美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家工程院和藝術(shù)與科學(xué)院院士約翰·羅杰斯：“彈性印模”讓低成本量產(chǎn)Micro-LED成為可能

張心怡

“Micro-LED在亮度、像素密度、對(duì)比度、視角、刷新率等關(guān)鍵指標(biāo)具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在成熟度和成本方面短板猶存。破局的關(guān)鍵，是如何將數(shù)量巨大的LED精確轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。”

11月20日-21日，2020世界顯示產(chǎn)業(yè)大會(huì)在安徽省合肥市召開(kāi)。大會(huì)由工業(yè)和信息化部、安徽省人民政府共同主辦。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家工程院和藝術(shù)與科學(xué)院院士約翰·羅杰斯通過(guò)視頻發(fā)表開(kāi)幕演講。羅杰斯表示，Mi-cro-LED在亮度、像素密度、對(duì)比度、視角、刷新率等關(guān)鍵指標(biāo)上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在成熟度和成本方面短板猶存。破局的關(guān)鍵，是如何將數(shù)量巨大的LED精確轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上。為此，羅杰斯團(tuán)隊(duì)提出了基于“彈性印模”的徽轉(zhuǎn)印技術(shù)。

壓倒性優(yōu)勢(shì)的Micro-LED有兩個(gè)“短板”

Micro-LED是對(duì)現(xiàn)有LCD、OLED和傳統(tǒng)的小間距LED等顯示技術(shù)的升級(jí)和補(bǔ)充，被視為顯示技術(shù)的后起之秀，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外顯示廠商和下游終端廠商加緊搶灘的“技術(shù)高地”。

羅杰斯表示，Micro-LED的好處是效率更高，有更高的亮度、更好的顯色性和更低的功耗。同時(shí)，Micro-LED有著快速刷新率和廣視角、極短的開(kāi)關(guān)時(shí)間和良好的對(duì)比度，是理想的點(diǎn)光源裝置。相比OLED，Micro-IID有著高出1000倍的亮度，在能耗、像素密度、對(duì)比度、使用壽命等方面優(yōu)勢(shì)顯著。在工藝流程方面，Micro-LED與柔性塑料基板有著更好的相性，不需要復(fù)雜的封裝方式即可便捷整合到塑料基板上。

但是，Micra-LED并非在所有指標(biāo)上都?jí)旱筁CD和OLED，在成熟度和成本上，Micro-LED就落于下風(fēng)。

成本是技術(shù)產(chǎn)品化并進(jìn)入市場(chǎng)的“攔路虎”。羅杰斯表示，整合集成是Micro-LED發(fā)展的重要趨勢(shì)，能進(jìn)一步釋放Micro-LED的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并增強(qiáng)Micro-LED對(duì)終端市場(chǎng)的穿透力。Micro-LED不僅集成了LED等發(fā)光部件，還包括驅(qū)動(dòng)電路。而驅(qū)動(dòng)電路可以充分發(fā)揮Micro-LED相對(duì)于OLED、QLED、LCD的優(yōu)勢(shì)。

“我們的制造方法可以把LED集成并排布到目標(biāo)基板上。這些基板可以是玻璃板、柔性塑料板，甚至彈性板，不僅集成單個(gè)發(fā)光源，還集成了硅基lC，例如作為驅(qū)動(dòng)電路的單晶互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體等。”羅杰斯說(shuō)，“這些成果將對(duì)可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、筆記本電腦、家庭影院型顯示器、桌面顯示器等消費(fèi)類電子產(chǎn)品產(chǎn)生革命性影響。”

要實(shí)現(xiàn)Micro-LED的集成化，需要諸多關(guān)鍵技術(shù)，其中最具挑戰(zhàn)性的就是巨量轉(zhuǎn)移。羅杰斯表示，一系列應(yīng)對(duì)Micro-LED成熟度和成本問(wèn)題的技術(shù)方案正在陸續(xù)落地，助力Micro-LED的批量生產(chǎn)。

“彈性印模”兼顧MiCfo-LED產(chǎn)量和良率

5G的商用部署進(jìn)一步釋放大尺寸面板、車載顯示、商業(yè)顯示、VR/AR設(shè)備等終端產(chǎn)品的巨大應(yīng)用潛力，為Micro-LED等新興顯示技術(shù)帶來(lái)廣閏的發(fā)展空間。但是，Micro-LED要抓住5G帶來(lái)的行業(yè)紅利，必須在量產(chǎn)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)突破。

基于“彈性印模”的微轉(zhuǎn)印技術(shù)，就是一種應(yīng)對(duì)LED批量轉(zhuǎn)移，且兼顧產(chǎn)量和良率的策略。羅杰斯表示，LED可以產(chǎn)生極高的性能，Micro-LED制備的微型顯示器能適應(yīng)任何類型的應(yīng)用，問(wèn)題是如何把LED從源晶圓轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上，以實(shí)用的方式制造Mi—cro-LED，并確保產(chǎn)量和良率。

“我們使用的方法涉及一種‘彈性印模。作為大規(guī)模平行取放工具，它可以把已切割和蝕刻的微型LED從源晶圓上取下，并批量移動(dòng)。之后用標(biāo)準(zhǔn)圖像方法和物理氣相沉積技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)互連布線。”羅杰斯說(shuō)。

這個(gè)過(guò)程是將對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)色Micro-LED的發(fā)射器分別放在不同晶圓上，并采用LED的標(biāo)準(zhǔn)代工技術(shù)來(lái)制造。具體來(lái)說(shuō)，用底切孵化技術(shù)把LED從源晶圓取下，讓LED在圖形化定義的位置與下層晶圓相連接。這樣印模可以接觸到已加工的晶圓，把LED從源晶圓平行移動(dòng)到目標(biāo)基板上，然后基于邊緣金屬化技術(shù)布線，實(shí)現(xiàn)LED陣列的互連。

“在Micro-LED顯示器的生產(chǎn)問(wèn)題上，這種印模或者說(shuō)轉(zhuǎn)印過(guò)程將是至關(guān)重要的，它具備低成本批量生產(chǎn)Micro-LED的所有特性。”羅杰斯說(shuō)。

顯示技術(shù)的進(jìn)步永無(wú)止境，“像素引擎包”是羅杰斯團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的最新概念。所謂引擎包，是指由一對(duì)紅色、一對(duì)綠色和一對(duì)藍(lán)色韻Micro-LED集成于微米級(jí)IC所構(gòu)成的，可以轉(zhuǎn)印和操作的集成模塊。引擎包可以在晶圓上進(jìn)行組裝和連接，顯示器晶圓廠通過(guò)印刷，即可將這些功能元件排布到顯示區(qū)的每個(gè)晶胞里，之后僅剩的步驟就是布線。

“我們對(duì)LED進(jìn)行印刷，然后把LED和微米級(jí)IC集成在一起，最終得到微小而密集的像素引擎組合。我們可以使用這種印刷方案排布像素引擎組合。”羅杰斯說(shuō)。

基于像素引擎的互連矩陣，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化排布工序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的備份，并消除缺陷，為Mi-cro-LED的產(chǎn)業(yè)化再添助力。