LED直接顯示應用。背光方面，Mini LED可以和液晶顯示整合在一起。目前在展示更小間距的顯示模組，我們覺得，這個不是很合適的產品，受成本制約非常嚴重，技術探索和積累意義大於實際產品意義。只有推動Mini LED成本不斷下降，技術不斷成熟，良率不斷提升，才有可以打開它的產品板圖。
再往下是P0.2、P0.1以及更小間距的顯示產品，一般是電腦、手機等便攜式消費品應用領域。Mini LED則不足以支持該領域，則需要用到Micro LED才能夠實現。
這張圖，關於技術對比，大家也見過很多了，在這裡就不詳細展開分享了。Micro LED在技術方面的優勢全面領先於液晶和OLED技術指標。
對於技術優勢，再加上之前對像素Pitch值的分析，Micro LED的技術可能被應用在這些領域。通過這張圖，想找到誰才是Micro LED技術的“玉露”，誰才能更好的引領Micro LED產業化成熟。目前比較被看好的是車載、AR等應用領域。其他領域目前都有比較適用的、成熟的產品技術。我們希望找到Micro LED的技術必須性的產品應用方向，需要更多的產品終端廠仔細地發掘。
為了探索答案，大家展開了很多的嘗試。這個是索尼的產品，當時在業界引起了轟動。因為它很好地展示了當時Micro LED的芯片和巨量轉移技術。此外，它的驅動技術也是非常引人關注的。所以，大家都認為它是一個很經典的樣本。
臺灣友達也Demo了這種Micro LED的巨量轉移技術和產品模組。還有三星的The Wall，是典型的明星產品，已經形成的系列產品的演進，從Mini到Micro。
在微顯示方面的應用及產品探索，這是臺灣工研院所開發的2000PPI左右的產品。此外，北大青鳥據說做到了5000-10000PPI產品，這些都是非常優秀的工作。
剛才分享了Micro LED產品方面的情況，下面分享相關的技術。
我們通常會按照圖中這八個技術方向進行解析。芯片技術、高光效技術、檢測和修復技術、驅動技術、磊晶技術、巨量轉移技術、適應轉移的芯片技術、全綵色化技術。對於前照來講，LED外延芯片是我們老本行。芯片技術、磊晶技術、適應轉移的芯片技術、高光效技術都是我們要做好的、義不容辭的工作。此外，關於巨量轉移技術，我們也在做一些探索和開發。巨量轉移技術和芯片工藝有著密切的關聯性。目前比較成熟的錼創、三安等，他們既有外延芯片又有巨量轉移技術，因為擁有芯片技術是可以比較好地推動巨量轉移技術成熟化。除此之外，我們覺得檢測和修復技術是比較重要的技術，在這裡是指LED芯片方面的檢測。目前，從公開的信息來看，我認為目前主要有四個芯片檢測技術方向。
1、非接觸室的測試，比如PL。但是PL測試還是有比較明顯缺點。比如，對於電性，沒有太有效的檢測手段。而作為二極管器件，電性是一個非常核心的參數。此外，對於光致激發出的光學性質，和電致發光發出的光學性質有一定差異，這一過程中需要有很多的彌補和較正，所以說它不是一個完美的方案，但是它是目前來說相對成熟的、可行的方案。
2、類似於Prober card 測試方式，這一方式難點更多在於針卡的製作。各家公司想了很多辦法，都在積極地嘗試。
3、通過把電極引出來，實現探針的接觸和測試。這一方法也有很多限制。
4、集成封裝再測試分選。這一測試的好處，把幾個，或一組或幾組，運用Micro LED多合一的概念，封裝在一個小的基板上，實現點測。這一方法的好處，將小的Micro LED芯片變成了一個可測試的集成封裝體。因為使用的是Micro LED，對基板的精度要求比較高，如何實現降低成本就是一個比較大的難題。此外該測試也離不開巨量轉移技術。如果要求封裝後的東西有兼具超薄、柔性的特點，難度就更大。
以上是我們對於目前芯片測試技術的看法，如果有更好想法的廠商，歡迎和我們做更多的交流和互動。
關於驅動技術，主要是面板廠和IC設計公司的專業領域。目前業內還沒有比較成熟的適用於LED的驅動方案。因為Demo沒有太大的問題，所以常常被人們所忽略。但是實際上，要實現真正的產品，當前驅動技術還存在很多的挑戰。比如，LED最佳使用的電流與驅動功耗的匹配、灰階的劃分用什麼方式等問題，需要行業上下游共同努力。
最後，關於全綵化技術，主要還是兩條技術路線：色轉換和RGB三色，色轉換比較典型的方案就是量子點。這兩條技術路線的優劣爭論已久，目前仍沒有確定的答案。個人認為，從光效角度講，目前的紅色，量子點有些優勢。但是目前的光效對於LED和QD都還有一些進步的空間，所以持久來看，誰勝誰負還是取決於技術的進步速度和產業資本的傾斜。正如LCD一樣，產業資本的瘋狂投入會帶動技術的跳躍式發展。但是換個角度，從可靠性來看，無機材料的LED明顯具備優勢。不過在消費電子領域，可靠性的要求並不明顯。這一點上，QD雖然失分，但不致命。相反，在一些可靠性要求較高的領域，比如車載領域，全部無機RGB方案更受青睞。
此外，如果針對現有產品的個性，最終要有成本的考量。從成本角度考察這兩種技術，我認為，在巨量轉移技術沒有做到極低成本時，在大尺寸應用上，轉移的成本將明顯高於芯片的成本。從這個角度講，藍光加QD方案將更有利於實現低成本，驅動方面也會簡單。而在小尺寸應用上，芯片成本將高於轉移成本，QD需要更高級的保護措施，成本上的優劣需要仔細分析。所以在大尺寸產品上，初期藍光加QD方向稍微會走得快一些。韓國前幾天發佈了一個消息，三星或推QNED。據行業人士解讀，QNED很可能就是Micro LED+QD。對於大尺寸技術一直堅持QD路線的三星來說， Micro LED+QD的技術路線可能是一個不錯的方案。因為大尺寸需要功耗，OLED在功耗大時可靠性明顯會受到影響，隨著Micro LED技術成熟，Micro LED+QD的確是一個可以考慮的方案。三星是一個顯示巨頭，我們沒有辦法預測其技術路線背後的真因，但是相信應該會有跟風研究相關的技術。
這是我們技術調試的結果。在均勻性方面，紅光沒有太大問題，藍光差強人意，綠光革命尚未成功。這些都主要還是基於現有設備進行調試。其實各家外延爐的廠商都在推廣他們針對 於Micro LED的新型外延機臺。從提供的數據來看，在均勻性、外延控制等方面都達到了一個不錯的水準。所以對於這個環節的產業技術，我持積極的觀點。
接下來，關於發光效率的討論。提到LED，發光效率是永遠避不開的話題。對於Micro LED，對於尺寸的越來越小，效率會變得越來越低。這在紅光方面會表現得尤為明顯。光效變低的一個主要原因是非輻射覆合的增加。我們可以看到，隨著尺寸的越來越小，表面複合區佔芯片面積的比例顯著增加，可能反而會進一步降低光電轉換效率。所以如何去抑制和減小表面複合是我們研發的方向。另外，隨著芯片尺寸的變小，更難以用更多的手段提高光取出效率，這也是導致Micro LED芯片光效降低的重要因素。比如說原來和芯片尺寸相比是非常微小的PSS、表面粗化等複雜結構，在整個器件只有30、甚至於10，甚至於幾微米的情況中，它就不再會具有明顯破壞光波導的作用，這些都導致小芯片的光取出效率低。相對於製程設備來說，IC行業裡高精度設備的引入，將會極大地提升製程能力，從而使我們具備更多的手段來設計和製作一些針對性的結構，以改善上述的這些因素。總體來看，Micro LED還是有很大的光效提升潛力。從目前的光效水平來看，主要的問題還是紅光，這是目前產業化的狀況。
在Micro LED的製程方面，我們開發了角度可控的刻蝕技術，從50°-80°都可以控制。該技術的意義，在比較小的尺度下，外延層的厚度和芯片的尺度可以相比擬，在這種情況下，芯片的側壁，是可以幫助做光取出的出光面，也可以幫助做光形的調控。所以把角度做到可控會幫助我們在這些方向做更多的開發和嘗試。芯片更小，需要更精密的加工手段，最主要的就是光刻。目前的量產能力可以做到1um以下，但是對於要求小於5μm的器件，目前LED行業設備還需要升級。還有多種P/N的等高設計，要保證鍵合工藝的要求，基本上是micro LED器件要求的標配。總結一下，芯片製程的產業成熟度。我們認為，從製程精度的角度講，現有的芯片尺寸的背景下，這個是比較成熟的。因為就算是再小，還有IC的設備可以用，只是價格的問題。從外觀檢測能力來看，我們認為現有的技術也可以做到，只是下一代發展方面需要進一步投入。包括各種結構芯片工藝，比如倒裝、垂直、正裝等方面，在Micro LED應用方面問題都不大，只是看客戶的需求。所以，我們認為最不成熟的還是在光電測試，仍需要業界共同努力。
關於巨量轉移。我更習慣將巨量轉移分為巨量排列和巨量鍵合兩大塊。目前，大家對於巨量排列了解的更多一點，之前遇到瓶頸的確在這一段，比較經典的方案比如stamp、激光、靜電、電磁、流體等，技術特點也各有千秋。
從技術發展速度上，我們認為目前比較快的還是stamp方式，因為這種技術設備相對成熟，是一個比較精準抓取的對位的設備。它的主要困難點在於材料，只要材料有突破，會表現得快一些。但是對於做更大面積，這種技術難度會變大。而且芯片也需要弱化結構的技術支持，工藝複雜，成本也相對高。而且對於修復方面是比較困難的，修起來是比較低效率的。
最近有一些提到激光轉移。激光轉移的優勢是靈活，功能性上的可拓展性強，可以做定位選址，對於做批量修復是很有意義的。但是激光轉移鍵合材料的選擇和良率的相關性比較大，因此達到高良率還是有很多問題要解決。
流體最大的優勢是成本，但是它的速度及損傷汙染等方面還是需要優化。目前相對來講，開發的公司比較少。設備基礎也沒有那麼成熟。所以，個人認為，還需要一段時間的摸索。
電磁在某種意義上說，也是一種stamp方式。它的好處是可以選址，批量修復。它的工藝需求和複雜度要高於stamp方式。
總之，我們認為，巨量轉移技術大幕才剛剛拉起，後續的較量應該會越來越精彩。乾照經過前期的研發，已經可以進行巨量排列。而且也規劃了後面相應的技術發展路線。在此，我們希望能夠有設備廠商和我們共同配合把它打造成有競爭力的轉移技術。這是我們排列出的小圖，因為顯微鏡視野的問題，只能拍到一個局部。另一個圖是我們的Micro LED在點測機上點亮的實驗。
巨量鍵合是巨量轉移技術很關鍵的一點。鍵合技術是半導體領域相對比較成熟的技術。所以開始人們也沒太在意該技術，覺得應該比較容易。比如metal bond、micro tube、glue形式的方案挺多的。但是實際做起來，其中的難點還是挺多的。
首先溫度的選擇就是一個問題。因為溫度關乎轉移的材料匹配，精度、基板耐受性等。我們已經開發了230℃、200℃、160℃等，仍在開發這一系列不同溫度匹配的鍵合技術。另外，如何能夠快速地高可靠度地做鍵合，這也是需要被關注的點。畢竟鍵合速度關乎成本，不可能鍵合一個東西用一分鐘、兩分鐘，這樣成本太高。
另一個關鍵詞就是鍵合面積。這和stamp面積相關。如何在更大的面積上面保持壓力和溫度的均勻性，也是需要被關注的問題。
如果運用到電子產品上，還需要考慮各種可靠性，各種失效機制等，這些都是和鍵合技術息息相關的。
所以我們覺得，如果是簡單的Demo，鍵合技術還是非常成熟的。但是真的用到實際的產品中，還要開發和驗證很多問題。
總的來看，排列加鍵合構成的巨量轉移技術，我們更傾向於認為未來不同尺寸的產品會運用到不同的巨量轉移技術。首先，主要還是成本的考慮。其次，多數的轉移的方法，還存在轉移面積及芯片利用率的矛盾。相對來講，stamp方形越大，晶圓的利用率越低。相對芯片成本則會變高。相反，如果stamp小，芯片的利用率更高了，芯片的成本降低了，轉移的成本則會變高。對於小尺寸應用，小尺寸面積比較小，轉移次數少，而像素密度高，所以它的芯片成本佔比比較高。在這種情況下，可能選用面積相對偏小的轉移方式來做，從而拉低芯片的成本。因此stamp方式基本夠用。只要修復技術成熟，比較容易實現量產。對於比較大面積應用產品，轉移的次數需要的多，實際上芯片佔空比很小，需要的芯片的面積相對較小，轉移成本佔比要高於芯片成本。這種時候，大家更希望有更大面積的轉移技術。Stamp可能會遇到一些困難。所以如何得到更大面積的轉移能力非常重要。
對於以上這些分析，我們認為對於不同尺寸的產品需要不同的轉移技術，不要一概而論。從產業化角度講，我可能更認為巨量轉移技術初現端倪，但是距離成熟還是有些距離，需要產業界上下游的同力合作，儘快發展出適用的、成本匹配的技術。
為了匹配巨量轉移技術，我們做了一些芯片開發。圖中是為了stamp方式做的懸空結構的技術開發。Stamp的材料和性質不一樣，抓取方式不一樣，所以在實際應用中需要進行針對性的調整。比如錨鏈的設計、錨定的方式，以及電極向上向下等，都需要定製化的開發。
該圖是我們針對激光轉移方式做的芯片工藝開發。用一個臨時的基板，上面會塗有粘附性的材料，會把LED晶圓和它粘接在一起，再用激光把襯底拿掉，然後再做一些清洗，最後把不帶襯底的片子進行下一步激光的排列和轉移。在這一過程中，很大的問題就是會遇到良率的問題，比如芯片破損、芯片缺失、後續製程的兼容等。所以我們認為臨時鍵合材料的選擇比較關鍵。這是這一技術的難點。
乾照具有開放性的態度，我們既願意和別人合作開發芯片製程，也希望能與一些設備廠商深入地合作開發一些巨量轉移技術的設備。總之，一切都是為了推進Micro LED快速產業化。第三部分，就是我們對於Micro LED的成果及展望。
該圖是兩年前和客戶合作的Demo。當時的像素Pitch值在50μm，這個是一個簡單的Demo。
該圖是我們去年的一些工作。左邊是基於三色巨量轉移的Demo。RGB三色可以持續點亮。右邊是與福州大學合作的綠色的Micro LED顯示屏，它是CMOS驅動的，這種微顯示、投影式應用在未來會比較多。它的分辨率大概在640*360，像素週期大概是20μm；像素大小大概是10μm。
該圖是我們從17年開始開發Micro LED的成果總結。我們做了很多的模組和Demo，也開發了很多的芯片工藝。今年我們會持續地提升RGB光效，繼續把芯片的尺寸做得更小，會做一些micro array方面的研究工作。在巨量轉移方面，我們會持續努力，爭取早日實現Micro LED產業化。謝謝！
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