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号称低成本、无损去除,硅衬底Micro LED真是小尺寸显示的未来?

Felix分析 来源:电子发烧友 作者:吴子鹏 2024-04-03 01:10 次阅读

电子发烧友网报道(文/吴子鹏)由于苹果Micro LED智能手表项目搁浅,之前Micro LED遭遇了很大的质疑,尤其是在成本和性价比方面,Micro LED被认为很难成为下一代主流的显示技术。不过,随后三星和LG显示等公司力挺Micro LED,在智能手表、大尺寸电视和透明电视等领域推出了非常多的参考设计,并且汽车厂商也是对Micro LED有很大的期待。


不过,想要兑现自己的天赋,Micro LED还有很长的路要走。比如,通过何种方式实现Micro LED就有很大的可讨论空间。

硅衬底Micro LED将统一AR市场?

在众多实现路线中,其中一个是硅衬底Micro LED。所谓的硅衬底Micro LED是指基于片式集成化工艺技术制造MicroLED,将LED外延片直接与CMOS侧板引线键合。如果将衬底从蓝宝石换成硅,会带来怎样的提升呢?我们具体看一下。

现阶段,Micro LED的制备过程中需要将蓝宝石基的LED阵列转移至硅基以实现金属连接,因此需要制作一块Micro LED显示屏幕需要两套独立的衬底和加工工艺。无疑,这会带来成本的上升。因而,晶能光电研发经理郭啸等行业人士认为,如果将原本的蓝宝石衬底也换成硅,那么就可以和下面的硅基板形成更好的联动。

郭啸曾在演讲中指出,硅衬底在Micro LED行业的优势包括,可以实现低成本、高波长一致性、无损去除、低翘曲和CMOS兼容性。

相较其他技术,Micro LED在亮度、对比度、工作温度范围、刷新率、分辨率、色域、功耗、延时、体积、寿命等多方面具备优势,Micro LED被认为是AR近眼显示应用的终极方案。因而,基于硅衬底实现Micro LED被认为是更好的方式。也有人说,这会是未来的主流路线。

关于蓝宝石衬底和硅衬底生产Micro LED,我们看一下技术细节。先看衬底方面,如果是基于蓝宝石衬底,衬底尺寸主流基本是4英寸,最大可以做大6英寸;如果是基于硅衬底,主流工艺就会直接8英寸起步,最大可以达到12英寸工艺。从这方面来看,硅衬底在生产效率和成本方面的优势是非常明显。

其次是看工艺,如果是采用蓝宝石衬底,虽然这种工艺的技术已经比较成熟,能够获得比较好的晶体质量,不过一旦晶圆尺寸超过4寸,翘曲问题就变得不可控了,这将严重限制蓝宝石衬底Micro LED的生产效率;如果是采用硅衬底,硅工艺本身是非常成熟的,支持无损去除Micro LED,且硅晶片在大尺寸控制翘曲方面的技术也非常成熟,从硅衬底做外延生长的技术也已经突破。

最后看一下Micro LED芯片的可靠性。如果是采用蓝宝石衬底,由于技术工艺成熟,芯片的性能水平是很高的,不过在剥离的时候,有损问题可能会影响LED性能;如果是采用硅衬底,目前的工艺已经能够达到媲美蓝宝石衬底的性能水平,且无损剥离有望进一步提升垂直工艺的良率。

此外,中科院长春光机所应用光学国家重点实验室研究团队发现,采用低损伤刻蚀技术的硅衬底AlGaInP红光Micro LED可以缓解由于工艺技术原因引起的尺寸效应,这是非常吸引产业的一点。

当然,作为后发的技术,硅衬底生产Micro LED还有一定的进步空间,随着技术的提升和需求的释放,有望带动产业链实现高增长点,不仅是在AR领域,矩阵车灯、Micro LED直显大屏和车载HUD等应用也有望受益。

硅衬底Micro LED的挑战

当然,虽然上面谈到了很多好处,不过硅衬底Micro LED要实现大的产业化,还需要解决一些挑战。

首先,硅衬底Micro LED的工艺灵活性并不高,只能做垂直工艺,而蓝宝石衬底Micro LED除了垂直工艺,还可以做倒装。不过,单论AR市场来说,这并不影响,因为AR需要非常高的分辨率,垂直工艺的优势就在分辨率上,从这方面来说,倒是不用太焦虑。

其次,硅衬底Micro LED工艺难度实际上还是很高的,这对企业本身的研发能力会有一定的要求。有业者称,硅衬底实现Micro LED属于冒险走无人区,产业协同可能遇到挑战,尤其是大尺寸之后,蓝宝石衬底的倒装就会有成本优势,这也会限制硅衬底Micro LED的成长空间。

第三是基板的协同性,Micro LED硅基板还有一些技术挑战,比如,Micro LED发光效率最大的电流密度是10-1000A/cm2,基于硅基的CMOS电路要实现这个密度还是有很大挑战。那么,硅衬底和硅基板的联动也会遇到一些挑战。

结语

从目前的时间节点来看,Micro LED大规模量产的时间可能要到2028年之后,因而在此期间,将会有非常多的技术碰撞,比如硅衬底和蓝宝石衬底,硅基板和玻璃基板等,现在还很难断定哪一种技术最终能够胜出,又或者这些技术本身就是要并行的。

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