Micro LED技術被炒得震天價響,儼然是次世代的顯示技術霸主,更是2018年的顯示明星。然而,目前Micro LED依然存在許多的難題,不管是制程技術、檢驗標準,或者是生產(chǎn)成本,都與大量商業(yè)應用有著很大的距離,而其中一個最主要的挑戰(zhàn),就是如何導入大量生產(chǎn),以降低其制造成本,而此一環(huán)節(jié)被稱為「巨量轉移」。 要理解巨量轉移,當然要先知道什么是Micro LED,以及它跟傳統(tǒng)的LED有何不同之處。Micro LED的英文全名是「Micro Light Emitting Diode」,中文也就稱作是微發(fā)光二極體,也可以寫作「μLED」。 與一般LED最大的不同之處,當然是尺寸。但是多少的尺寸才能稱作Micro LED,目前仍未有統(tǒng)一的標準,因此都是制造商各自表述的情況。以臺灣晶電的定義為例,一般的LED晶粒是介于200~300微米(micrometer, μm),Mini LED(被稱為Micro LED前身)約50~60微米,而Micro LED則是在15微米。 μLED完勝所有顯示技術成本與量產(chǎn)是唯一挑戰(zhàn) 由于晶粒尺寸的差異,其各自的應用也就有所不同。一般的LED芯片以照明與顯示器背光模組為主;至于Mini LED則也將會運用在背光應用上,但會是在高階的消費產(chǎn)品,或者是車用市場,如群創(chuàng)光電的AM miniLED就是運用在車用顯示上;至于Micro LED,其應用概念跟前兩者則完全不同,將會是一種全新的顯示技術,而它的競爭對象則會是OLED。 從技術規(guī)格與應用概念來看,μLED在亮度、反應速度、電耗與耐用度上皆完勝目前市面上的顯示技術,幾乎可以說是具備完全取代LCD和OLED顯示的潛力,但唯一的問題就是其生產(chǎn)成本與量產(chǎn)的能力。
圖一 目前μLED最大的生產(chǎn)挑戰(zhàn)就在于如何把巨量的微米等級的LED晶粒,透過高準度的設備,將之布置在目標基板或者電路上,而此一程序被稱為巨量轉移(Mass Transfer )。
事實上,巨量轉移是一個學術名詞,經(jīng)常用于物質處理流程的工程設計上,它涉及物理系統(tǒng)內(nèi)的物質或粒子的擴散和對流。 更具體的說,巨量轉移是在描述一個化學或物理的機制,它是一種運輸?shù)默F(xiàn)象,它意指大數(shù)量的點(分子或粒子)從某一端移動到另一端。它可以是單一階段,或者多重階段,且涉及一個液體或者氣體的階段,有時候也可能在固體物質中發(fā)生。 一個經(jīng)典的巨量轉移范例,就是水的「蒸發(fā)」,透過蒸發(fā)現(xiàn)象,能讓大量的水分粒子移動到另一個物質上,同理,擴散也是如此。
如何搬運數(shù)千萬顆微米級LED晶粒的挑戰(zhàn) 而用在μLED的生產(chǎn)上,就是要把數(shù)百萬甚至數(shù)千萬顆微米級的LED晶粒正確且有效率的移動到電路基板上。以一個4K電視為例,需要轉移的晶粒就高達2400萬顆(以4000 x 2000 x RGB三色計算),即使一次轉移1萬顆,也需要重復2400次。 臺灣的工研院目前也正在著手研發(fā)巨量轉移的相關技術,而主要負責的單位則是電子與光電系統(tǒng)研究所。電光所所長吳志毅博士就表示:「目前LED與顯示面板的制程已相對成熟,最大的困難就在于如何將如此大量的μLED晶粒進行轉移?!? 吳志毅博士指出,雖然生產(chǎn)微米級μLED晶粒不易,但仍是有設備可以做到,只是良率與產(chǎn)量的問題,例如紅光LED微縮至微米級會有矽材質易碎的問題,但還是有法可行,唯有巨量轉移目前仍沒有一個好的解決方案。 就因為巨量轉移的良率與效率具備很高的技術難度,因此目前包含蘋果、三星和索尼都正積極研究突破之道。 吳志毅博士表示,要達成巨量轉移的原理其實很簡單,就是產(chǎn)生一個作用力將μLED晶粒精準的吸附起來,然后將之轉移到目標背板上,再精準的釋放。而可以使用的原理有:真空、靜電、沾黏、UV和電子作用等。 關鍵的問題就在于良率可以達到多少,以及產(chǎn)能是否合乎成本。
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