盡管Micro-LED作為下一代顯示技術以其優越的顯示性能得到業內的認可,但在材料、設備以及制程工藝上還不能滿足量產化需求,仍然存在諸多技術挑戰。在2020Micro-LED產業技術峰會上,廣東省半導體產業技術研究院龔政教授�“高密度Micro-LED陣列的制造、巨量轉印及封裝集成”為主題,分享了廣東省半導體產業技術研究院(以下簡稱:廣東半導體研究院)在高分辨率Micro-LED與背板封裝集成、量子點/熒光粉光轉換、巨量轉移設備以及GaN 紅光micro-LED 芯片上的研究進展�
廣東省半導體產業技術研究院教授、學科帶頭人龔政
眾所周知,Micro-LED具有高亮度、對比度、超高分辨率、低功耗、節能、可靠性好、壽命長、響應速度超快、自發光、無需背光源等特點,其功率消耗量約為LCD�10%、OLED�50%,具有較佳的材料穩定性。龔政教授指出,Micro-LED更容易實現高像素密度,兼具發光效率高、體積小、功耗低、壽命長等優點,與其它顯示技術相比在智能手表(手環)、虛擬現實顯示等可穿戴設備領域的競爭優勢明顯�“Micro LED優越的性能還將有助于其在智能移動終端領域與OLED技術競爭�”
在高分辨率Micro-LED顯示驅動方式上,龔政教授表示,無源驅動方式相對比較簡單,但仍然存在諸多技術問題,而有源驅動方式則由晶體管控制每個像素的開啟或者關閉,“這樣意味著Micro-LED必須通過一定的方式集成到TFT背板�”
關于如何將Micro-LED集成到CMOS上?龔政教授介紹,廣東半導體研究院通過bump連接到CMOS基板上,從而實現像素的電氣連接。關于這個凸點形成,他也介紹,類似利用ball bonding 的原理,通過電火花放電在金屬絲尾端形成球,然后通過超聲、加壓方式直接在bonding bad上形成bump,但bump卻不太適合超高分辨率的Micro-LED�
發展高密度Micro-LED顯示器的必要性毋庸置疑,畢竟分辨率越高,顯示效果越好,特別是近眼顯示、VR/AR需要極高分辨率,才能消除格子效應。但龔政教授表示,高分辨率Micro-LED仍然面臨著諸多技術難題:一是光刻是難點,會產生一些壞的Micro-LED,還存在金屬脫落的問題;二是對微加工技術參數敏感,主要體現在尺寸效應、邊緣效應顯著,對Micro-LED的發光效率會產生非常大的影響;三是與背板鍵合集成困難,需要考慮怎么把這么高密度的陣列集成到CMOS上�
在高密度的陣列集成上,龔政教授介紹,廣東半導體研究院采用銦球回流焊,形成高分辨率In凸點。但他也指出,基于In球集成的Active matrix LED /CMOS 顯示器,高密度陣列鍵合也存在不少問題:一是對位困難,易短路、斷路;二是In球高度差,導致bonding過程中受力不均;三是bonding良率65%(藍色)�90%(綠色)正在改進�
在其他集成方式上,他也介紹,各向異性導電膠鍵合不太適合高分辨率、像素尺寸較小的鍵合�“由于Micro-LED的尺寸非常小,而導電顆粒分布不勻容易造成壞點的產生,”而In凸點鍵合、微管鍵合、晶圓級鍵合比較適合像素尺寸小、高分辨率鍵合集成�
在巨量轉移技術上,龔政教授介紹,產業界急需攻關Micro-LED巨量組裝技術,需要從組裝方法和原理上革新,而不是傳統貼片技術的簡單升級。他也介紹,現有轉印技術主要有激光轉移、流體組裝、卷對卷、靜電組裝、磁力等方式,但大多數技術不能同時兼顧轉移良率、效率及成本的問題,離量產仍然有很長的距雀�
龔政教授表示,廣東半導體研究院則采用“黏附性轉印頭+可轉印Micro-LED”的方案,具有成本低、精度高、速度快、多芯片轉移等特點,其自主搭� Micro-LED 轉移設備樣機兼容不同芯片尺寸�5um-1mm)Micro-LED的轉印工藝;兼有手動模式和自動批量轉印模式;印精�+-1um;轉印速度可控;智能、友好控制界面;對抓取和釋放的力進行精確監控;高精度CCD對Micro-LED進行定位�
在具體應用上,龔政教授介紹,廣東半導體研究院主要利用Micro-LED進行透明顯示和柔性顯示器件的應用�
根據現場速記整理
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