6G技术的进一步发展与“元宇宙”概念引领的风潮,使新一代显示领域逐渐走进了超高清时代。在画质和分辨率等规格提出更高要求的市场需求下,传统的LCD与OLED技术已然不能满足对未来市场的技术支持。
在2022年1月11日召开的2022兆驰半导体产品技术创新研讨会上,兆驰半导体发布了产品技术创新发展规划,在Mini RGB显示芯片实现产业化满产满销的同时,将继续拓展Micro LED显示芯片关键技术研究及产业化,构建LED显示芯片全色系产品布局。
目前上游芯片厂将Micro LED定义为尺寸在50um以下的LED芯粒。Micro LED因其尺寸远小于现有LED,可以达到与传统OLED一样,实现像素级发光。但在亮度,功耗与寿命上Micro LED相较OLED都具有巨大优势。因此Micro LED被行业寄予厚望,成为国际显示行业竞争的焦点,被业界公认为是未来继OLED、Mini LED后,最具发展前景的下一代显示器件之一。
从现在行业市场份额来看,Micro LED市场空间巨大,未来的发展趋势不容小觑。据市场消息预计今年Micro LED将在智能手机、VR、车载显示等领域得到应用,到2024年,智能手机和超大尺寸电视显示将会成为Micro LED应用最大的两个市场,2024年中国Micro LED市场规模约达到800亿元。
然而Micro LED在拥有巨大的市场机遇的同时也存在一系列挑战,等待业界技术人员攻克。据推算,一台8K TV需要用到100KK颗Micro LED芯粒。巨大使用数量对Micro LED的良率以及各项工艺的一致性以及精细控制都提出了更高要求。兆驰半导体将从以下几个关键技术展开研究。
极致化的外延均匀性技术:如何提高外延波长均匀性以及极致降低外延缺陷是一大挑战。目前各大设备厂商也都在积极开发新一代机台以配合外延制造,除此之外Micro LED对更高光效的外延也提出了要求,如何通过对外延结构以及生长方法和工艺进行一系列优化从而降低外延缺陷密度,增加电子和空穴的传输等等,半导体外延团队攻坚克难已具备智造能力,根据自身测试情况持续完善优化每一项新的挑战。
芯片制程和工艺的改进技术:常规LED厚度都在百微米以上,显然Micro级别的LED则需要更加薄型化以匹配其面积的减小。减薄研磨工艺或需革新以满足需求,另外使用衬底剥离工艺也是解决方案之一。
随着芯片尺寸进入Micro量级,一系列尺寸效应也接踵而至。例如常规LED制备时,刻蚀工艺对芯粒的侧壁损伤将变的不可忽略。芯粒尺寸减小带来的同输入电流下电流密度激增,从而导致的温度效应对缺陷复合产生一系列影响,及其带来的潜在可靠性问题都变的至关重要。
如何对现有LED制程进行改进,在各道制程中精细化控制,减小各制程对外延的损伤,尽可能提高外量子效率,提高芯粒良率是Micro LED对芯片制备提出的又一巨大挑战,半导体与同行友商将通力协作,共同突破良率难关,加速Micro LED 商用化、民用化进程。
百花齐放的巨量转移技术:另一备受关注的技术难题就是“巨量转移”问题。巨量转移简而言之就是将千万数量级的Micro级别尺寸的芯粒,转移到基板所面临的一系列问题。巨量转移不仅是对上游芯粒厂新的难题,同时也需要下游封装/面板/模组厂等相互配合。巨量转移技术分为物理转移和化学转移。目前行业内已经涌现出一批具有代表性的巨量转移技术,如精准抓取技术、自组装技术、转印技术、激光辅助转移等等。但目前这些技术的时间成本和经济成本尚难以达到运用在批量生产中。因此,对于巨量转移技术还有待上下游厂家共同探索开发。
兆驰半导体从2021年已开始布局Micro LED 的前期研究,通过引进和培养相关领域专业技术人才,打造科技创新平台-化合物半导体光电器件研究,聚焦Micro LED关键技术研究及产业化。经历了GaN产品的蓬勃发展,已具备从LED衬底到芯片的完整布局,产能规模领先,成本优势明显,同时具有智能化制造、集约化管理、自主化创新的优势。兆驰半导体拥有全新、精度更高的自动化设备,可满足产品对高精度、高品质的需求。同时在工艺端也通过提升外延生长中的波长均匀性,优化芯片工艺精细度,来为Micro LED的投产做准备,真正做到显示产品的无缝拼接和自由扩展。据兆驰半导体研发负责人介绍,公司将于第二季度取得阶段性进展。
Micro LED 是一项综合性的技术,需要融合半导体、微电子、光电子、机械结构等多门学科。在各大显示龙头企业的带动下, 兆驰半导体也积极与产业链企业进行技术合作,积极加强产、学、研结合,与产业科技创新联盟保持紧密联系和沟通,推动LED 照明领域和显示领域的跨界融合发展,促进消费级显示技术进一步迭代升级。
创新再上台阶,自Micro LED关键技术研究项目的立项以来,兆驰半导体对Micro LED量产关键技术进行针对性布局,掌握核心自主知识产权,积极研发 Micro LED 工艺,培养 LED 显示生态,为未来在全球的竞争中奠定了坚实的基础。