介紹硅襯底GaN基Micro LED技術(shù)的發(fā)展情況

Micro LED新型顯示具有巨大市場前景，也面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。選擇合理的產(chǎn)業(yè)化路線對推動Micro LED應(yīng)用落地非常關(guān)鍵。晶能光電是大尺寸硅襯底氮化鎵Micro LED工藝路線的堅定實踐者。在2023集邦咨詢新型顯示產(chǎn)業(yè)研討會上，晶能光電外延工藝經(jīng)理周名兵介紹了硅襯底GaN基Micro LED技術(shù)的發(fā)展情況。

在巨大市場前景下，Micro LED仍面臨很大技術(shù)挑戰(zhàn)

得益于在亮度、光效、可靠性、響應(yīng)時間等方面的優(yōu)勢，TrendForce集邦咨詢旗下光電研究處LEDinside十分看好Micro LED在高端直顯屏、輕量AR眼鏡、智慧手表、智慧駕駛座艙及透明顯示領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)潛力。

在Micro LED芯片端，至2024年各項顯示應(yīng)用的芯片產(chǎn)值估計為5.42億美元；2025年Micro LED技術(shù)相對成熟后，行業(yè)產(chǎn)值將有爆發(fā)性的成長。

其中，AR近眼顯示光引擎是Micro LED的最大賽道，目前包括雷鳥、OPPO、小米、Vizux、李未可等企業(yè)均發(fā)布了搭載Micro LED技術(shù)的AR輕量眼鏡。然而，當下Micro LED技術(shù)在近眼顯示的應(yīng)用仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，包括：

1.微米級Micro LED芯片，特別是紅光芯片的外量子效率（EQE）仍有待提升；

2.Micro LED芯片生產(chǎn)成本高，良率低，壞點率高；

3.像素間亮度一致性差；

4.灰度響應(yīng)/亮度漸變效果差；

5.尚無理想的全彩方案。

周名兵介紹，要實現(xiàn)Micro LED微顯技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用，必須針對上述技術(shù)難點提供完善的工程化解決方案。

從Micro LED的高密度、巨量化、和微型化特點來看，可以和硅IC工藝高度兼容的大尺寸硅襯底GaN技術(shù)脫穎而出，成為高PPI的Micro LED微顯技術(shù)的主流開發(fā)路線。

與傳統(tǒng)的藍寶石襯底GaN技術(shù)相比，硅襯底GaN技術(shù)在晶圓尺寸、生產(chǎn)成本、制程良率、IC工藝兼容度、襯底無損去除等方面具有優(yōu)勢，已被Metaverse(Plessey)、ALLOS、STRATACACHE、Samsung、MICLEDI、Aledia、Raysolve、Porotech、諾視、奧視微等國內(nèi)外企業(yè)和科研院所廣泛采用。

深耕硅襯底LED產(chǎn)業(yè)，晶能光電不斷實現(xiàn)技術(shù)迭代

據(jù)了解，晶能光電成立于2006年，總部位于江西南昌，在上海、深圳分別設(shè)有辦事處。晶能光電擁有硅襯底LED原創(chuàng)技術(shù)，并已將其成功大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

晶能光電作為全產(chǎn)業(yè)鏈IDM硅襯底光電器件制造商，目前已覆蓋外延、芯片、器件、模組全產(chǎn)業(yè)鏈，兼具研發(fā)、設(shè)計、制造、銷售一體化，產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋汽車電子、消費電子、微顯示、通用照明四大方向。

其中，外延、芯片產(chǎn)品包括垂直結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)的Mini/Micro LED芯片；器件產(chǎn)品包括陶瓷封裝產(chǎn)品、CSP封裝產(chǎn)品、Chip封裝產(chǎn)品、特種支架式封裝產(chǎn)品；模組產(chǎn)品則包括LED模組、汽車照明模組、TOF模組、微顯示模組。

周名兵重點介紹了公司在外延、芯片端的布局。據(jù)了解，晶能光電具有覆蓋365nm~650nm波段的大尺寸硅襯底GaN基近紫外、藍、綠、紅光外延片產(chǎn)品；同時，晶能光電也儲備了超低位錯密度的硅襯底GaN外延技術(shù)，以應(yīng)對特殊應(yīng)用對氮化鎵材料質(zhì)量的高規(guī)格要求?！拔覀冊诠枰r底GaN外延層中可以實現(xiàn)低于1.5E8/cm2的位錯密度，這一水平處于國際領(lǐng)先；我們也可以做到硅襯底上超過8微米厚度的無裂紋氮化鎵外延量產(chǎn)?！?/p>

值得一提的是，近眼顯示光引擎需要將高PPI的Micro LED陣列與CMOS背板鍵合，因為標準CMOS工藝都是基于8英寸或者以上晶圓，LED外延廠商需提供標準襯底厚度的8英寸Micro LED外延片以匹配CMOS背板和后續(xù)鍵合工藝。

晶能光電積極投入硅襯底InGaN紅光外延技術(shù)開發(fā)。當下，傳統(tǒng)InGaAlP紅光Micro LED的光效和光衰是這一行業(yè)面臨的首要瓶頸，晶能光電的紅光LED（32mil）的峰值EQE達到13%，處于國際領(lǐng)先水平。雖然目前InGaN紅光效率仍達不到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用要求，但隨著產(chǎn)學研界廣泛地進行開發(fā)投入，預(yù)計這一技術(shù)將持續(xù)得到提升。

重點布局三大潛力應(yīng)用，迎接廣闊市場

針對Mini RGB直顯應(yīng)用，晶能光電推出了垂直結(jié)構(gòu)的硅襯底GaN基藍光和綠光芯片，芯片高度與紅光芯片保持一致，且都是單面出光，產(chǎn)品在顯示對比度、發(fā)光角度方面有優(yōu)異表現(xiàn)。目前已應(yīng)用于P1.25超大Mini RGB直顯曲面大屏和交互式車用Mini RGB直顯屏。

針對輕量AR眼鏡上的Micro LED近眼顯示模組，晶能光電于2022年成功制備了12μm pitch像素矩陣，2023年又成功制備了5μm pitch三基色像素矩陣，即將發(fā)布可顯示動態(tài)圖像的全彩模組。

此外，晶能光電非常重視硅襯底LED技術(shù)在ADB矩陣大燈產(chǎn)品線上的拓展，目前該方案處于開發(fā)階段。

周名兵表示，晶能光電預(yù)計將在2023年中旬發(fā)布12英寸硅基氮化鎵LED外延片產(chǎn)品，并在未來不斷迭代。

最后，周名兵也介紹了晶能光電在CSP Mini芯片方面的進展。

據(jù)悉，CSP Mini技術(shù)是一種倒裝芯片技術(shù)，具有體積小、發(fā)光點小、高光密度的特點。應(yīng)用方向上，晶能光電的CSP Mini背光產(chǎn)品主要面向電視和車載兩大市場。

其中，在電視方面，CSP Mini背光具有小角度出光、小發(fā)光面，減少OD值，整機厚度薄，高色域的特點，目前也進入了國內(nèi)頭部的廠商；在車載方面，CSP Mini背光具有四面出光，發(fā)光角度大，減少背光模組的燈珠數(shù)量，高色域的特點。

結(jié)語

硅襯底GaN基LED技術(shù)難度大、開發(fā)時間長，完全依靠個別企業(yè)的獨立研發(fā)、在產(chǎn)業(yè)無人區(qū)探索。

但來到Micro LED爆發(fā)前夜上，硅襯底GaN技術(shù)具有大尺寸、低成本、高良率、無損去除襯底、IC制程兼容等諸多優(yōu)勢，對于Micro LED產(chǎn)業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用推廣有著很大加持。

晶能光電擁有硅襯底GaN全鏈條產(chǎn)業(yè)化技術(shù)及完整知識產(chǎn)權(quán)。抓住Micro LED發(fā)展的機遇，晶能光電將和更多行業(yè)伙伴通力合作，更快突破硅襯底GaN Micro LED技術(shù)瓶頸，推動行業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)合作共贏。

審核編輯：劉清