2019美國(guó)拉斯維加斯“First Look”活動(dòng)期間，三星發(fā)表了全新的模塊化75英寸4K分辨率Micro LED顯示器：“The Window”。與三星在2018年CES展會(huì)上亮相的“The Wall”相比，“The Window”擁有更高密度的芯片、更佳的分辨率，展品一出，驚艷四座，引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注和討論。當(dāng)下，Micro LED顯示技術(shù)處于蓬勃發(fā)展階段，并正往市場(chǎng)應(yīng)用上靠攏，未來(lái)可期。

01

Micro LED知識(shí)講堂

Micro LED顯示的結(jié)構(gòu)是微型化LED陣列。目前，單個(gè)Micro LED芯片的尺寸可以做到10μm以下，為常規(guī)LED尺寸大小的1%。每一個(gè)Micro LED可視為一個(gè)像素，每個(gè)像素可以實(shí)現(xiàn)定址控制、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)自發(fā)光。在結(jié)構(gòu)上，Micro LED是一個(gè)由P型GaN材料和N型GaN材料相互緊密接觸時(shí)形成的P-N結(jié)面接觸型二極管。當(dāng)在P-N結(jié)兩側(cè)施加一個(gè)正向電壓，即對(duì)P型GaN一側(cè)施加正壓，而對(duì)N型GaN一側(cè)施加負(fù)壓時(shí)，就可以使得P-N結(jié)兩側(cè)的載流子能夠容易地相互移動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生電子空穴的輻射復(fù)合，產(chǎn)生光出射。Micro LED陣列經(jīng)由垂直交錯(cuò)的正、負(fù)柵狀電極連結(jié)每一顆Micro LED的正、負(fù)極，通過(guò)過(guò)電極線的依序通電，以掃描方式點(diǎn)亮Micro LED以顯示影像。

由于Micro LED芯片特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)光原理，基于Micro LED芯片的顯示屏具有高像素、高色彩飽和度、低功耗、高亮度、快速反應(yīng)、長(zhǎng)壽命等顯著優(yōu)點(diǎn)。在顯示質(zhì)量方面，Micro LED單個(gè)芯片大小可至10μm以下，因此Micro LED顯示屏可以集成極高的像素密度。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前市場(chǎng)上搭載OLED屏幕的iPhone X像素密度為458ppi，而Micro-LED顯示可達(dá)到2000ppi以上；在性能方面，Micro LED由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，相比于OLED易燒屏的有機(jī)發(fā)光材料，Micro LED屏的使用壽命會(huì)更久；在技術(shù)層面，Micro LED顯示為單點(diǎn)驅(qū)動(dòng)自發(fā)光技術(shù)，擁有納秒（ns）級(jí)的超快反應(yīng)速度和效率。例如在VR行業(yè)中的應(yīng)用，由于Micro LED響應(yīng)速度極快，可以有效解決拖影、延遲問(wèn)題，消除VR使用者的暈眩感，可大幅提高沉浸感、提升用戶體驗(yàn)；在能耗方面，以P-N結(jié)為典型結(jié)構(gòu)的Micro LED有著高亮度、低能耗的特點(diǎn)，能提高可穿戴設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。

正是因?yàn)榫邆淙绱藘?yōu)異的性能，吸引了三星、LG、索尼、京東方、華星等面板廠商積極地進(jìn)行技術(shù)研發(fā)儲(chǔ)備，Micro LED顯示技術(shù)正在迅速發(fā)展。

02

Micro LED顯示中的關(guān)鍵激光剝離技術(shù)

Micro LED顯示擁有優(yōu)越的性能，但是在技術(shù)層面還有待突破，其中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是外延襯底的剝離。基于GaN發(fā)光材料的Micro LED芯片，由于GaN與藍(lán)寶石晶格失配度較低且價(jià)格低廉，所以藍(lán)寶石襯底成為外延生長(zhǎng)GaN材料的主流襯底。但是，藍(lán)寶石襯底的不導(dǎo)電性、差導(dǎo)熱性影響著Micro LED器件的發(fā)光效率；同時(shí)，脆性材料藍(lán)寶石不利于Micro LED在柔性顯示方向的運(yùn)用，基于以上原因及Micro LED顯示本身分辨率高、亮度高、對(duì)比度高等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，激光剝離藍(lán)寶石是必要且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，且激光剝離技術(shù)更能凸顯Micro LED的優(yōu)勢(shì)。

激光剝離環(huán)節(jié)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單脈沖掃描的過(guò)程，因此對(duì)激光束的均勻度和穩(wěn)定性有極高的要求。正是由于對(duì)激光技術(shù)和工藝穩(wěn)定性的極高要求，目前全球擁有該項(xiàng)技術(shù)并能用于穩(wěn)定生產(chǎn)的企業(yè)不多，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)以大族激光為唯一用于穩(wěn)定生產(chǎn)的代表。

激光剝離技術(shù)通過(guò)利用高能脈沖激光束穿透藍(lán)寶石基板，光子能量介于藍(lán)寶石帶隙和GaN帶隙之間，對(duì)藍(lán)寶石襯底與外延生長(zhǎng)的GaN材料的交界面進(jìn)行均勻掃描；GaN層大量吸收光子能量，并分解形成液態(tài)Ga和氮?dú)猓瑒t可以實(shí)現(xiàn)Al2O3襯底和GaN薄膜或GaN-LED芯片的分離，使得幾乎可以在不使用外力的情況下，實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底的剝離。

03

激光助力Micro LED顯示突破技術(shù)瓶頸

大族顯視與半導(dǎo)體從2013年便開(kāi)始對(duì)激光剝離（Laser Lift Off，簡(jiǎn)稱LLO）技術(shù)進(jìn)行研發(fā)及技術(shù)儲(chǔ)備，針對(duì)GaN基Micro LED和垂直結(jié)構(gòu)LED晶圓藍(lán)寶石襯底的剝離，成功研發(fā)并推出全自動(dòng)LLO激光剝離設(shè)備。

設(shè)備采用全固態(tài)半導(dǎo)體（DPSS）激光器作為光源，自主研發(fā)的266nm波長(zhǎng)可用于穩(wěn)定生產(chǎn)的激光倍頻模組，具有穩(wěn)定周期長(zhǎng)、維護(hù)成本低的優(yōu)點(diǎn)；激光光束、功率穩(wěn)定，激光效率遠(yuǎn)高于國(guó)外的準(zhǔn)分子設(shè)備，優(yōu)越的加工性能尤其對(duì)于一些特殊的外延襯底（如圖形化藍(lán)寶石襯底等）的剝離表現(xiàn)優(yōu)異；聚焦焦深長(zhǎng)達(dá)1000μm，對(duì)于有翹曲的晶圓，在一定范圍內(nèi)也可保證很穩(wěn)定的剝離效果；設(shè)備穩(wěn)定性好，可全自動(dòng)上下料、24小時(shí)持續(xù)生產(chǎn)，大幅節(jié)省人力成本；加工幅面大，可選擇性加工2~6寸晶圓，并搭載高精度CCD相機(jī)，能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)區(qū)域剝離；加工效率高，以4寸晶圓為例，單片加工完成只需140秒左右，而傳統(tǒng)準(zhǔn)分子設(shè)備需要300秒以上。優(yōu)異的性能表現(xiàn)使得設(shè)備已在行業(yè)內(nèi)多家光電公司、研究所和高校通過(guò)性能驗(yàn)證并穩(wěn)定運(yùn)行。

大族自主研發(fā)的全自動(dòng)激光剝離設(shè)備

Micro LED激光剝離后效果圖

大族顯視與半導(dǎo)體在LLO激光剝離技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)不斷積累行業(yè)經(jīng)驗(yàn)、完善技術(shù)儲(chǔ)備，持續(xù)改進(jìn)并優(yōu)化工藝，積極進(jìn)行設(shè)備更新?lián)Q代，使得技術(shù)與設(shè)備具備核心競(jìng)爭(zhēng)力；同時(shí)，大族顯視與半導(dǎo)體提交了激光剝離技術(shù)、設(shè)備整機(jī)相關(guān)的專利申請(qǐng)。

大族顯視與半導(dǎo)體對(duì)Micro LED其他技術(shù)領(lǐng)域也在積極地進(jìn)行戰(zhàn)略布局，對(duì)于其發(fā)展中遇到的更多技術(shù)難題，也可提供對(duì)應(yīng)的解決方案：

1、目前可針對(duì)多大單元的Micro LED芯片進(jìn)行穩(wěn)定且高良率的激光剝離？大族顯視與半導(dǎo)體可針對(duì)市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)的最小單元顆粒為10-15μm的Micro LED進(jìn)行激光剝離。

2、如何將這些微米級(jí)別的LED轉(zhuǎn)移到基板、如何黏接、電路如何驅(qū)動(dòng)？激光剝離后的巨量轉(zhuǎn)移成為目前各個(gè)LED廠與面板廠的研發(fā)重點(diǎn)，大族顯視與半導(dǎo)體致力于Micro LED的相關(guān)工藝的研發(fā)，目前配合進(jìn)行的相關(guān)的巨量轉(zhuǎn)移方案有激光D-bounding的轉(zhuǎn)移方案與接觸式搬運(yùn)轉(zhuǎn)移方案。

3、Micro LED由于波長(zhǎng)一致性差導(dǎo)致LED顏色不均，因此想要做出一整塊像現(xiàn)在智能手機(jī)大小的Micro LED面板，良品率非常低。針于Micro LED芯片的光學(xué)性能、電學(xué)性能的檢測(cè)也是后續(xù)的一大難點(diǎn)，目前大族顯視與半導(dǎo)體在進(jìn)行檢測(cè)方面的技術(shù)研發(fā)。

Micro LED技術(shù)的發(fā)展過(guò)程還是有諸多瓶頸，但歸功于Micro LED的優(yōu)勢(shì)與優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)仍然是未來(lái)發(fā)展的一大亮點(diǎn)。大族顯視與半導(dǎo)體作為國(guó)產(chǎn)化高端裝備領(lǐng)先供應(yīng)商，始終追隨市場(chǎng)需求、走在相關(guān)行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的前列，為企業(yè)提供專業(yè)激光解決方案。