揭開「新視界」序幕:Micro LED 廠商如何跨越成本、良率瓶頸?

作者 | 發布日期 2022 年 08 月 17 日 9:32 | 分類 光電科技 , 晶圓 , 面板 Telegram share ! follow us in feedly


次世代顯示技術 Micro LED 成為今年 Touch Taiwan 智慧顯示展中最大焦點,隨著去年揭開 Micro LED 元年的序幕,今年各大廠展示了許多模擬情境、前瞻應用,2022 年無疑是承接起後的關鍵一年。在技術不斷突破的狀況下,Micro LED 廠商已經逐漸跨越眼前的「成本」和「良率」兩座大山,迎向 Micro LED 眼中的「新視界」。

Micro LED 製程主要分為磊晶片生長、晶片製造、薄膜製程、巨量轉移、檢測與修復。由於移除 LED 的封裝及基板,留下磊晶薄膜,Micro LED 晶片更輕薄短小,提供各種顯示器的畫素尺寸。

同時,Micro LED 也繼承 LED 的優點,擁有高解析度、高亮度、高壽命、色域更寬、自發光特性、更低的功耗,以及更好的環境穩定性,適合未來智慧顯示應用,例如車用、AR 眼鏡、穿戴式設備等。

▲ Micro LED 技術。(Source:科技新報製圖)

跟傳統 LED 製程相比,磊晶片成長、Micro LED 晶片製造、薄膜製程這幾個步驟,只需要改造設備,就可用於 Micro LED 製造,反倒巨量轉移、檢測與修復較困難。其中,巨量轉移、檢測與修復,以及紅光 MicroLED 發光效率都是目前技術上的瓶頸,也是影響成本跟良率的關鍵,一旦將這些問題各個擊破,降低成本,就有機會往量產邁進。

▲ Micro LED 製程及瓶頸。(Source:科技新報製圖)

「新視界」障礙之一:巨量轉移

由於磊晶基板的厚度比晶粒尺寸還大,Micro LED 必須以巨量移轉的方式,將晶粒剝離、置於暫存基板,再將 MicroLED 轉移至最終電路板或TFT版上。現階段較主要的巨量轉移技術,包括流體組裝、雷射轉移、拾取放置技術(Stamp Pick & Place)等。

▲ 巨量轉移示意圖。(Source:科技新報製圖)

拾取放置技術利用微機電陣列技術進行晶片取放,不過傳統的 LED 取放技術因為取放速率較慢,使成本較高;至於雷射轉移,透過雷射束將 Micro LED 從原始基板快速、大規模轉移 Micro LED 到目標基板。

TrendForce 集邦科技分析師楊富寶指出,過往傳統拾取技術由於速度較慢、成本較高,業界一直難以量產,所以這一年內,技術已經從傳統拾取慢慢轉為高精度、速度較快的雷射轉移,有助於降低成本。

至於流體組裝技術,則利用熔融焊料毛細管的介面,在組裝時可藉由流體懸浮液體當介質,對電極進行機械和電器連接,快速將 Micro LED 捕獲及對準至焊點上,做法成本較低、也可以實現高速組裝。最近華為積極佈局Micro LED技術,從專利資訊來看,極可能是採流體組裝技術。

▲ 主流巨量轉移比較表。(Source:科技新報製圖)

「新視界」障礙之二:檢測與修復

雖然巨量轉移一直是量產化的關鍵,但後續檢測與修復 Micro LED 晶片的重要性,其實不亞於巨量轉移。

目前業界最常用兩種方式,分別是光致發光測試(PL)及電致發光測試(EL)。PL 特點是在不接觸、不損壞 LED 晶片的情況下進行測試,但測試效果不如 EL;相反地,EL 透過通電測試 LED 晶片,可找出更多缺陷,但可能因接觸而造成晶片損傷。

再來,Micro LED 晶片過小,難以適用於傳統測試設備,不管用 EL、PL 測試都可能出現檢測效率不佳的狀況,極需克服的部分。至於修復部分,Micro LED 廠商則透過紫外線照射維修技術、雷射融斷維修技術、選擇性拾取維修技術、選擇性雷射維修技術及備援電路設計方案。

「新視界」障礙之三:紅光 Micro LED 晶片

最後是顯示器顏色本身,以 Micro LED 來說,比起藍、綠色,紅色是最難顯示的顏色,成本也相對較高。目前業界使用氮化物半導體,來生產藍光、綠光 Micro LED,紅光 Micro LED 必須混合多種材料系統,或採用磷化物半導體生產。

然而,在磊晶過程中可能產生顏色均勻度問題,不同半導體材料結合會增加全彩 Micro LED 的生產難度和製造成本,切割晶片過程中也可能導致發光效率變差,更不用說隨著尺寸縮小,磷化物 Micro LED 晶片的效率將顯著降低,加上半導體製程中需混合設備,所以複雜、耗時、成本昂貴,良率更是難以提升。

▲ Porotech 的 InGaN 紅光 Micro LED 顯示器。(Source:科技新報製圖)

因此,部分廠商從材料本身改進,像 Micro LED 公司 Porotech 發表全球第一套氮化銦鎵(InGaN)基的紅光 Micro LED 顯示器,意味著三種顯示器都使用 InGaN 做為顯示材料,不受限於任何基板。 另外,中國 Micro LED 大廠 JBD 過去致力於AlGaInP 基紅光 Micro LED 技術,最近也宣布達成 50 萬 nits 超高亮度紅光 Micro LED 量產。

雖然我們已經迎來 Micro LED 元年,但許多問題仍需要時間慢慢解決,目前已經看到應用的起頭,相信待巨量轉移、檢測維修、發光效率等瓶頸一一克服後,有望實現 Micro LED 商用化,未來不管在車用螢幕、大型顯示螢幕、AR / VR 設備、高解析度穿戴產品等,都能看到 Micro LED 帶來的應用。

本文與LEDFORUM 2022 Micro/ Mini LED顯示技術論壇合作

由TrendForce集邦科技主辦的LEDFORUM 2022將於9月13日登場,來自全球關鍵廠商的主講人與產業分析師,將在這場一年一度最大的Micro LED論壇中從技術、設備、市場、應用等多元的維度出發,全方位地剖析作為終極顯示技術Micro LED的現在與未來。

(首圖來源:科技新報)

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