背景圖片圖/愛達荷州亞太辦事處提供
背景圖片圖/愛達荷州亞太辦事處提供

從2014年蘋果收購Micro LED新創公司LuxVue以來,被喻為次世代顯示技術的Micro LED從萌芽期正式進入成長期,並吸引全球廠商持續投入資源研發,但許多技術障礙與設備限制仍難以克服,導致生產成本始終難以降低,Micro LED在商業化的路上仍是走走停停。

Micro LED不只亮度與對比效果超越OLED,又具備反應迅速、低功耗與高可靠度特性,若成功導入行動裝置與汽車應用,前景可說一片看好。然而,Micro LED製造流程繁瑣,使用的原材料、製程耗材、生產設備、檢測儀器及輔助治具等,需求規格嚴謹且精密度相對嚴格。

Micro LED 晶圓製造

Micro LED與LED同樣都以磊晶矽晶圓為基礎,然而Micro LED磊晶的需求遠比傳統LED來得嚴苛。Micro LED晶片大小不超過100微米,僅是傳統LED晶片的1%,因此磊晶的波長一致性至關重要,晶圓若有不平整,可能導致晶片缺陷,增加後續製程開銷。不過現有的磊晶矽晶圓生產設備多為生產傳統LED晶圓而製,幾乎無法滿足Micro LED晶圓的要求。再者,磊晶晶圓上的晶片製程也相當關鍵,可能影響到後續的晶圓結合與轉移等製程。

為突破生產限制,多家磊晶製程MOCVD設備廠商與晶片廠合力發展Micro LED晶片,以提升晶片的效率與品質,同時加速生產放量。例如AIXTRON在今年一月宣布與台灣錼創科技簽訂Micro LED的生產合作協議,Veeco則與德國Micro LED技術廠商ALLOS合作。

Micro LED 轉移技術

若要製作Micro LED顯示器,需先將Micro LED晶片從藍寶石基板移除,轉移至另一個暫存基板上,再視功能與目的需求移到不同的背板上。由於晶片極小且數量龐大,轉移過程倍加困難,如果使用傳統的取放技術來轉移上百萬顆LED,勢必極為耗時又提高生產成本。為加速轉移過程,目前已有多家廠商研發各種轉移技術,如Pick & Place轉移、流體組裝、雷射轉印等。除此之外,要將Micro LED晶片放置到目標基板上並準確排列,也是一項困難的挑戰。為了滿足不同轉移方法的需求,晶片廠商必須與轉移技術廠密切合作,才能提升總體良率與效率。

針對現有各轉移方案的優勢與劣勢,TrendForce旗下LEDinside分析指出,Pick & Place轉移技術可應用在10微米以上的晶片產品,但轉移效率、精準度與穩定度相對較低,eLux等廠商採用的流體組裝技術雖然轉移速度較快,但因過程中可能導致晶片損毀,因此無法保證良率,而索尼以及新創公司如Uniqarta、QMAT等使用的雷射轉印技術,有機會可以轉移尺寸小於10微米的晶片,而且精準度提升,但設備成本相對也較高。

為了維繫目前在Micro LED技術的領先優勢,許多品牌廠商都與巨量轉移技術開發商結盟,例如蘋果收購LuxVue、歐司朗與X-Celeprint合作等。Rohinni則與設備廠商K&S合作開發巨量轉移解決方案,並與京東方成立合資公司,以借力其在放置(placement)技術的優勢。

此外,近期美國專利商標局也公布,蘋果獲得Micro LED晶片轉移和結構技術專利,讓附帶有金屬薄膜層的Micro LED結構能夠更容易大批量轉移和組裝到目標接收基板上,這是Micro LED顯示器最具挑戰的生產過程之一,也證明蘋果在Micro LED技術上仍默默的開發與布局。

Micro LED 檢測與其他

檢測也是製程中的重要環節,在生產過程中必須持續檢測Micro LED晶片功能是否正常,以確保晶片效率並提高整體良率,若檢測到瑕疵就必須維修,但晶片微小化同樣加深檢測困難度,因此各家設備廠商正致力研發更有效及精準的解決方案。

另外,背板材質、全彩解決方案與驅動IC設計也是Micro LED顯示器的生產瓶頸。業界廠商積極進行供應鏈的垂直整合並策略聯盟,帶領Micro LED顯示器邁向實際應用。然而,在Micro LED正式邁向商業化之前,仍有待更創新的技術發展來解決生產製程中的難題,以求降低生產成本跟加速量產速度。

(本文作者為集邦科技TrendForce)

#晶片 #技術