glo供芯片！JDI的Micro LED也要来了！这技术我们是这么看....

11月28日，JDI 发布新闻稿宣布，已研发出被视为次世代面板的「Micro LED面板」产品、并将在预计2019年12月4-6月于日本千叶市幕张展览馆(Makuhari Messe)举行的第29届液晶/OLED/感测器技术展「FINTECH JAPAN 2019」上展示试作品。

JDI表示，Micro LED面板不需要液晶面板所必需的背光模组、偏光板和彩色滤光片，其特征为拥有高亮度、广视野角度，而JDI此次所将展示的试作品使用美国glo的Micro LED芯片，屏幕尺寸为1.6吋、画素数为300xRGBx300、解析度为265ppi、亮度为3000cd/m2(达液晶面板的约10倍)、视野角度为178度。

据日经新闻、路透社等多家日本媒体报导，JDI Micro LED面板预估将应用于车用产品等用途，关于量产时间，JDI研发负责人于28日表示，「(量产时间)还未定、但希望能早期导入量产」。据报导，JDI考虑利用日本国内的工厂量产Micro LED面板产品，且据JDI表示，量产时产品尺寸预估会扩大至10吋左右。

据报导，在Micro LED的研发上，除了三星以及台厂之外，日本企业Sony、京瓷、夏普(Sharp)也正进行研发，竞争料将激烈，因此资金不足的JDI能否跑在前头仍是未知数。

全面发展的MicroLED

据麦姆斯咨询介绍，MicroLED的关注度正越来越高。到目前为止，该领域的初创公司已经融资超过8亿美元，其中，2019年就吸引了至少1亿美元投资。苹果公司在过去五年中投入了15到20亿美元。三星（Samsung）、LG、友达光电（AUO）以及Innolux等面板制造商也显著增加了在该领域的投入。

MicroLED领域的专利申请呈指数级增长，各方面的技术都在不断发展。在过去的24个月中，蓝色和绿色microLED芯片的外量子效率提高了一倍多。部分转移和组装工艺已经接近实现某些消费类应用所需要的性能。

近20家公司在过去18个月中展示了大量的原型产品。展示的Demo覆盖了广泛的显示类型、尺寸和技术。许多公司提供了薄膜晶体管（TFT）背板上的原生RGB或色彩转换显示器，其中部分案例包括来自Playnitride、CSOT、Samsung、LG、glō、AUO、eLux和京瓷（Kyocera）等。Lumiode在单片集成低温多晶硅（LTPS）上开发了原生RGB或色彩转换显示器。

与此同时，Plessey、glō、Lumens、JB Display、Sharp和Ostendo等公司提供CMOS背板上的microLED显示器。X-Display则开发了分立微驱动器IC。基于TFT背板的多个原型证明了microLED显示器可以利用现有的面板制造商产能，从而简化了供应链。

另一方面，设备制造商已经注意到并正开始开发用于装配、键合、检测、测试和修复microLED的专用设备。LED制造商也表现出了兴趣，例如，三安光电计划投资18亿美元建设一个miniLED和microLED制造基地。欧司朗（Osram）、首尔半导体（Seoul Semiconductor）、日亚（Nichia）或Lumileds也在积极布局，Playnitride正在完成其首个microLED试验线。

MicroLED领域过去18个月内的技术进步及剩余障碍

什么是MicroLED

顾名思义，MicroLED就是「微」LED，作为一种新显示技术，与其它显示技术，比如LCD，OLED，PDP，其核心的不同之处在于其采用无机LED作为发光像素。对于「Micro」这个概念，到底定义是多少呢?像素尺寸一般要到100μm以下。

TFT-LCD/OLED/MicroLED技术比较（来源：LEDinside）

LED并不是一个新事物，作为发光二极管，其在显示上的应用本应该是顺理成章的事情。但是很长一段时间，除了户外广告屏上的应用之外，LED显示应用一直不能发展起来，其原因是：

　　a.要做到手机屏/电视这种级别的显示器，LED像素在尺寸上难以做小;

　　b. LED外延晶片与显示驱动工艺不兼容，且需考虑大尺寸显示的问题，所以针对MicroLED需要开放合适的背板技术。

　　c. 如何将「巨量」的三色微小LED转移到制作好驱动电路的基底上去，即「巨量转移」技术，也是决定MicroLED能否商业的关键。

MicroLED制作图示

MicroLED难点

MicroLED瓶颈——「巨量转移」技术(Mass Transfer)

如上面所讲，制作好的微小的LED需要转移到做好驱动电路的基底上。想想看，无论是TV还是手机屏，其像素的数量都是相当巨大的，而像素的尺寸又是那么小，并且显示产品对于像素错误的容忍度也是很低的，没有人愿意去购买一块有「亮点」或「暗点」的显示屏，所以将这些小像素完美地转移到做好驱动电路的衬底上并实现电路连接是多么困难复杂的技术。

实际上，「巨量转移」确实是目前MicroLED商业化上面的一大瓶颈技术。其转移的效率，成功率都决定着商业化的成功与否。

巨量转移技术(Mass Transfer)

目前看来，「巨量转移」都还是一个「量产前」技术，为了实现「巨量转移」的目标，市面上一些相当不一样的技术。现在总结如下：

巨量转移技术路线

如上图所示，目前根据已有的资料调查显示，巨量转移技术按照原理的不一样，主要分为四个流派：精准抓取，自组装，选择性释放和转印技术。但是即使是属于同一个技术流派，实现的方式也是很有差别，因此很难给出一个精准的划分。

如下列出在巨量转移上开展开发的一些厂商：Luxvue, Cooledge, VueReal, X-Celeprint, ITRI, KIMM, Innovasonic, PlayNitride, ROHINNI, Uniqarta, Optivate, Nth degree, e-Lux, SelfArray

 Pick&Place技术

1.1 采用范德华力

如下为X-Celeprint的Elastomer Stamp技术，这属于pick&place阵营的范德华力派。其采用高精度控制的打印头，进行弹性印模，利用范德华力让LED黏附在转移头上，然后放置到目标衬底片上去。目前采用的弹性体(Elastomer)一般是PDMS。X-Celeprint也称其技术为Micro-Transfer_Printing(μTP)技术。

X-Celeprint: Elastomer Stamp

要实现这个过程，对于source基板的处理相当关键，要让制备好的LED器件能顺利地被弹性体材料(Elastomer)吸附并脱离源基底，先需要通过处理LED器件下面呈现「镂空」的状态，器件只通过锚点(Anchor)和断裂链(Techer)固定在基底上面。

当喷涂弹性体后，弹性体会与器件通过范德华力结合，然后将弹性体和基底分离，器件的断裂链发生断裂，所有的器件则按照原来的阵列排布，被转移到弹性体上面。制作好「镂空」，「锚点」和「断裂点」的基底见下图所示。

Rogers, J. A., et al. (2011). Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting, PNAS

X-Celeprint在其发表在「2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference」上面的论文，展示了一些源基板制作的一些概念。

如下图所示，通过对器件底部的一些处理，然后通过刻蚀的方法，可以制作成时候这种转移方式的器件结构。但是详细的工艺，仍然还有待确认。

源基底处理

　　如下为X-Celeprint公司展示的实例。

X-Celeprint展示的实例

1.2 采用磁力

利用磁力的原理，是在LED器件中混入铁钴镍等材料，使其带上磁性。在抓取的时候，利用电磁力控制，达到转移的目的。目前ITRI，PlayNitride在这方面做了大量的工作。

1.3 采用静电力

Luxvue是苹果公司在2016年收购的创业公司。其采用的是静电力的peak-place技术。其具体的实现细节我没有查到，只有如下的两个专利或许能透漏出其细节的一鳞半爪。希望后面能得到更多的细节。采用静电力的方式，一般采用具有双极结构的转移头，在转移过程中分布施加正负电压，当从衬底上抓取LED时，对一硅电极通正电，LED就会吸附到转移头上，当需要把LED放到既定位置时，对另外一个硅电极通负电，转移即可完成。

LuxVue专利

LuxVue专利

自组装技术

美国一家新创公司SelfArray展示了其开发的自组装方式。首先，其将LED外表包覆一层热解石墨薄膜，放置在磁性平台，在磁场引导下LED将快速排列到定位。

采用这种方式，应该是先会处理磁性平台，让磁性平台能有设计好的阵列分布，而分割好的LED器件，在磁场的作用下能快速实现定位，然后还是会通过像PDMS一类的中间介质，转移到目标基底上去。根据推测，这种技术方式的好处有如下：

　　· 避免对源基板的器件进行复杂的结构设计去适应巨量转移工艺。

　　· 因为LED会批量切割，因此可以在转移前进行筛选，先去除不合格的LED。

　　· 采用磁性自组装，预计时间会更加快速。

　　· 源基板不需要过多考虑目标基板的实际阵列排布，预期可以有更大的设计空间。

还有一家利用流体进行自组装装配的企业是eLux。eLue于2016年在美国成立，eLux与日本夏普的渊源很深，CEO Jong-Jan Lee与CTO Paul Schuele均出自夏普美国实验室(Sharp Laboratories of America)。

2017年富士康通过其子公司CyberNet Venture Capital向其注资1000万美元，2018年有于群创光电,AOT和夏普一起，正式收购eLux的全部股权。所谓流体自组装，就是利用流体的力量，让LED落入做好的特殊结构中，达到自组装的效果。

eLux流体自组装

选择性释放技术

Uniqarta是一家英国公司，其采用其成为LEAP(Laser-Enabled Advanced Placement)技术。通过激光束对源基底的快速扫描，让其直接脱离源基板而集成到目标基板上。对于这种技术的前景，目前仍然需要更多技术细节的支持。

Uniqarta's LEAP技术

而Coherent的方案与Uniqarta有些类似，但其也要用到中介转移的载体，不过对于载体和源基底的分离，其采用的是线激光束。而将LED器件从载体转移到目标基底，则采用了点激光。

▲Coherent技术方案

转印技术

如下为KIMM公司的转印技术技术，转印技术通过滚轮将TFT与LED转移到玻璃基底上面。对于这种技术，技术难度看起来非常大，特别是在于如果保证生产良率上面。

▲KIMM公司的转印技术

▲Innovasonic公司的转印技术

MicroLED其它需要关注的问题

除了巨量转移之外，MicroLED的整个工艺链都需要投入大量的时间去予以改进和优化。如下图所示，为MicroLED产品生产的工艺链，其中就涉及到：衬底材料和尺寸的选择，外延工艺的选择，彩色实现的方案，巨量转移技术的选择，缺陷的检测和维修和整个工艺链上成本的压缩等等。这必将花费业界大量的时间去持续推进。

▲MicroLED工艺链

对于关键应用，主要障碍仍然存在

对于许多应用，经济性要求将芯片尺寸推至10 um以下。这加剧了效率、转移和可制造性的挑战，尽管已经取得了显著改善，但对于小尺寸芯片，效率仍然较低。基于这种技术的显示效率仍然无法与OLED匹敌。因此，仍需要努力进一步改善绿色和红色microLED芯片的内部量子效率、光提取和光束整形。

外延片和芯片制造已经不再是障碍，但仍需要稳定的良率管理和修复策略。转移和组装工艺需要从桌面实验走向强大的大批量生产设备。各种技术路线的涌现，造成了一定的混乱和延迟。设备制造商可能不愿意做出承诺。因此，为某些工艺或架构开发的设备，通常无法与其他设备匹配使用。开发不确定工艺的设备具有挑战性。现在选定一项技术是有风险的，但是等到最后进入知识产权（IP）越来越拥挤的竞争环境也同样有风险。

对于microLED公司而言，前几个原型在经验方面提供了可观的回报，但要走向成熟的消费级显示，可能还需要大量的尝试。初创公司正在走向“死亡之谷”。许多初创公司可能无法筹集足够的资金来成功地迈过这个资本和资源密集型阶段。作为战略投资者或开发合作伙伴，与大型显示器制造商或原始设备制造商（OEM）的支持和合作至关重要。

典型工艺流片良率

对于微型显示器，挑战略低一些。许多原型都可以在晶圆上构建，并且，由于许多工艺都可以外包，供应链建设更容易。然而，小型代工厂的运行成本很高，非经常性工程成本可能很高。

MicroLED行业未来48个月的初步路线图

总之，MicroLED作为一种新兴的显示技术，目前在业界得到了广泛的关注。由于其采用无机LED发光，所以较LCD，OLED等技术有独特的优势。但是，目前MicroLED收到一些瓶颈技术的限制，特别是巨量转移工艺上，即使业界能够在有所突破，但要真正提高良率，降低成本，也需要花费时日。并且，整个工艺链的完善也非朝日之功，因此，MicroLED要大规模量产并替代现有产品，应该还需要时间。

来源：MicroDisplay 、麦姆斯咨、LEDinside