从 2014 年苹果收购 Micro LED 新创公司 LuxVue 以来,被喻为次世代显示技术的 Micro LED 从萌芽期正式进入成长期,并吸引全球厂商持续投入资源研发,但许多技术障碍与设备限制仍难以克服,导致生产成本始终难以降低, Micro LED 在商业化的路上仍是走走停停。

 

Micro LED 不只亮度与对比效果超越 OLED,又具备反应迅速、低功耗与高可靠度特性,若成功导入行动装置与汽车应用,前景可说一片看好。 然而,Micro LED 制造流程繁琐,使用的原材料、制程耗材、生产设备、检测仪器及辅助治具等,需求规格严谨且精密度相对严格。

 

Micro LED 晶圆制造

Micro LED 与 LED 同样都以磊晶硅晶圆为基础,然而 Micro LED 磊晶的需求远比传统 LED 来得严苛。 Micro LED 芯片大小不超过 100 微米,仅是传统 LED 芯片的 1%,因此磊晶的波长一致性至关重要,晶圆若有不平整,可能导致芯片缺陷,增加后续制程开销。 不过现有的磊晶硅晶圆生产设备多为生产传统 LED 晶圆而制,几乎无法满足 Micro LED 晶圆的要求。 再者,磊晶晶圆上的芯片制程也相当关键,可能影响到后续的晶圆结合与转移等制程。

 

为突破生产限制,多家磊晶制程 MOCVD 设备厂商与芯片厂合力发展 Micro LED 芯片,以提升芯片的效率与质量,同时加速生产放量。 例如 AIXTRON 在今年一月宣布与台湾镎创科技签订 Micro LED 的生产合作协议,Veeco 则与德国 Micro LED 技术厂商 ALLOS 合作。

 

Micro LED 转移技术

若要制作 Micro LED 显示器,需先将 Micro LED 芯片从蓝宝石基板移除,转移至另一个暂存基板上,再视功能与目的需求移到不同的背板上。 由于芯片极小且数量庞大,转移过程倍加困难,如果使用传统的取放技术来转移上百万颗 LED,势必极为耗时又提高生产成本。 为加速转移过程,目前已有多家厂商研发各种转移技术,如 Pick & Place 转移、流体组装、雷射转印等。 除此之外,要将 Micro LED 芯片放置到目标基板上并准确排列,也是一项困难的挑战。 为了满足不同转移方法的需求,芯片厂商必须与转移技术厂密切合作,才能提升总体良率与效率。

 

针对现有各转移方案的优势与劣势,TrendForce 旗下 LEDinside 分析指出,Pick & Place 转移技术可应用在 10 微米以上的芯片产品,但转移效率、精准度与稳定度相对较低, eLux 等厂商采用的流体组装技术虽然转移速度较快,但因过程中可能导致芯片损毁,因此无法保证良率,而索尼以及新创公司如 Uniqarta、QMAT 等使用的雷射转印技术,有机会可以转移尺寸小于 10 微米的芯片,而且精准度提升, 但设备成本相对也较高。

 

为了维系目前在 Micro LED 技术的领先优势,许多品牌厂商都与巨量转移技术开发商结盟,例如苹果收购 LuxVue、欧司朗与 X-Celeprint 合作等。 Rohinni 则与设备厂商 K&S 合作开发巨量转移解决方案,并与京东方成立合资公司,以借力其在放置(placement)技术的优势。

 

此外,近期美国专利商标局也公布,苹果获得 Micro LED 芯片转移和结构技术专利,让附带有金属薄膜层的 Micro LED 结构能够更容易大批量转移和组装到目标接收基板上,这是 Micro LED 显示器最具挑战的生产过程之一, 也证明苹果在 Micro LED 技术上仍默默的开发与布局。

 

Micro LED 检测与其他

检测也是制程中的重要环节,在生产过程中必须持续检测 Micro LED 芯片功能是否正常,以确保芯片效率并提高整体良率,若检测到瑕疵就必须维修,但芯片微小化同样加深检测困难度,因此各家设备厂商正致力研发更有效及精准的解决方案。

 

另外,背板材质、全彩解决方案与驱动 IC 设计也是 Micro LED 显示器的生产瓶颈。 业界厂商积极进行供应链的垂直整合并策略联盟,带领 Micro LED 显示器迈向实际应用。 然而,在 Micro LED 正式迈向商业化之前,仍有待更创新的技术发展来解决生产制程中的难题,以求降低生产成本跟加速量产速度。

(本文作者为集邦科技 TrendForce)