

Micro LED产业链现状分析

MicroLEDDisplay

2024-07-23

导读：Micro LED显示产业链可大致分为上游的芯片制造，中游的面板制造，下游的整机应用，其中最核心的为芯片制造和巨量转移工艺

Micro LED产业链基本情况

Micro LED显示产业链，可大致分为上游的芯片制造，中游的面板制造，下游的整机应用，其中最核心的为芯片制造和巨量转移工艺。Micro LED凭借其优异技术性能，可广泛应用于手机、平板、笔记本电脑、电视、AR/VR设备、户外显示器、抬头显示器（HUD）等领域，应用范围涵盖了目前所有的电子产品领域。

1、芯片制造

与LED显示相同，Micro LED芯片一般采用刻蚀和外延生长（Epitaxy，又称磊晶）的方式制备。芯片制作流程主要包括以下几步：衬底制备，用有机溶剂和酸液清洗蓝宝石衬底后，采用干法刻蚀制备出图形化蓝宝石衬底。中间层制备，利用MOCVD进行气相外延，在高温条件下分别进行GaN缓冲层、N型GaN层、多层量子阱、P型GaN层生长制备。台阶刻蚀，在外延片表面形成图形化光刻胶，之后利用感应耦合等离子体刻蚀（ICP）工艺刻蚀到N型GaN层。导电层制备，在样品表面溅射氧化铟锡（ITO）导电层，光刻形成图形化ITO导电层。五是绝缘层制备，利用等离子体增强化学的气相沉积法（PECVD）沉积形成SiO2绝缘层，之后经光刻和湿法刻蚀。电极制备，采用剥离法等方法制备出图形化光刻胶，电子束蒸发Au后利用高压剥离机对光刻胶进行剥离。

2、巨量转移

（1）技术背景

由于待转移的LED晶片尺寸更小，大约为头发丝的1/10，需要精度很高的精细化操作；一次转移需要移动几万乃至几十万颗以上的LED，数量十分巨大，要求有极高的转移速率，传统LED晶片在封装环节，主要采用真空吸取的方式，而真空管的物理极限下只能做到大约80μm，而Micro LED尺寸基本在50μm以下；而当前的转移设备（Pick ＆ Place）的精密度是±34μm (Multi－chipper Transfer），覆晶固晶机（Flip Chip Bonder）的精密度是±1.5μm （每次移转为单一晶片）。可见传统晶片转移技术无法以经济且高精度的方式转移数量达百万个、尺寸为微米级的晶片。

（2）技术路线

针对这些问题，许多公司和科研机构基于不同原理已开展大量研究，形成了精准拾取。精准拾取流派技术主要区别于转移头吸附LED作用力的不同。Luxvue公司采用具有双电极结构的转移头，通过静电力拾取放置晶片，完成从源基板到目标基板的转移 X-Celeprint采用弹性印章作为转移头，利用范德华力拾取晶片，然后放置到目标基板上随着技术的发展，巨量转移不再局限于传统的拾取制程，雷射驱动转移技术在转移中得到应用，以非接触式的加工技术，实现晶片的批量并行转移 Uniqarta、Coherent、QMAT公司采用雷射诱导前向转移（LIFT）制程，通过雷射与材料发生光-物质相互作用而实现晶片的分离，同时产生的局部冲击力推动晶片向基板转移。Optovate公司提出p-LLO制程，通过雷射作用GaN分解为氮气和液态Ga，实现剥离与转移。此外，elux和Self array公司采用自组装技术，分别以流体自组装和磁力自组装为原理完成LED的自组装过程。韩国机械与材料研究所( KIMM)提出了自对准滚印转移技术，通过辊印的方式实现巨量转移当前技术基于不同的作用原理取得了一定的研究进展，但仍然存在良率、精度、转移速率等问题，如何控制成本和良率成为当前商业化的关键。

（3）技术流程

巨量转移技术流程分为基板分离和晶片取放两个关键制程：

（a）基板分离：以某种作用力将晶片与源基板批量整体式分离。

（b）晶片取放：通过转移装置将分离后的Micro LED晶片高精度选择性地从源基板上拾取并转移放置在目标显示基板的特定位置上。

Micro LED产业链技术瓶颈

Micro LED的工艺流程包括衬底制备、外延片与晶圆制备、像素组装、缺陷监测、全彩化、光提取与成型、像素驱动等7个环节，具体来说其产业链包括芯片制造、巨量转移、面板制造、封装/模组、应用及相关配套产业。Micro LED 芯片微小化也使得传统的制造技术不再适用，在芯片制备的各个环节都面临着全新的技术挑战，成本居高不下，这也制约了 Micro LED 芯片当前的渗透率。

1、微缩芯片及外延

目前，半导体芯片的制程已相当成熟，但 Micro LED 支撑技术及相关产业公司仍处于摸索阶段。与传统 LED 产业链相比，Micro LED 芯片的微缩化对芯片制造提出了更高的要求，既需要将芯片尺寸微缩至50um以下，同时还需要满足高 PPI 需求，因此在外延制备、PL、ITO、光刻、蚀刻、磊晶剥离、电测等环节均面临精细化工艺、良率提升等技术难关。此外，随着 LED 芯片尺寸变小，蚀刻过程中侧壁缺陷将对内部量子效率 IQE 造成影响，大幅减少芯片传输量，导致外部量子效率 EQE 效率减弱。目前来看，反射膜添加剂引入光提前结构均可实现一定程度的 EQE 提升，但在小型领域应用仍属于工程问题，未来发展仍存在挑战。

2、巨量转移

由于 Micro LED 的芯片尺寸小，相较传统 LED 单位面积下晶粒数量庞大，需要将大量 LED 晶粒准确且高效转移至电路板上。以3840*2160的4K显示为例，需转移晶体数量超过2,000万，按照常规转移效率计算，需要几日甚至几周才能完成全部的晶粒转移，晶粒转移效率及良率控制未达到量产标准，难以形成规模效应，制备成本及产品价格居高不下。巨量转移被认为是实现 Micro LED 价格大规模降低、从而实现其商业化落地的核心技术之一。若巨量转移技术取得突破，将带来一个广阔的转移设备市场。

针对这一技术难点，业内的主流解决方案目前包括静电吸附、相变化转移、流体装配、滚轴转印、磁力吸附、范德华力转印、激光转移等。激光转移在修复难度和转移效率等维度上效果更优，未来有可能成为巨量转移的主流技术。

3、全彩化

显示器的色彩显示需要通过全彩化技术来实现，这也是 Micro LED 的核心技术难点之一。目前 Micro LED 在近眼显示领域尚无法实现全彩的高亮显示，在 AR/VR 等对分辨率、色彩显示要求极高的应用场景仍面临巨大挑战。Micro LED 单色显示仅需通过倒装结构封装与驱动 IC 贴合，显示、制备与工艺难度相对较低，而全彩化方案工艺复杂度相对较高，现有的解决方案有 RGB 三色 LED 法、UV/蓝光LED+发光介质法、透镜合成法，但目前均存在相应的短板。以 RGB 三色阵列为例，需要依次转贴红、蓝、绿晶粒。同时，由于嵌入晶粒规模超过十万，对于晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高。一旦实际输出电流与理论电流出现偏差，就会导致像素呈现色彩偏差。

在工艺流程和材料方面，UV/蓝光LED+发光介质法相较其他方案更为简单，主要采用蓝光 LED 来替换背光板、以量子点膜或荧光粉作为发光介质替代 RGB 滤光片。量子点膜的粒径介于1-10nm之间，较荧光粉颗粒更小，同时因其高吸光-发光效率、宽吸收频谱等特性，色彩纯度与饱和度更高，是比荧光粉更优的技术方案。以蓝光 LED 替换背光板光源后，量子点膜在蓝光激发下可发出纯正的绿光和红光，完成全彩显示。

4、检测修复

由于 Micro LED 的芯片尺寸和间距极小，传统的测试设备难以使用，如何在百万甚至千万级的芯片中对缺陷晶粒进行检测、修复或替换是一个巨大的挑战。现有的解决方案包括光致发光测试和电致发光测试。光致发光测试主要利用光源激发硅片或太阳电池片，通过对特定波长的发光信号进行采集、数据处理，从而识别芯片缺陷。电致发光测试则是指，在强电场作用下，芯片中的电子成为过热电子后，根据其回到基态时所发出的光来检测芯片缺陷。

5、芯片封装

Micro LED相较传统 LED 芯片间距小，这也导致贴片难度增加，成本也会面临指数型增长。现有的解决方案以 COB 和 COG 封装为主，近来也出现了新型封装技术 MIP，全称 Micro LED in Package，即集成封装。MIP 在成本和效率上更具优势，它的基板精度高，芯片无需测试筛选，测试分选在封装环节即可完成。此外，由于点测难度从芯片级难度转换为引脚上的点测，测试难度降低，并且可采用巨量转移技术，具备较大发展前景。

6、基板制造

作为传统显示领域的固定链条，基板材料一直处于稳定地位，常见的材料包括 PCB、玻璃基板。Micro LED 入局可以促成对现有产能的消化，不过这也需要基板厂商为巨量转移技术做好承接。Micro LED 更容易在平整的玻璃基板上实现巨量转移，玻璃基板发展潜力更大。

来源：新手入门测试

Micro LED实现商业化的三大技术难点

5年内LED显示技术或迎分水岭，Micro LED上位，OLED退位？

项目总投资12亿元！这一Mico LED项目点亮投产：主要面向AR/XR.....

扫码关注我们

查看更多精彩内容

加入MicroLED交流群

与上万+业内朋友在一起

 喜欢本文请点赞分享一下吧！

【声明】内容源于网络

MicroLEDDisplay

横跨LCD、LED和半导体三大领域，覆盖Mini/Micro LED显示终端应用、面板、封装、芯片／驱动IC、材料、装备等上中下游。提供显示行业新闻与技术趋势、分析报告、企业数据等，快速呈现显示行业动态与趋势！

内容 3790

粉丝 0

MicroLEDDisplay 横跨LCD、LED和半导体三大领域，覆盖Mini/Micro LED显示终端应用、面板、封装、芯片／驱动IC、材料、装备等上中下游。提供显示行业新闻与技术趋势、分析报告、企业数据等，快速呈现显示行业动态与趋势！

总阅读949

粉丝0

内容3.8k