巨量转移制程简化!一种制造高性能Micro-LED显示器的新方法

在Display Week，来自CEA-Leti的研究人员发表了几篇有关RGB Micro-LED像素制造及其向大尺寸驱动面板转移的论文。

第一篇论文《一种制造高性能Micro-LED显示器的新方法》中，展示了该公司制造全彩色Micro-LED显示器的新方法，该方法取消了多个存在于传统制作方案中的工艺步骤。传统工艺中，制作人员会先从原生晶圆上连续切割出蓝色，绿色和红色Micro-LED，然后将它们转移到相应的TFT驱动背板上，或者将它们与独立的CMOS驱动器键合为一个整体，最后再将这个整体单独转移到底板上（转移过程涉及四个甚至更多的步骤）。但是在这篇论文中，研究人员首先将一片蓝色Micro-LED外延片和一整片CMOS驱动电路晶圆键结合在一起，然后他们直接在外延片上制作InGaN蓝色Micro-LED，进而在晶圆级工艺制程中制成单个的RGB Micro-LED像素，最后制作人员在该蓝色Micro-LED上涂布足够的转换荧光粉，以获得绿色和红色发光像素。

上方为基于CMOS驱动集成方案制造Micro-LED显示器的简化转移步骤；下方为该CMOS驱动集成方案最小单元的细节图，包括CMOS驱动和R、G和B Micro-LED（图片来源：eeNews）

这篇论文中，研究人员基于所提方案制成了一个完整的RGB Micro-LED晶圆，他们将它切割成数以万计的RGB Micro-LED，不过这里每一个RGB Micro-LED已经与底层CMOS驱动电路键合。更重要的是，晶圆级制程工艺让Micro-LED同CMOS驱动基板间的键合效果更好，这让研究人员在转移之前对单个RGB-LED-on-CMOS芯片的测试变得更加容易。

传统复杂的转移方案：先切割分离出蓝色，红色和红色晶圆上相应的Micro-LED，然后将它们和CMOS驱动单元一个一个地转移到接收基板上（图片来源：eeNews）

接下来，这些一体化RGB Micro-LED只需要再做一个步骤就可以转移到接收背板（Receiving Substrate）上。这里的接收基板由行列导电线路构成的无源栅格组成，它不需要TFT基板因而也不受相关的驱动尺寸限制（与大尺寸CMOS驱动基板相比，载流子迁移率较低低）。

“这一尚处于概念验证阶段的新工艺将为商用高性能Micro-LED显示器的生产制造铺平道路，”CEA-Leti光子器件战略营销经理FrançoisTemplier解释说，他是该论文的第一作者。

实际上，制成高分辨率Micro-LED显示器的最大挑战之一是改善驱动电子设备的性能，这需要更高的功率和更快的电子器件来为固定帧时间内的数百万像素供电。目前，业界常用的TFT有源矩阵基板还无法提供Micro-LED工作所需的必要电流和速度。

采用这篇论文介绍的方法，这里的接收基板甚至可以用非光刻技术制造，例如喷墨或模版印刷，而且在几乎任何种类的材料（如玻璃，塑料，金属）上，无论是刚性还是柔性材料，都可以制作大于100英寸的显示器。

在另外一篇题为“基于微管互连传输的Micro-LED显示器”的论文中，该公司还提出了一种无焊接互连机制的解决方案。基于该方案，无论转移过程涉及的像素间距如何，生产方都能在基板上实现成本效益。

作为一个例子，研究人员设想将使用晶圆级制造工艺制成的小间距Micro-LED以更大的像素间距（50至500μm）转移到接收基板上。这意味着发光区域将在每个像素内留下足够的自由空间，OEM可以使用它来提升显示透明度或集成其他的显示功能，例如光学传感。

左图为基于混合型Micro-LED的无源矩阵的SEM视图，右图为两侧设计中空微管的Micro-LED特写示意图（图片来源：eeNews）

在这里，作者提出使用他们在之前的论文中演示过的微管互连技术，它可以通过室温下的一次压配操作确保电气和机械连接效果。这里的微管直接生长在基板上，由刚性钨硅化物支撑结构上构建的微柱组成。这里的Micro-LED使用底发光结构，光朝向外延衬底发射。为了压配连接，设计人员将N和P接触焊盘都设计在了顶部（N触点通过有源侧连接到顶部），因此这些相对柔软可变形的焊盘在最终被压到硬微管上之后，就可以形成牢固的电气和机械连接。