大族顯視推出全自動 LLO激光剝離設(shè)備,助力Micro LED顯示突破技術(shù)瓶頸

2019美國拉斯維加斯“First Look”活動期間，三星發(fā)表了全新的模塊化75英寸4K分辨率Micro LED顯示器：“The Window”。與三星在2018年CES展會上亮相的“The Wall”相比，“The Window”擁有更高密度的芯片、更佳的分辨率，展品一出，驚艷四座，引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注和討論。當下，Micro LED顯示技術(shù)處于蓬勃發(fā)展階段，并正往市場應(yīng)用上靠攏，未來可期。

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Micro LED知識講堂

Micro LED顯示的結(jié)構(gòu)是微型化LED陣列。目前，單個Micro LED芯片的尺寸可以做到10μm以下，為常規(guī)LED尺寸大小的1%。每一個Micro LED可視為一個像素，每個像素可以實現(xiàn)定址控制、單獨驅(qū)動自發(fā)光。在結(jié)構(gòu)上，Micro LED是一個由P型GaN材料和N型GaN材料相互緊密接觸時形成的P-N結(jié)面接觸型二極管。當在P-N結(jié)兩側(cè)施加一個正向電壓，即對P型GaN一側(cè)施加正壓，而對N型GaN一側(cè)施加負壓時，就可以使得P-N結(jié)兩側(cè)的載流子能夠容易地相互移動，進而發(fā)生電子空穴的輻射復(fù)合，產(chǎn)生光出射。Micro LED陣列經(jīng)由垂直交錯的正、負柵狀電極連結(jié)每一顆Micro LED的正、負極，通過過電極線的依序通電，以掃描方式點亮Micro LED以顯示影像。

由于Micro LED芯片特殊的結(jié)構(gòu)特點和發(fā)光原理，基于Micro LED芯片的顯示屏具有高像素、高色彩飽和度、低功耗、高亮度、快速反應(yīng)、長壽命等顯著優(yōu)點。在顯示質(zhì)量方面，Micro LED單個芯片大小可至10μm以下，因此Micro LED顯示屏可以集成極高的像素密度。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前市場上搭載OLED屏幕的iPhone X像素密度為458ppi，而Micro-LED顯示可達到2000ppi以上；在性能方面，Micro LED由無機材料構(gòu)成，相比于OLED易燒屏的有機發(fā)光材料，Micro LED屏的使用壽命會更久；在技術(shù)層面，Micro LED顯示為單點驅(qū)動自發(fā)光技術(shù)，擁有納秒（ns）級的超快反應(yīng)速度和效率。例如在VR行業(yè)中的應(yīng)用，由于Micro LED響應(yīng)速度極快，可以有效解決拖影、延遲問題，消除VR使用者的暈眩感，可大幅提高沉浸感、提升用戶體驗；在能耗方面，以P-N結(jié)為典型結(jié)構(gòu)的Micro LED有著高亮度、低能耗的特點，能提高可穿戴設(shè)備的續(xù)航時間。

正是因為具備如此優(yōu)異的性能，吸引了三星、LG、索尼、京東方、華星等面板廠商積極地進行技術(shù)研發(fā)儲備，Micro LED顯示技術(shù)正在迅速發(fā)展。

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Micro LED顯示中的關(guān)鍵激光剝離技術(shù)

Micro LED顯示擁有優(yōu)越的性能，但是在技術(shù)層面還有待突破，其中一項關(guān)鍵技術(shù)是外延襯底的剝離?；贕aN發(fā)光材料的Micro LED芯片，由于GaN與藍寶石晶格失配度較低且價格低廉，所以藍寶石襯底成為外延生長GaN材料的主流襯底。但是，藍寶石襯底的不導電性、差導熱性影響著Micro LED器件的發(fā)光效率；同時，脆性材料藍寶石不利于Micro LED在柔性顯示方向的運用，基于以上原因及Micro LED顯示本身分辨率高、亮度高、對比度高等優(yōu)勢特點，激光剝離藍寶石是必要且關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，且激光剝離技術(shù)更能凸顯Micro LED的優(yōu)勢。

激光剝離環(huán)節(jié)實質(zhì)上是一個單脈沖掃描的過程，因此對激光束的均勻度和穩(wěn)定性有極高的要求。正是由于對激光技術(shù)和工藝穩(wěn)定性的極高要求，目前全球擁有該項技術(shù)并能用于穩(wěn)定生產(chǎn)的企業(yè)不多，現(xiàn)階段國內(nèi)以大族激光為唯一用于穩(wěn)定生產(chǎn)的代表。

激光剝離技術(shù)通過利用高能脈沖激光束穿透藍寶石基板，光子能量介于藍寶石帶隙和GaN帶隙之間，對藍寶石襯底與外延生長的GaN材料的交界面進行均勻掃描；GaN層大量吸收光子能量，并分解形成液態(tài)Ga和氮氣，則可以實現(xiàn)Al2O3襯底和GaN薄膜或GaN-LED芯片的分離，使得幾乎可以在不使用外力的情況下，實現(xiàn)藍寶石襯底的剝離。

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激光助力Micro LED顯示突破技術(shù)瓶頸

大族顯視與半導體從2013年便開始對激光剝離（Laser Lift Off，簡稱LLO）技術(shù)進行研發(fā)及技術(shù)儲備，針對GaN基Micro LED和垂直結(jié)構(gòu)LED晶圓藍寶石襯底的剝離，成功研發(fā)并推出全自動LLO激光剝離設(shè)備。

設(shè)備采用全固態(tài)半導體（DPSS）激光器作為光源，自主研發(fā)的266nm波長可用于穩(wěn)定生產(chǎn)的激光倍頻模組，具有穩(wěn)定周期長、維護成本低的優(yōu)點；激光光束、功率穩(wěn)定，激光效率遠高于國外的準分子設(shè)備，優(yōu)越的加工性能尤其對于一些特殊的外延襯底（如圖形化藍寶石襯底等）的剝離表現(xiàn)優(yōu)異；聚焦焦深長達1000μm，對于有翹曲的晶圓，在一定范圍內(nèi)也可保證很穩(wěn)定的剝離效果；設(shè)備穩(wěn)定性好，可全自動上下料、24小時持續(xù)生產(chǎn)，大幅節(jié)省人力成本；加工幅面大，可選擇性加工2~6寸晶圓，并搭載高精度CCD相機，能精準實現(xiàn)區(qū)域剝離；加工效率高，以4寸晶圓為例，單片加工完成只需140秒左右，而傳統(tǒng)準分子設(shè)備需要300秒以上。優(yōu)異的性能表現(xiàn)使得設(shè)備已在行業(yè)內(nèi)多家光電公司、研究所和高校通過性能驗證并穩(wěn)定運行。

大族自主研發(fā)的全自動激光剝離設(shè)備

Micro LED激光剝離后效果圖

大族顯視與半導體在LLO激光剝離技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)不斷積累行業(yè)經(jīng)驗、完善技術(shù)儲備，持續(xù)改進并優(yōu)化工藝，積極進行設(shè)備更新?lián)Q代，使得技術(shù)與設(shè)備具備核心競爭力；同時，大族顯視與半導體提交了激光剝離技術(shù)、設(shè)備整機相關(guān)的專利申請。

大族顯視與半導體對Micro LED其他技術(shù)領(lǐng)域也在積極地進行戰(zhàn)略布局，對于其發(fā)展中遇到的更多技術(shù)難題，也可提供對應(yīng)的解決方案：

1、目前可針對多大單元的Micro LED芯片進行穩(wěn)定且高良率的激光剝離？大族顯視與半導體可針對市場上已經(jīng)出現(xiàn)的最小單元顆粒為10-15μm的Micro LED進行激光剝離。

2、如何將這些微米級別的LED轉(zhuǎn)移到基板、如何黏接、電路如何驅(qū)動？激光剝離后的巨量轉(zhuǎn)移成為目前各個LED廠與面板廠的研發(fā)重點，大族顯視與半導體致力于Micro LED的相關(guān)工藝的研發(fā)，目前配合進行的相關(guān)的巨量轉(zhuǎn)移方案有激光D-bounding的轉(zhuǎn)移方案與接觸式搬運轉(zhuǎn)移方案。

3、Micro LED由于波長一致性差導致LED顏色不均，因此想要做出一整塊像現(xiàn)在智能手機大小的Micro LED面板，良品率非常低。針于Micro LED芯片的光學性能、電學性能的檢測也是后續(xù)的一大難點，目前大族顯視與半導體在進行檢測方面的技術(shù)研發(fā)。

Micro LED技術(shù)的發(fā)展過程還是有諸多瓶頸，但歸功于Micro LED的優(yōu)勢與優(yōu)點，該技術(shù)仍然是未來發(fā)展的一大亮點。大族顯視與半導體作為國產(chǎn)化高端裝備領(lǐng)先供應(yīng)商，始終追隨市場需求、走在相關(guān)行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的前列，為企業(yè)提供專業(yè)激光解決方案。