Micro LED技术又获突破，商用进程加快

更新时间：2020-12-04 09:52:27 作者：创始人来源：

MicroLED是对现有LCD、OLED和传统的小间距LED等显示技术的升级和补充，被视为显示技术的后起之秀，已经成为国内外显示厂商和下游终端厂商加紧抢滩的“技术高地”。

业内普遍认为，随着产品成本的持续降低，Micro LED产品的市场空间将会真正打开，进而实现销量的大幅提升。而Micro LED 的成本大多落在巨量转移及修复两大项目上，目前Micro LED都取得了哪些技术突破、有怎样的量产进展?

首款GaN-Micro LED原生红光外延片面世

传统的红光LED主要基于磷化铝铟镓(AlInGaP)材料。这意味着由于载流子扩散长度大和表面重组速度高，随着器件尺寸的减小，它们的效率会急剧下降。

近日，剑桥大学的分立公司Porotech指出，其创新的生产工艺可以生产出新型的多孔GaN半导体材料。该公司推出用于MicroLED应用的商业化天然红氮化铟镓(InGaN)LED外延片。

Porotech首席执行官兼联合创始人朱同彤博士说：“采用GaN基材料技术的Micro LED显示器被广泛认为是唯一一种能够提供足以满足AR要求的亮度和效率的显示器的技术。”“AR眼镜有望有一天取代智能手机，因此开发先进材料以提高性能至关重要。

“在具有微米级像素的模块中集成AlInGaP红光和铟InGaN绿光和蓝光LED显示器极具挑战性，因为AlInGaP器件中的高表面重组速度使该材料不适用于高效的MicroLED。我们的突破扩展了InGaN的发射范围，使得红光LED可以满足显示器的性能需求，同时具有缩放Micro LED半导体显示技术所需的晶圆尺寸的能力。”

Porotech表示其产品符合现有的行业标准和流程，其专有技术既强大又灵活，足以适应不同应用的需求。Porotech的原生InGaN Micro LED在10A/cm2处具有640nm的波长，在非常小的像素和间距下，与常规的AlInGaP和颜色转换所得的红光相比，性能得到了改善。

今年早些时候，Porotech获得了由剑桥大学(Cambridge Enterprise)，剑桥大学的商业化部门和IQ Capital Partners共同领导的150万英镑的种子轮投资，另外Martlet Capital以及来自Cambridge Angels和Cambridge Capital Group的天使投资者集团也参与其中。

江风益院士团队大幅提升橙-红光LED发光性能

InGaN薄膜因其宽带隙可调的优点，在可见光领域内拥有广阔的应用前景，用于micro-LED全彩显示是其中最有潜力的应用之一，未来的智能手机、手表、虚拟现实眼镜等小尺寸显示屏都将受益于micro-LED技术。

目前micro-LED技术正面临两大挑战，首先是大家熟知的实现巨量转移技术非常困难，另一个就是缺乏高效可靠的红光micro-LED芯片。目前的红光LED是由AlGaInP材料制成，在正常芯片尺寸下，其效率高达60%以上。然而，当芯片尺寸缩小到微米量级时，其效率会急剧降低到1%以下。此外，AlGaInP材料较差的力学性能给巨量转移增加了新的困难，因为巨量转移要求材料具有良好的机械强度，以避免在芯片抓取和放置过程中出现开裂。

InGaN材料在具有较好机械稳定性和较短空穴扩散长度的同时，又与InGaN基绿光、蓝光micro-LED兼容，是红光micro-LED的较佳选择。然而，InGaN基红光量子阱存在严重的铟偏析问题，这将导致红光量子阱中的非辐射复合增加，从而引起效率降低。在过去20年的研究中，InGaN基红光LED功率转换效率不足2.5%。铟偏析问题严重阻碍了InGaN基红光LED的发展。因此，如何解决铟偏析问题是获得高效InGaN基红光LED的关键。

近日，南昌大学的江风益院士课题组在Photonics Research 2020年第8卷第11期上展示了他们最新研制的高光效InGaN基橙-红光LED结果。

(a) 高光效橙光LED外延材料结构示意图 (b) 其断面TEM测试结果

此项工作基于硅衬底氮化镓技术，引入了铟镓氮红光量子阱与黄光量子阱交替生长方法，并结合V形坑技术，从而大幅缓解了红光量子阱中高In组分偏析问题。再依据V形p-n结和量子阱带隙工程大幅提升了红光量子阱中的辐射复合速率。

使用该技术成功制备了一系列高效的InGaN基橙-红光LED。当发光波长分别为594、608和621 nm时，其功率转换效率分别为30.1% 、24.0%以及 16.8%，光效相较于以往报道的相同波段InGaN基LED结果整体提高了约十倍。

研究人员认为，该项技术在未来还有较大的进步空间，同时该团队的实验结果也证明了InGaN材料在制作显示应用的红光像素芯片上将有巨大潜力和美好前景。

弹性印模，让低成本量产Micro LED成为可能

11月20日—21日，2020世界显示产业大会在安徽省合肥市召开。大会由工业和信息化部、安徽省人民政府共同主办。美国国家科学院、国家工程院和艺术与科学院院士约翰·罗杰斯通过视频发表开幕演讲。罗杰斯表示，Micro-LED在亮度、像素密度、对比度、视角、刷新率等关键指标上具有显著优势，但在成熟度和成本方面短板犹存。破局的关键，是如何将数量巨大的LED精确转移到目标基板上。为此，罗杰斯团队提出了基于“弹性印模”的微转印技术。

基于“弹性印模”的微转印技术，就是一种应对LED批量转移，且兼顾产量和良率的策略。罗杰斯表示，LED可以产生极高的性能，Micro-LED制备的微型显示器能适应任何类型的应用，问题是如何把LED从源晶圆转移到目标基板上，以实用的方式制造Micro-LED，并确保产量和良率。

“我们使用的方法涉及一种‘弹性印模’。作为大规模平行取放工具，它可以把已切割和蚀刻的微型LED从源晶圆上取下，并批量移动。之后用标准图像方法和物理气相沉积技术来实现互连布线。”罗杰斯说。

这个过程是将对应红、绿、蓝色Micro-LED的发射器分别放在不同晶圆上，并采用LED的标准代工技术来制造。具体来说，用底切孵化技术把LED从源晶圆取下，让LED在图形化定义的位置与下层晶圆相连接。这样印模可以接触到已加工的晶圆，把LED从源晶圆平行移动到目标基板上，然后基于边缘金属化技术布线，实现LED阵列的互连。

“在Micro-LED显示器的生产问题上，这种印模或者说转印过程将是至关重要的，它具备低成本批量生产Micro-LED的所有特性。”罗杰斯说。

显示技术的进步永无止境，“像素引擎包”是罗杰斯团队开发的最新概念。所谓引擎包，是指由一对红色、一对绿色和一对蓝色的Micro-LED集成于微米级IC所构成的，可以转印和操作的集成模块。引擎包可以在晶圆上进行组装和连接，显示器晶圆厂通过印刷，即可将这些功能元件排布到显示区的每个晶胞里，之后仅剩的步骤就是布线。

“我们对LED进行印刷，然后把LED和微米级IC集成在一起，最终得到微小而密集的像素引擎组合。我们可以使用这种印刷方案排布像素引擎组合。”罗杰斯说。

基于像素引擎的互连矩阵，能够进一步简化排布工序，实现系统中的备份，并消除缺陷，为Micro-LED的产业化再添助力。

MOCVD设备+氮化硅纳米线技术，生产高分辨率微显

美国纽约州Plainview市的外延沉积和工艺设备制造商Veeco Instruments Inc.近日表示，其Propel 300 HVM金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统已被法国格勒诺布尔的Aledia(3D开发和制造商)选用。结合其专有的氮化硅纳米线技术，Aledia可以基于上述MOCVD系统生产高分辨率的Micro-LED显示面板。另据Aledia称，Propel系统具有设备半兼容的前端模块(EFEM)和盒对盒(cassette-to-cassette)自动控制功能，与其他竞争系统相比，其生产效率最高，缺陷率最低，这也是它被选中的原因。

根据外媒semiconductor-today报道，“亮度，对比度，响应时间和功率效率等参数对智能手表，移动设备，AR / VR(增强现实/虚拟现实)应用和大型电视用显示面板非常重要，这些参数正在推动市场对Micro-LED解决方案需求的增加，”Aledia首席运营官Francis指出，“作为我们记录工艺过程的工具，我们相信Veeco的Propel 300 HVM平台具有独特的优势，它可以在实现目前世界最大产量的同时提供出色的过程管控功能，再者，他们支持产品创新的履历也是我们选择其产品的理由。”

由于具有更高的分辨率，亮度和可靠性，Micro-LED正在成为下一代显示技术。市场研究公司TrendForce预计，Micro-LED晶圆的产量将从2021年的74,000个晶片增加到2024年的500万个以上。

Veeco首席营销官Scott Kroeger表示：“我们很高兴再次被先进显示技术的真正先驱Aledia选中，进而可以提供业界首款300mm MOCVD工具来支持其micro-LED显示面板的生产。”

“Veeco一直都致力于将化合物半导体的专业知识与半导体规模制造相结合，这一点在具有EFEM功能的300mm晶圆系统平台上得到了充分的体现，”他补充说，“与Aledia等领先公司的紧密合作，进而在生产规模上提供更好的解决方案，这一点已经嵌入了我们的DNA中。”

Veeco表示，其单晶圆Propel 300 HVM GaN MOCVD系统是一种为GaN基高级显示器、功率电源、RF和光子学设备设计的，大批量生产的单晶圆反应器集群系统。该系统具有单晶圆反应器平台，它能够在300mm晶圆基础上提供高质量的外延膜性能，这一点可以帮助制造商获得最佳的均匀性，可重复性和良率。另外，Propel 300 HVM还可配置模块化群集室(Cluster Chambers)，以实现最大的生产率和灵活性。

利亚德Micro LED显示产品投入量产

近日，利亚德在投资者互动平台表示，Saphlux的半极性氮化镓已实现量产，是目前市面上唯一一家可以量产高质量4寸半极性圆片的公司。目前，Saphlux在半极性衬底市场占有率在90%以上，未来，半极性衬底将有望在稳定绿光芯片波长及高效绿光半导体激光器中发挥重要作用，为公司显示领域提供技术保障。

其实，利亚德于2017年入股了生产半极性氮化镓晶圆的LED芯片材料公司Saphlux，并与Saphlux成立了联合实验室，利用其半极性氮化镓材料来解决Mini/Micro LED晶圆的波长一致性和峰移问题。双方已共同合作推进了NPQD Micro LED显示屏的开发。

今年11月18日，利亚德披露投资者调研相关信息称，其与台湾晶元光电合资设立利晶微电子——全球首家Micro LED显示量产基地已于10月29日正式投产并举办仪式。

据悉，目前利晶投产及产能规化处在第一阶段。第一期投放期为2020-2022年，预计2022年达产后产能将达到自发光模组1600kk/月，背光模组20000套/月。

利亚德旗下全资品牌PLANAR拥有Micro LED电视和AI智能电视等产品。其中，Micro LED电视涵盖110英寸、135英寸和216英寸等多款机型，有4K和8K可选。今年为全面抢进国内消费电视市场，PLANAR又推出了98英寸4K、86英寸、75英寸等全尺寸系列LED电视。截至第二季，PLANAR的超大尺寸电视已全面开售，到了第三季，消费电视开始贡献营收，PLANAR品牌影响力进一步扩大。

同时，利亚德就Micro LED订单表示，其于7月15号全球发布40英寸2k(P0.4)、54英寸2k(P0.6)、67英寸2k(P0.7)、81英寸2k(P0.9)四款量产Micro LED商用显示产品，其中40英寸2k(P0.4)为全球LED最小间距显示产品。发布以来已陆续形成订单并交由利晶进行生产。从利晶目前产能来看，订单比较饱和，计划将于明年上半年进行扩产。