V-Tech柔性Micro LED顯示新工藝及制程設(shè)備

Micro LED作為新一代顯示屏技術(shù)，備受業(yè)界矚目。通過“鋪設(shè)”數(shù)十微米大小的微型LED芯片形成顯示畫面，Micro LED可以實(shí)現(xiàn)全彩、高輝度和廣視角顯示。但是，為了將其應(yīng)用到電視機(jī)和智能手機(jī)上并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，研發(fā)人員必須將Micro LED進(jìn)行高密度封裝，這也是Micro LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的一大難點(diǎn)。

在日本Messe舉行的第28屆Fine Tech Japan技術(shù)研討會上（12月5日-7日），有一篇由V·Technology株式會社（顯示生產(chǎn)設(shè)備的大型企業(yè)）作的主題為“柔性Micro LED實(shí)現(xiàn)方案”的演講。演講的主要內(nèi)容介紹了V·Technology公司（以下簡稱V-Tech）自主研發(fā)的柔性Micro LED顯示屏的生產(chǎn)工藝。

通過UV Micro LED來實(shí)現(xiàn)彩色化

V-Tech研發(fā)出一種基于柔性UV Micro LED的彩色化方案，它利用獨(dú)特的“扇形”結(jié)構(gòu)和熒光材料來實(shí)現(xiàn)顯示器的彩色顯示。這種研發(fā)中的柔性Micro LED顯示屏使用聚酰亞胺（PI, polyimide）基板，研發(fā)人員在該基板上鍵合UV Micro LED芯片，并用20um（高度）*7um（寬）的扇形側(cè)壁結(jié)構(gòu)將其封裝在內(nèi)，該封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)會填充熒光體涂層以實(shí)現(xiàn)彩色化顯示。

Micro LED技術(shù)的研發(fā)開始于***地區(qū)，V-Tech在剛確立其基本技術(shù)時，就已經(jīng)與擁有核心技術(shù)的日本企業(yè)、大學(xué)進(jìn)行合作。Nitride Semiconductors Co.,Ltd.為V-Tech提供了UV Micro LED，光阻（Photo Resist）廠商提供了關(guān)于Micro LED再排列技術(shù)的光感黏著劑等材料，東北大學(xué)提供了TFT和基板技術(shù)方面的指導(dǎo)，慶應(yīng)大學(xué)等在熒光體單元和光阻技術(shù)方面提供了指導(dǎo)。

由于紅、綠光LED的發(fā)光效率會隨著芯片尺寸的減小而減小，所以V-Tech選擇了UV-LED方案。理論上，使用短波長的光“激發(fā)”熒光體會更合適，再考慮到外量子效率、熒光體的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)射波長的波動等因素，V-Tech最后選擇了波長為385nm的紫外光。

該UV Micro LED芯片是一種由4吋藍(lán)寶石晶圓制成的倒裝芯片（flip chip）。芯片尺寸為17*49um，為了確保實(shí)現(xiàn)電氣連接，研究人員刻意把鍵合端子的尺寸做大。V-Tech稱，“決定芯片尺寸的不是亮度，而是實(shí)現(xiàn)電氣連接的端子大小”。

這種UV Micro LED芯片發(fā)光的動態(tài)范圍（dynamic range）非常廣，據(jù)說驅(qū)動電流從0.5uA到10mA都可以保證發(fā)光。

獨(dú)特的區(qū)域可選激光剝離技術(shù)——PSLLO

從藍(lán)寶石晶圓上剝離LED需要進(jìn)行LLO（激光剝離，Laser Lift Off）工藝，V-Tech在這里使用了其特有的“Partial SelectiveLLO(PSLLO)”工藝。一般的激光剝離技術(shù)會在藍(lán)寶石晶圓的背面選擇一個位置，并根據(jù)精度在藍(lán)寶石晶圓和LED芯片薄膜的界面處照射激光。但是，PSLLO使用獨(dú)特的“秘方”進(jìn)行激光照射，結(jié)果不是將Micro LED全部剝離，而只是減弱特定區(qū)域的黏合力（目的是使其更容易剝離），這對于后面工序的芯片再排列很重要。

接下來是把藍(lán)寶石晶圓上的UV Micro LED芯片轉(zhuǎn)移到PI基板上。PI基板上有很多起到電氣連接作用的凸點(diǎn)（bump），研發(fā)人員把凸點(diǎn)和LED芯片進(jìn)行高精度地對接，再通過黏著涂層加熱加壓將其鍵合，最后取下藍(lán)寶石晶圓就實(shí)現(xiàn)了UV Micro LED芯片從晶圓到PI基板的轉(zhuǎn)移。這樣一來，轉(zhuǎn)移LED芯片就不再需要載帶（carrier tape）了。

這期間如果通入電流，加熱加壓后實(shí)現(xiàn)電氣連接的芯片會發(fā)光，所以芯片的轉(zhuǎn)移、封裝和點(diǎn)燈檢查都可以伴隨制程同時進(jìn)行。檢查出的不良芯片，在PSLLO工序里不會被激光照射到，進(jìn)而也不會轉(zhuǎn)移到PI基板上。比起涂層的黏著強(qiáng)度，藍(lán)寶石晶圓和UV Micro LED芯片的粘著力更強(qiáng)，所以PSLLO工序可以選擇性地轉(zhuǎn)移出特定區(qū)域的芯片。

利用扇形金屬側(cè)壁防止混色

接下來是形成熒光體單元的扇形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是彩色化顯示的最小顯示單元。如正常的黃光制程，在整體涂布熒光涂層后，再經(jīng)過曝光、顯影和清洗最后形成圖案（pattern）。但是，UV光透過曝光后的光阻（resist），會激發(fā)旁邊的熒光體單元進(jìn)而導(dǎo)致混色。為了避免混色的發(fā)生，V-Tech在熒光體單元內(nèi)部還設(shè)計(jì)了金屬層。由于熒光體單元高度達(dá)20um且較厚，研發(fā)人員可以在鍍上金屬層后，使用脈沖激光（Pulsed laser）照射，進(jìn)而只“切除（ablation）”底部的金屬涂層。在 “切除”后，金屬層就只剩下熒光體單元的側(cè)壁部分。

在測試評估20-30種熒光體（包括量子點(diǎn)）的壽命、持久性、發(fā)光和吸收等特性后，V-Tech最終選用了粒子直徑為1-3um的無機(jī)熒光體填充上述熒光體單元?？紤]到很薄的熒光體涂層不會吸收UV光，也不會引起變色，V-Tech設(shè)計(jì)的上述熒光體單元的高度為20um。

已經(jīng)拿到生產(chǎn)設(shè)備的訂單

V-Tech通過以上一系列的制程工序試制了柔性Micro LED顯示屏，將其卷在直徑為3mm的圓棒上后，確認(rèn)可以發(fā)光?；诖舜卧囍平Y(jié)果，V-Tech內(nèi)部同時還開始了生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)。

作為今后的課題，V-Tech還會開發(fā)高速維修設(shè)備，降低Micro LED芯片的成本，開發(fā)柔性基板（backplane）。V-Tech內(nèi)部無法生產(chǎn)基板，公司的方案是與其他廠商合作。將來是僅銷售生產(chǎn)設(shè)備還是同時生產(chǎn)顯示屏呢？他們的商業(yè)模式目前還沒有確定，據(jù)V-Tech說，他們“希望保留選擇的機(jī)會”。

在2018年11月，V-Tech宣布，他們從海外大客戶手里拿到了用于Micro LED生產(chǎn)線的LLO設(shè)備、LED轉(zhuǎn)移設(shè)備的訂單。