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      Micro LED的技術與挑戰


          事實上,microLED制造中遇到的問題遠比以下列舉的挑戰更多。而且因為這些挑戰和問題的存在,有分析與咨詢機構猜測,microLED未必會成為顯示技術的未來——畢竟電子行業內竹籃打水一場空的先例也不在少數。而且如前文所述,在通往microLED屏幕的這條路上,還沒有一個市場參與者約定俗成的標準化道路,這也進一步增加了microLED的不確定性。


            總的來說,microLED的幾個重大技術挑戰包括了:mass transfer——也就是在microLED制造流程中,將LED從原wafer,遷移到背板上的過程;microLED現階段較低的發光效率(EQE);以及microLED更需要從系統的角度來選擇不同階段的工藝技術;還有背板基板的制造、RGB三色實施方案等。


            首先,比較為人所知的應該就是mass transfer了。國內有譯作“巨量轉移”的,就是將LED移到背板上的過程。前文提到的InGaN、AlGaInP不同色光也就是RGB的LED,生長在不同的襯底上,這種wafer上的外延生長有相對成熟的方案,當然這個過程本身也不同于常規方案。

            但更大的挑戰出現在轉移這些LED的過程中,畢竟當這些LED的尺寸小到microLED像素級別,而且多達幾千萬顆的程度,比如4K分辨率有超過800萬個像素,每個像素又有RGB三個子像素,就有超過2400萬顆LED需要轉移;轉移效率、對齊精度、良率等相關的工藝難度就會大出許多。

            現有研究成果的主流方案有兩類,分別是直接整片全體轉移,以及間接的pick-and-place(拾取并放置)。整片轉移采用wafer-to-wafer或者die-to-wafer bonding的方法,這種方案適用于高ppi的小屏幕;而pick-and-place則比較復雜,是每次拿取一部分microLED做貼裝,并重復這個動作,有時需要借用載體。對于大尺寸顯示面板而言,這種方案是更加適用的。

          Pick-and-place技術有比較高的復雜度,不同的市場參與者和研究機構有不同的方案,比如說electrostatic transfer head、elastomer stamp transfer printing,以及fluidic transfer、激光剝離等。

            除了mass transfer之外,microLED效率低下也是個大難題。如前文所述,microLED的EQE顯著低下。EQE是指發射到外部的光子數,與流過結的載流子數目之比。EQE越大,則LED發光效率越高。解決microLED的發光效率問題,是這類屏幕實現大規模量產的基礎。

           microLED尺寸小,在大屏幕上受到比較嚴重的側壁效應影響(傳統LED本身很大,邊緣的尺寸相對的比例并不大,側壁效應影響很?。?。各種側壁缺陷主要是蝕刻過程中出現的,這些缺陷會導致非輻射復合。低電流密度下,microLED的效率將非常低下。改進方法包括新型的LED芯片結構設計、工藝流程改進等,減少側壁效應、提升EQE。

            不過似乎現有microLED方案EQE仍遠低于常規大尺寸的LED。在此,不同色的microLED材料選擇也會成為制造中的難點。

            再有,從更系統的角度來看,microLED的生產制造對更多領域的專業知識有了新要求,包括晶圓制造、外延生長、mass transfer、背板制造等。而且每個階段都還沒有明確、統一的技術方向;它們彼此之間還形成了環環相扣的關系,甚至還需要考慮到最終應用是什么,才能明確不同環節采用何種方案。


            microLED相關的挑戰還包括測試方面的(更小的microLED對測試提出了高得多的要求,而且整個鏈條上的每個階段都需要做測試;需要開發新的測試方法;采用系統的工程方法覆蓋整個生產流程);以及一些更細致的問題,如外延生長過程中波長一致性的控制,LED結構設計中波長偏移、光譜FWHM的降低,像素發光串擾的控制(類似于miniLED一文中提到的光暈效應),以及電路設計中提升波長與亮度一致性的補償電路等等。


            在microLED這種技術的發展下,顯示行業可能會發生翻天覆地的變化。只是在針對microLED市場的諸多猜測中,仍有相當一部分是對microLED技術的質疑;即便從現有市場參與者的角度,他們都仍然認為microLED的成熟可能還需要一段時間。市場仍有一定概率出現,microLED會向前發展,但LCD和OLED仍長期統治市場的局面。要知道,某個企業甚至行業點錯技能樹的情形,在科技領域是相當廣泛的,但我們期待著microLED的進步和成熟。



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