显示技术展::V-Tech│开发出柔性Micro LED显示新工艺及制程设备

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Micro LED作为新一代显示屏技术,备受业界瞩目。通过“铺设”数十微米大小的微型LED芯片形成显示画面,Micro LED可以实现全彩、高辉度和广视角显示。但是,为了将其应用到电视机和智能手机上并实现商业化,研发人员必须将Micro LED进行高密度封装,这也是Micro LED技术实现商业化的一大难点。

在日本Messe举行的第28届Fine Tech Japan技术研讨会上(12月5日-7日),有一篇由V·Technology株式会社(显示生产设备的大型企业)作的主题为“柔性Micro LED实现方案”的演讲。演讲的主要内容介绍了V·Technology公司(以下简称V-Tech)自主研发的柔性Micro LED显示屏的生产工艺。

通过UV Micro LED来实现彩色化

V-Tech研发出一种基于柔性UV Micro LED的彩色化方案,它利用独特的“扇形”结构和荧光材料来实现显示器的彩色显示。这种研发中的柔性Micro LED显示屏使用聚酰亚胺(PI, polyimide)基板,研发人员在该基板上键合UV Micro LED芯片,并用20um(高度)*7um(宽)的扇形侧壁结构将其封装在内,该封装结构内会填充荧光体涂层以实现彩色化显示。

Micro LED技术的研发开始于台湾地区,V-Tech在刚确立其基本技术时,就已经与拥有核心技术的日本企业、大学进行合作。Nitride Semiconductors Co.,Ltd.为V-Tech提供了UV Micro LED,光阻(Photo Resist)厂商提供了关于Micro LED再排列技术的光感黏着剂等材料,东北大学提供了TFT和基板技术方面的指导,庆应大学等在荧光体单元和光阻技术方面提供了指导。

由于红、绿光LED的发光效率会随着芯片尺寸的减小而减小,所以V-Tech选择了UV-LED方案。理论上,使用短波长的光“激发”荧光体会更合适,再考虑到外量子效率、荧光体的转换效率和发射波长的波动等因素,V-Tech最后选择了波长为385nm的紫外光。

该UV Micro LED芯片是一种由4吋蓝宝石晶圆制成的倒装芯片(flip chip)。芯片尺寸为17*49um,为了确保实现电气连接,研究人员刻意把键合端子的尺寸做大。V-Tech称,“决定芯片尺寸的不是亮度,而是实现电气连接的端子大小”。

这种UV Micro LED芯片发光的动态范围(dynamic range)非常广,据说驱动电流从0.5uA到10mA都可以保证发光。

独特的区域可选激光剥离技术——PSLLO

从蓝宝石晶圆上剥离LED需要进行LLO(激光剥离,Laser Lift Off)工艺,V-Tech在这里使用了其特有的“Partial SelectiveLLO(PSLLO)”工艺。一般的激光剥离技术会在蓝宝石晶圆的背面选择一个位置,并根据精度在蓝宝石晶圆和LED芯片薄膜的界面处照射激光。但是,PSLLO使用独特的“秘方”进行激光照射,结果不是将Micro LED全部剥离,而只是减弱特定区域的黏合力(目的是使其更容易剥离),这对于后面工序的芯片再排列很重要。

接下来是把蓝宝石晶圆上的UV Micro LED芯片转移到PI基板上。PI基板上有很多起到电气连接作用的凸点(bump),研发人员把凸点和LED芯片进行高精度地对接,再通过黏着涂层加热加压将其键合,最后取下蓝宝石晶圆就实现了UV Micro LED芯片从晶圆到PI基板的转移。这样一来,转移LED芯片就不再需要载带(carrier tape)了。

这期间如果通入电流,加热加压后实现电气连接的芯片会发光,所以芯片的转移、封装和点灯检查都可以伴随制程同时进行。检查出的不良芯片,在PSLLO工序里不会被激光照射到,进而也不会转移到PI基板上。比起涂层的黏着强度,蓝宝石晶圆和UV Micro LED芯片的粘着力更强,所以PSLLO工序可以选择性地转移出特定区域的芯片。

利用扇形金属侧壁防止混色

接下来是形成荧光体单元的扇形结构,该结构是彩色化显示的最小显示单元。如正常的黄光制程,在整体涂布荧光涂层后,再经过曝光、显影和清洗最后形成图案(pattern)。但是,UV光透过曝光后的光阻(resist),会激发旁边的荧光体单元进而导致混色。为了避免混色的发生,V-Tech在荧光体单元内部还设计了金属层。由于荧光体单元高度达20um且较厚,研发人员可以在镀上金属层后,使用脉冲激光(Pulsed laser)照射,进而只“切除(ablation)”底部的金属涂层。在 “切除”后,金属层就只剩下荧光体单元的侧壁部分。

在测试评估20-30种荧光体(包括量子点)的寿命、持久性、发光和吸收等特性后,V-Tech最终选用了粒子直径为1-3um的无机荧光体填充上述荧光体单元。考虑到很薄的荧光体涂层不会吸收UV光,也不会引起变色,V-Tech设计的上述荧光体单元的高度为20um。

 
已经拿到生产设备的订单

V-Tech通过以上一系列的制程工序试制了柔性Micro LED显示屏,将其卷在直径为3mm的圆棒上后,确认可以发光。基于此次试制结果,V-Tech内部同时还开始了生产设备的研发。

作为今后的课题,V-Tech还会开发高速维修设备,降低Micro LED芯片的成本,开发柔性基板(backplane)。V-Tech内部无法生产基板,公司的方案是与其他厂商合作。将来是仅销售生产设备还是同时生产显示屏呢?他们的商业模式目前还没有确定,据V-Tech说,他们“希望保留选择的机会”。

在2018年11月,V-Tech宣布,他们从海外大客户手里拿到了用于Micro LED生产线的LLO设备、LED转移设备的订单。


*内容摘自CINNO

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