Micro LED技术获得突破 量产进程正在加快
更新时间:2019-10-31 13:00 发布者:

Micro LED量产的进程,随着技术的突破,正在加快。

3μm巨量转移获得突破

Mikro Mesa Technology成功开发领先全球的无压合低温键结3μm Micro LED巨量转移技术,让Micro LED显示技术量产之路又往前推进了一大步。

Mikro Mesa 2017年开始与南京中电熊猫合作,在中电熊猫的实验室,经过两年的开发,完成了此项领先业界的先进显示器技术。

Mikro Mesa的技术使用了直径3μm的μLED芯片,为领先业界的超微小尺寸,让磊晶片的利用率达到极致的高水准。转移尺寸接近4吋,一次可容纳高达数百万颗以上的μLED转移,并可进行多次多色μLED的转移。而大尺寸的转移面积,可大幅减少转移次数,并增加了大尺寸全彩色显示器的量产性。

除此之外,Mikro Mesa的技术还具备了低温免压键合特点,确保了未来高生产效率,同时也可以避免目前业界加压键合所带来的良率问题,为Micro LED先进显示器制造技术的进程树立了重要里程碑。直径3μm的μLED芯片,大小约为人类头发截面积的1/700。

该芯片的大小,较目前业界一般常见的Micro LED面积更是小了100倍以上,成为全球第一的创举。据了解,这也是显示器业界首度展示的超过3吋并使用 5μm以下芯片尺寸的μLED显示技术。

据Mikro Mesa内部人员表示,该显示技术能够转移2~5μm大小的芯片,可以制造出高达1,800dpi等级的高精密度显示器,并可应用在55吋或以上Micro LED电视。换言之,在产品应用上,该技术将从穿戴式装置、智能手机、电视一直到AR产品,均具有独到的竞争优势。

另外,由于制程温度较低的缘故,该技术更是制造柔性及透明显示器的首选。预期该技术的未来性能与竞争力将远远超过AMOLED,在应用领域上也会更加广阔,大大提升了Micro LED的未来发展性。

该技术采用了Mikro Mesa的专利制程,芯片采用垂直结构,电流散布比传统Flip-chip覆晶式均匀,同时也能承受更高的电流密度。而芯片与下电极连接后,采用一次性整面封装,上电极可使用ITO或是奈米银线等,对于未来大量生产以及改善光学出光效率等方面,都留有极大的设计弹性。

此外,因为芯片尺寸微小的缘故,该技术也能达到50%以上的透明度,在达到高解析度的同时,也能做到高穿透率的透明显示器,大幅增加未来应用的可发展性。

Mikro Mesa Technology由陈立宜博士于2014年成立,该公司致力于Micro LED的研究与量产技术开发,目前已拥有36项美国专利、14项台湾及大陆专利,至于全球申请中的专利更是超过100项以上。

Mikro Mesa Technology创办人陈立宜表示,该显示技术是Micro LED通往消费型产品应用之路的一大突破,由于芯片尺寸变小,因此Micro LED的材料成本将大幅降低,不但能够与AMOLED比拟,甚至有机会可以与LCD竞争。至于未来在软性显示器以及透明显示器的应用上,能够发展的空间会更大,将可大幅缩短Micro LED技术相关产品上市的时间点。

陈立宜表示,Mikro Mesa Technology是一家开放的公司,欢迎全球对于Mikro Mesa显示技术有兴趣的厂家一起来合作,不管是对于新型显示器有需求的公司,或是显示器业界的上中下游。大家一起共同开发推广Micro LED显示技术,让Micro LED能成为新一代革命性的消费电子显示界面。

量子点结合Micro LED取得重大突破

量子点荧光粉为纳米等级的颗粒,其好处为有较佳的吸收率、高转换效率及高演色性等优势,应用以固态照明及显示为主。近期的话题,则以三星QLED显示屏将量子点技术混合在OLED之中,使显示器的亮度与色彩的鲜艳度再次提升,这也显示了量子点已经具有产品化的实力。

然而传统的量子点普遍含有有毒重金属镉,以及容易受到温度湿度影响等问题。中国台湾交通大学郭浩中教授团队长期专注于量子点结合Micro LED显示技术的研究,近期于量子点与Micro LED上取得相当大的突破。LEDinside有幸拜访了郭浩中教授,请教近期的重大进展。

首先为了克服量子点受热容易衰退的问题,交通大学开发出Hybrid-type LED,将量子点灌注至玻璃容器的设计,使量子点维持以液态的方式,有效提升发光效率与散热效果,可达到NTSC 120% 与Rec. 2020 90%的广色域表现。研究数据表示,Hybrid-type LED在大电流(即温度较高)的操作下,其量子点的转换效率比传统固态的量子点薄膜可以提升24.5%,发光效率可达到51lm/W。

更重要的是,由于传统的绿光量子点转换率一般不到40%,因此交通大学近期也发布了钙钛矿量子点纸 (PQD paper),其厚度只有45微米,钙钛矿量子点本身具有不含镉等有害物质及高效率等优势,郭教授团队与香港城市大学何志浩教授合作,将钙钛矿量子点结合了纳米玻璃纤维制作成PQD paper,提升钙钛矿量子点寿命的同时,也达到了120 lm/W的高转换效率。

根据实验结果,发光波长为518nm的绿光PQD paper对于蓝紫光拥有高达91%吸收率。郭教授团队也采用绿色的PQD Paper与红色的KSF材料搭配蓝光LED制作出白光LED,其可达到NTSC 123%与Rec. 2020 92%,经过连续250小时的点测,整体的光通量仅下降12.4%,大幅改善了钙钛矿材料容易受到水氧导致衰退的影响,郭教授团队现在也在开发使用原子层沉积(ALD)钝化保护技术制作PQD paper的保护层,预期可将信赖寿命提升超过1,000小时。此外,PQD paper的另一大亮点就是可挠的特性,目前已经可以做到0.28mm-1曲率半径的弯曲,未来在可挠式面板或穿戴式组件都有很大的应用价值。

不用巨量转移技术的解决方案

中国台湾创新创业激励计划的支持之下,中央大学研发的「大面积氮化镓磊晶技术」成功技转给进化光学有限公司(Microluce, Ltd.),双方合作自主开发的磊晶设备,提出了一套不须「巨量转移」的解决方案,避免了现今微发光二极管(Micro LED)「巨量转移」的高成本问题,成功提升高端技术能力,让研发成果转化为产业价值。

Micro LED的尺寸为传统LED的1/100,每一个LED芯片即是一个显示画素,且具有优异的显示功能、低耗能与产品生命周期长等优点,被视为下世代的显示技术。然而现今的LED蓝绿光材料是氮化镓,红光材料是砷化镓,两种材料的驱动电压不同,驱动电路将造成困难,且坏点修复问题不易克服。

Micro LED目前主流方法是使用巨量转移,就是将每一个Micro LED取放到驱动板上的正确位置,此方法的问题在于,目前的技术每小时可转移25,000个芯片,智能型手机面板由约1,100万个Micro LED芯片组成,需19天工作时间,因此无法量产。且「巨量转移」成本高昂,取放2K画素的Micro LED面板成本高于新台币33万元。

进化光学自主开发的氮化镓磊晶设备,能在低温状态下长出高质量大面积氮化镓薄膜,不须巨量转移制程,只需搭配奈米材料技术,即可达到全彩化的显示效果。进化光学目前与香港的驱动芯片公司合作,准备产出1.8吋大小的Micro LED显示面板,锁定的是全球每年上亿片的穿戴市场。相关技术已获得了台湾及美国专利,可望造福更多消费者。

台湾地区来积极推动新创产业,特别针对五加二产业创新计划的训储菁英提供相关的产业链结计划,例如「重点产业高阶人才培训与就业计划」(RAISE),即培育出许多产业需要之高阶人力。今年度进化光学与台湾实验研究院共同申请RAISE计划并获得补助,透过法人单位的职前训练,协助将学校之顶尖研发成果顺利衔接至产业界,帮助进化光学成功将科研成果商品化,导入市场;台湾地区仪器科技研究中心又以专业协助量产制程与产线设计,对研发进度有巨大的贡献。

未来进化光学将持续结合跨领域技术,运用于Micro LED领域,将技术能量全面发展到国内外市场。技术转化商品的过程漫长,多方的大力支持,将有助于产业发展,增加国际竞争力。