硅基全彩堆疊結(jié)構(gòu)正在成為Micro LED的一條新技術(shù)路線(xiàn)。
在年初的ISE 2023展會(huì)上，首爾偉傲世就展示了基于WICOP Pixel技術(shù)的Micro LED顯示屏，成功將Micro LED顯示屏的亮度提高到4000nits。
據(jù)相關(guān)介紹，首爾偉傲世的所謂WICOP Pixel是一種全彩單芯片顯示技術(shù)，其特點(diǎn)是無(wú)需引線(xiàn)、封裝與透鏡結(jié)構(gòu)，并通過(guò)垂直堆疊的方式放置紅、綠和藍(lán)光三顆Micro LED芯片。
近兩年來(lái)，如何破解Micro LED巨量轉(zhuǎn)移良率、基板、驅(qū)動(dòng)以及后期檢測(cè)返修、成本和紅光效率低下等諸多技術(shù)瓶頸已經(jīng)成為Micro LED產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的關(guān)鍵難題。
高工LED注意到，不僅是首爾偉傲世，包括諾視科技、美國(guó)硅谷公司Sundiode Inc、韓國(guó)公司Youngwoo DSP以及清華大學(xué)、武漢大學(xué)、麻省理工學(xué)院等企業(yè)和高校科研機(jī)構(gòu)都在布局研發(fā)垂直堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED技術(shù)路線(xiàn)，以求在工藝技術(shù)尚未迭代的情況下，加快Micro LED進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化大道。
高工LED在調(diào)研中了解到，目前垂直堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED主要應(yīng)用于中小尺寸AR/VR、車(chē)載顯示以及智能手表等領(lǐng)域。
爭(zhēng)相布局新技術(shù)路線(xiàn)
超高清顯示目標(biāo)下，Micro LED憑借低能耗、高亮度、高對(duì)比度及高可靠性的特性，滿(mǎn)足了各種像素密度和各種尺寸顯示的需求，正在成為推動(dòng)顯示技術(shù)變革變革和構(gòu)建新型顯示產(chǎn)業(yè)格局的重要支撐。
高工產(chǎn)研LED研究所(GGII)預(yù)測(cè)，到2025年，全球Micro LED市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)35億美元。2027年全球Micro LED市場(chǎng)規(guī)模有望突破100億美元大關(guān)。
巨大的市場(chǎng)之下，如何加快Micro LED的量產(chǎn)應(yīng)用步伐正成為產(chǎn)業(yè)鏈和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)之一。
堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED技術(shù)或可成為Micro LED加速走出“實(shí)驗(yàn)室”，邁向更大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的途徑之一。
2022年12月，諾視科技宣布成功點(diǎn)亮0.39英寸XGA Micro LED微顯示屏，標(biāo)志著該公司的WLVSP(Wafer Level Vertically Stacked Pixels，晶圓級(jí)垂直堆疊像素)技術(shù)方案取得重大突破。
據(jù)高工LED了解，諾視科技自主研發(fā)的VSP技術(shù)，通過(guò)多層材料在垂直方向進(jìn)行堆疊，實(shí)現(xiàn)了像素的小型化，并且可以通過(guò)堆疊使紅光的發(fā)光亮度得以提升，從根本上解決Micro LED領(lǐng)域主要的技術(shù)難點(diǎn)。
目前性能和成本依然是Micro LED大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。一方面從產(chǎn)品性能角度來(lái)看，由于尺寸效應(yīng)影響，Micro LED在小尺寸下發(fā)光效率低，全彩顯示中的紅光部分尤為突出；另一方面受制于藍(lán)寶石路線(xiàn)晶圓尺寸、翹曲等因素影響Micro LED芯片良率較低，因此成本和產(chǎn)能都難以滿(mǎn)足市場(chǎng)預(yù)期。
諾視科技基于硅基襯底方案，融合Micro LED以及集成電路領(lǐng)域較為成熟的堆疊技術(shù)，打通了行業(yè)壁壘，實(shí)現(xiàn)兩種技術(shù)路線(xiàn)在芯片產(chǎn)品層面技術(shù)方案的統(tǒng)一。
此前，韓國(guó)KAIST的研究團(tuán)隊(duì)也是在Si-CMOS顯示驅(qū)動(dòng)電路板上，通過(guò)3D堆疊方式集成紅色Micro LED。
該方法首先通過(guò)晶圓鍵合將Micro LED薄膜層轉(zhuǎn)移到Si-CMOS電路板上，然后通過(guò)光刻工藝生成像素。之后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)從上到下(Top-down)的連續(xù)半導(dǎo)體工藝，在Si-CMOS電路板上成功開(kāi)發(fā)了高分辨率顯示器。
事實(shí)上，針對(duì)堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED的研發(fā)已持續(xù)數(shù)年。2021年，清華大學(xué)電子工程系盛興研究組就開(kāi)發(fā)了一種基于疊層式紅、綠、藍(lán)三色(RGB)微型發(fā)光二極管(Micro LED)的器件陣列設(shè)計(jì)，可用于全彩色照明和顯示。
韓國(guó)廠商Youngwoo DSP也在2021年被韓國(guó)貿(mào)易工業(yè)和能源部選中負(fù)責(zé)一項(xiàng)國(guó)家項(xiàng)目，該項(xiàng)目將開(kāi)發(fā)基于超小RGB堆疊層的新型Micro LED制造技術(shù)。
美國(guó)硅谷公司Sundiode Inc在2021年也展示了一個(gè)全彩Micro LED微顯示器，由堆疊式RGB Micro LED像素陣列組成，采用主動(dòng)矩陣硅基CMOS背板驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED難題待解
2021年2月，美國(guó)專(zhuān)利商標(biāo)局公布蘋(píng)果獲得一項(xiàng)Micro LED相關(guān)專(zhuān)利，即"堆疊混合Micro LED像素結(jié)構(gòu)"。
這也將堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED再次推入行業(yè)視野內(nèi)。
高工LED在近日的巡回調(diào)研中了解到，目前業(yè)內(nèi)對(duì)于硅基堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED已經(jīng)有多家廠商開(kāi)始跟進(jìn)初步的技術(shù)探索。
“堆疊結(jié)構(gòu)能夠顯著提升分辨率，在提高器件發(fā)光性能的同時(shí)也降低了對(duì)加工精度的要求，有效提升了Micro LED的良率。”有封裝頭部廠商的技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴高工LED，目前這項(xiàng)技術(shù)基本還處于研發(fā)實(shí)驗(yàn)室階段，離量產(chǎn)還比較遠(yuǎn)。
此前相關(guān)的研究資料也表明，堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED意味著三種顏色的光將從顯示器的不同高度發(fā)射出來(lái)，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)設(shè)計(jì)復(fù)雜化，同時(shí)也對(duì)LED之間的間距精準(zhǔn)度及結(jié)構(gòu)中不同層的對(duì)準(zhǔn)精度提出了更高的要求。
同時(shí)，堆疊式Micro LED RGB三種芯片產(chǎn)生的顏色干擾、微小像素的發(fā)光效率低、紅光材料的適配性和效率等都是未來(lái)量產(chǎn)應(yīng)用時(shí)所要解決的問(wèn)題。
此外，堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED更加適配硅襯底，而目前藍(lán)寶石襯底是主流。硅襯底的大規(guī)模應(yīng)用還存在著成本、良率等方面的關(guān)鍵問(wèn)題。
但隨著頭部廠商和高校科研機(jī)構(gòu)在堆疊結(jié)構(gòu)Micro LED領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展，有望為Micro LED在中小尺寸領(lǐng)域的應(yīng)用打開(kāi)新的路徑。
