快訊

從紅光良率到弱化結構 Micro LED再獲進展

2019-06-28 09:37 來源:科技新報 關注度:4203次 字體:   原創申明 投稿
關鍵詞:
分享到:

掃一掃,分享給微信好友

關注高工LED官方微信公眾號

臺工研院電光所智能應用微系統組副組長方彥翔博士提到兩大技術難題,一是紅光芯片利用率與良率不足,二是“弱化結構”。

  臺工研院攜手LED驅動IC廠聚積科技、PCB廠欣興電子與半導體廠錼創科技,四方合力研發的次世代顯示技術微發光二極管(Micro LED)又有新進展。繼去年展出全球第一個直接轉移至PCB基板的Micro LED顯示模塊后,時隔一年再公開的合作結晶成功實現了RGB全彩,但小小一塊板子背后所要解決的技術問題盡是挑戰。

  01

  紅光良率不比藍綠,弱化結構更是難題

  Micro LED技術談了好多年,眾所周知這是一門需要顛覆傳統制程、牽涉產業領域甚廣的破壞式創新技術,各個技術環節對領域專家而言都有不易突破的瓶頸。去年臺工研院與三廠合作開發的被動矩陣式驅動超小間距Micro LED顯示模塊,成功將Micro LED陣列芯片直接轉移到PCB基板,只是RGB全彩獨缺紅光。經過一番努力,今年總算是讓紅光“亮”了相。

  有別于先前6cm×6cm的Micro LED顯示模塊,間距(Pitch)小于800μm、分辨率80×80pixel,新版模塊尺寸為6cm×10cm,間距約在700μm以下、分辨率96×160 pixel,LED芯片尺寸則同樣在100μm內。從前端制程到后端轉移,臺工研院電光所智能應用微系統組副組長方彥翔博士提到兩大技術難題,一是紅光芯片利用率與良率不足,二是“弱化結構”。

5.2.jpg

  2018年所展出的超小間距Micro LED顯示模塊獨缺紅光,間距小于800μm、分辨率80×80pixel

5.1.jpg

  2019年新版Micro LED顯示模塊成功達成RGB,間距約700μm以下、分辨率96×160pixel

  “以芯片利用率和良率來看,紅光還是問題,”方彥翔以4英寸LED晶圓為例指出,晶圓扣除2mm外徑后,可用區域的良率在單一標準值下或許可達99%,也就是單看波長(Dominant Wavelength,Wd)、驅動電壓(Forward Voltage,Vf)或反向漏電(流)(Reverse Leakage(Current),Ir);但若三項數值標準都要兼備,整體良率很可能不到60%,尤其紅光受限于材料與特性,或許連50%良率都未必能達到。

  光看可用區域的良率并不夠,方彥翔表示,Micro LED制程下需要針對轉移的面積去定義良率。簡單來說,假設巨量轉移模塊的轉移面積是6cm×3cm,就表示在該矩形區域(block)里的Micro LED陣列芯片都必須符合前述三項良率標準,不能有壞點才能進行轉移,也就是說整片晶圓里可能只有某個特定區塊符合所有標準,良率不夠穩定導致能轉移的區域少、整片利用率也大幅下降。以目前產業最頂尖的技術來說,晶圓芯片要做到超高均勻度都還有很大努力空間。

4.4.jpg

  紅光受限于材料與特性,良率比藍光、綠光相對更低

  不僅Micro LED紅光良率有待改善,具有弱化結構的Micro LED更是難求。

  弱化結構是巨量轉移成功與否的一大關鍵。方彥翔說明,Micro LED芯片在制程階段得先跟硅或玻璃等材質的暫時基板接合,再通過雷射剝離(laser lift-off)去除藍寶石基板,接著以覆晶形式將原本的LED結構翻轉、正面朝下,并使P型與N型電極制作于同一側,對于微縮到微米等級的Micro LED來說又更具難度。

  為了讓Micro LED在巨量轉移的吸取過程中,能夠順利脫離暫時基板又不至破片,因此得在LED下方制作中空型的弱化結構,也就是以小于1μm的微米級柱子支撐。當轉移模塊向上吸取LED時,只要斷開柱子便能將Micro LED脫離暫時基板,再轉移下壓至TFT或PCB板上,但這一步驟也考驗LED本身夠不夠堅固、承受壓力時是否仍能保持完好,而紅光比起藍光和綠光相對更脆弱易破,加上PCB板粗糙度(roughness)較大、上下高低差大于200μm,稍微施壓不當就可能降低紅光轉移成功率。

  至于玻璃基板則因為粗糙度沒有PCB板來得大,Micro LED轉移難度也相對較低。去年臺工研院便展出過一款6cm×6cm、間距約750μm、分辨率80×80pixel的Micro LED透明顯示模塊,所采用的就是超薄玻璃基板,技術上成功實現了RGB三色;而今年所制作的新版Micro LED透明顯示模塊,尺寸為4.8cm×4.8cm,間距約375μm、分辨率120×120pixel,明顯比前一款的顯示效果更為細致。

4.2.jpg

  2018年版Micro LED透明顯示模塊,間距約750μm、分辨率80×80pixel

4.3.jpg

  2019年版Micro LED透明顯示模塊,間距約375μm、分辨率120×120pixel

  02

  聚焦三大應用:電競屏幕、AR、透明顯示器

  Micro LED具備高亮度、高效率低功耗、超高分辨率與色彩飽和度、使用壽命較長等特性,在電競屏幕(Gaming Monitor)、擴增實境(AR)、透明顯示器等應用領域,要比OLED、LCD更能發揮優勢,而這三大應用也是臺工研院最為看好也正積極發展的方向。

  以電競屏幕應用來看,方彥翔提到目前市場上雖然已有次毫米發光二極管(Mini LED)技術切入,但始終是做為顯示器背光,Micro LED則可直接做為pixel顯示,不需背光源。相較于Mini LED或同樣為自發光顯示技術的OLED,Micro LED對比度更高更純凈、顯色表現也更佳,在最關鍵的刷新率表現上也優于OLED,而且無烙印或衰退問題,未來在高端消費市場的發展潛力相當可期。

4.1.jpg

  臺工研院Mini LED顯示模塊采用PCB基板,模塊尺寸6cm×6cm、間距小于800μm、分辨率80×80pixel

  提到Micro LED應用于AR的發展機會,方彥翔已不只一次表達過正面看法。他認為Micro LED有機會在AR領域發展為顯示光源主流技術,但就技術而言還有很多難題有待克服,除了Micro LED RGB三色良率和效率問題需要重新調整外,若以單色Micro LED結合量子點(QD)色轉換材料的方式,也還有其他問題存在。

  而且,AR成像目前遇到的問題為系統光波導(Optical Waveguide)吸收率極高,因此若要在系統要求的低功耗前提下,Micro LED所需要的亮度將高達100萬nits,別說Micro LED現在還很難做到,連技術成熟的OLED和LCD都無法達到,更何況AR像素密度約2,000ppi以上,間距在12.8μm左右,單一子像素(Sub-pixel)必須微縮到4μm以下,Micro LED若以傳統制程進行制作,效率將大幅下降,在一定功耗要求下,光要達到10萬nits就已經非常困難。

  “所以LED小于10μm以后,亮度就是另一個世界,”方彥翔說,“要提升LED在AR上的效率,就必須從半導體的結構和制程去改變,要有突破才有辦法達到。”盡管AR應用可能還需要五年才有機會實現,但他認為這確實是臺灣地區可以發展的Micro LED利基市場。

  至于臺工研院所開發的透明顯示器采被動式無TFT,主要以3到4英寸模塊拼接形式,聚焦車載和被動式應用。提到透明顯示器車載應用,方彥翔指出,OLED透明度雖然可達60%到70%,但分辨率難做高;Micro LED透明度可達70%以上,顯示也相對更清晰。目前臺工研院正與廠商進行產品試做,也會持續發展有關應用。

  方彥翔直言,Micro LED就技術開發來說還需要一段時間,若朝OLED和LCD現有市場發展替代應用已經太晚,也不一定會有競爭優勢,加上良率有限、成本難降,要跟技術成熟的LCD和OLED競爭并不容易。但他相信,OLED或LCD達不到的技術就是Micro LED的機會,尤其電競屏幕、AR和透明顯示器等高技術門檻的利基應用,或許可為臺灣地區發展Micro LED的路上亮起希望。

加關注 高工LED網(粉絲1.1萬)
【免責聲明】本文僅代表作者本人觀點,與高工LED網無關。高工LED網站對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含 內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。 凡本網注明“來源:高工LED”的所有作品,版權均屬于高工LED,轉載請注明 來源:http://news.gg-led.com/asdisp2-65b095fb-64499-.html 違反上述聲明者,本網將追究其相關法律責任。 本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網 贊同其觀點和對其真實性負責。
广西快乐10分开奖现场直播