巨量轉(zhuǎn)移制程簡化!一種制造高性能Micro-LED顯示器的新方法

在Display Week，來自CEA-Leti的研究人員發(fā)表了幾篇有關(guān)RGB Micro-LED像素制造及其向大尺寸驅(qū)動面板轉(zhuǎn)移的論文。

第一篇論文《一種制造高性能Micro-LED顯示器的新方法》中，展示了該公司制造全彩色Micro-LED顯示器的新方法，該方法取消了多個存在于傳統(tǒng)制作方案中的工藝步驟。傳統(tǒng)工藝中，制作人員會先從原生晶圓上連續(xù)切割出藍色，綠色和紅色Micro-LED，然后將它們轉(zhuǎn)移到相應的TFT驅(qū)動背板上，或者將它們與獨立的CMOS驅(qū)動器鍵合為一個整體，最后再將這個整體單獨轉(zhuǎn)移到底板上（轉(zhuǎn)移過程涉及四個甚至更多的步驟）。但是在這篇論文中，研究人員首先將一片藍色Micro-LED外延片和一整片CMOS驅(qū)動電路晶圓鍵結(jié)合在一起，然后他們直接在外延片上制作InGaN藍色Micro-LED，進而在晶圓級工藝制程中制成單個的RGB Micro-LED像素，最后制作人員在該藍色Micro-LED上涂布足夠的轉(zhuǎn)換熒光粉，以獲得綠色和紅色發(fā)光像素。

上方為基于CMOS驅(qū)動集成方案制造Micro-LED顯示器的簡化轉(zhuǎn)移步驟；下方為該CMOS驅(qū)動集成方案最小單元的細節(jié)圖，包括CMOS驅(qū)動和R、G和B Micro-LED（圖片來源：eeNews）

這篇論文中，研究人員基于所提方案制成了一個完整的RGB Micro-LED晶圓，他們將它切割成數(shù)以萬計的RGB Micro-LED，不過這里每一個RGB Micro-LED已經(jīng)與底層CMOS驅(qū)動電路鍵合。更重要的是，晶圓級制程工藝讓Micro-LED同CMOS驅(qū)動基板間的鍵合效果更好，這讓研究人員在轉(zhuǎn)移之前對單個RGB-LED-on-CMOS芯片的測試變得更加容易。

傳統(tǒng)復雜的轉(zhuǎn)移方案：先切割分離出藍色，紅色和紅色晶圓上相應的Micro-LED，然后將它們和CMOS驅(qū)動單元一個一個地轉(zhuǎn)移到接收基板上（圖片來源：eeNews）

接下來，這些一體化RGB Micro-LED只需要再做一個步驟就可以轉(zhuǎn)移到接收背板（Receiving Substrate）上。這里的接收基板由行列導電線路構(gòu)成的無源柵格組成，它不需要TFT基板因而也不受相關(guān)的驅(qū)動尺寸限制（與大尺寸CMOS驅(qū)動基板相比，載流子遷移率較低低）。

“這一尚處于概念驗證階段的新工藝將為商用高性能Micro-LED顯示器的生產(chǎn)制造鋪平道路，”CEA-Leti光子器件戰(zhàn)略營銷經(jīng)理Fran?oisTemplier解釋說，他是該論文的第一作者。

實際上，制成高分辨率Micro-LED顯示器的最大挑戰(zhàn)之一是改善驅(qū)動電子設(shè)備的性能，這需要更高的功率和更快的電子器件來為固定幀時間內(nèi)的數(shù)百萬像素供電。目前，業(yè)界常用的TFT有源矩陣基板還無法提供Micro-LED工作所需的必要電流和速度。

采用這篇論文介紹的方法，這里的接收基板甚至可以用非光刻技術(shù)制造，例如噴墨或模版印刷，而且在幾乎任何種類的材料（如玻璃，塑料，金屬）上，無論是剛性還是柔性材料，都可以制作大于100英寸的顯示器。

在另外一篇題為“基于微管互連傳輸?shù)腗icro-LED顯示器”的論文中，該公司還提出了一種無焊接互連機制的解決方案。基于該方案，無論轉(zhuǎn)移過程涉及的像素間距如何，生產(chǎn)方都能在基板上實現(xiàn)成本效益。

作為一個例子，研究人員設(shè)想將使用晶圓級制造工藝制成的小間距Micro-LED以更大的像素間距（50至500μm）轉(zhuǎn)移到接收基板上。這意味著發(fā)光區(qū)域?qū)⒃诿總€像素內(nèi)留下足夠的自由空間，OEM可以使用它來提升顯示透明度或集成其他的顯示功能，例如光學傳感。

左圖為基于混合型Micro-LED的無源矩陣的SEM視圖，右圖為兩側(cè)設(shè)計中空微管的Micro-LED特寫示意圖（圖片來源：eeNews）

在這里，作者提出使用他們在之前的論文中演示過的微管互連技術(shù)，它可以通過室溫下的一次壓配操作確保電氣和機械連接效果。這里的微管直接生長在基板上，由剛性鎢硅化物支撐結(jié)構(gòu)上構(gòu)建的微柱組成。這里的Micro-LED使用底發(fā)光結(jié)構(gòu)，光朝向外延襯底發(fā)射。為了壓配連接，設(shè)計人員將N和P接觸焊盤都設(shè)計在了頂部（N觸點通過有源側(cè)連接到頂部），因此這些相對柔軟可變形的焊盤在最終被壓到硬微管上之后，就可以形成牢固的電氣和機械連接。