V-Tech│開發出柔性Micro LED顯示新工藝及製程設備

科技 01-04

編譯：Summy

來源：電子設備產業新聞

Micro LED作為新一代顯示屏技術，備受業界矚目。通過「鋪設」數十微米大小的微型LED晶元形成顯示畫面，Micro LED可以實現全彩、高輝度和廣視角顯示。但是，為了將其應用到電視機和智能手機上並實現商業化，研發人員必須將Micro LED進行高密度封裝，這也是Micro LED技術實現商業化的一大難點。

在日本Messe舉行的第28屆Fine Tech Japan技術研討會上（12月5日-7日），有一篇由V·Technology株式會社（顯示生產設備的大型企業）作的主題為「柔性Micro LED實現方案」的演講。演講的主要內容介紹了V·Technology公司（以下簡稱V-Tech）自主研發的柔性Micro LED顯示屏的生產工藝。

通過UV Micro LED來實現彩色化

V-Tech研發出一種基於柔性UV Micro LED的彩色化方案，它利用獨特的「扇形」結構和熒光材料來實現顯示器的彩色顯示。這種研發中的柔性Micro LED顯示屏使用聚醯亞胺（PI, polyimide）基板，研發人員在該基板上鍵合UV Micro LED晶元，並用20um（高度）*7um（寬）的扇形側壁結構將其封裝在內，該封裝結構內會填充熒光體塗層以實現彩色化顯示。

Micro LED技術的研發開始於台灣地區，V-Tech在剛確立其基本技術時，就已經與擁有核心技術的日本企業、大學進行合作。Nitride Semiconductors Co.,Ltd.為V-Tech提供了UV Micro LED，光阻（Photo Resist）廠商提供了關於Micro LED再排列技術的光感黏著劑等材料，東北大學提供了TFT和基板技術方面的指導，慶應大學等在熒光體單元和光阻技術方面提供了指導。

由於紅、綠光LED的發光效率會隨著晶元尺寸的減小而減小，所以V-Tech選擇了UV-LED方案。理論上，使用短波長的光「激發」熒光體會更合適，再考慮到外量子效率、熒光體的轉換效率和發射波長的波動等因素，V-Tech最後選擇了波長為385nm的紫外光。

該UV Micro LED晶元是一種由4吋藍寶石晶圓製成的倒裝晶元（flip chip）。晶元尺寸為17*49um，為了確保實現電氣連接，研究人員刻意把鍵合端子的尺寸做大。V-Tech稱，「決定晶元尺寸的不是亮度，而是實現電氣連接的端子大小」。

這種UV Micro LED晶元發光的動態範圍（dynamic range）非常廣，據說驅動電流從0.5uA到10mA都可以保證發光。

獨特的區域可選激光剝離技術——PSLLO

從藍寶石晶圓上剝離LED需要進行LLO（激光剝離，Laser Lift Off）工藝，V-Tech在這裡使用了其特有的「Partial SelectiveLLO(PSLLO)」工藝。一般的激光剝離技術會在藍寶石晶圓的背面選擇一個位置，並根據精度在藍寶石晶圓和LED晶元薄膜的界面處照射激光。但是，PSLLO使用獨特的「秘方」進行激光照射，結果不是將Micro LED全部剝離，而只是減弱特定區域的黏合力（目的是使其更容易剝離），這對於後面工序的晶元再排列很重要。

接下來是把藍寶石晶圓上的UV Micro LED晶元轉移到PI基板上。PI基板上有很多起到電氣連接作用的凸點（bump），研發人員把凸點和LED晶元進行高精度地對接，再通過黏著塗層加熱加壓將其鍵合，最後取下藍寶石晶圓就實現了UV Micro LED晶元從晶圓到PI基板的轉移。這樣一來，轉移LED晶元就不再需要載帶（carrier tape）了。

這期間如果通入電流，加熱加壓後實現電氣連接的晶元會發光，所以晶元的轉移、封裝和點燈檢查都可以伴隨製程同時進行。檢查出的不良晶元，在PSLLO工序里不會被激光照射到，進而也不會轉移到PI基板上。比起塗層的黏著強度，藍寶石晶圓和UV Micro LED晶元的粘著力更強，所以PSLLO工序可以選擇性地轉移出特定區域的晶元。

利用扇形金屬側壁防止混色

接下來是形成熒光體單元的扇形結構，該結構是彩色化顯示的最小顯示單元。如正常的黃光製程，在整體塗布熒光塗層後，再經過曝光、顯影和清洗最後形成圖案（pattern）。但是，UV光透過曝光後的光阻（resist），會激發旁邊的熒光體單元進而導致混色。為了避免混色的發生，V-Tech在熒光體單元內部還設計了金屬層。由於熒光體單元高度達20um且較厚，研發人員可以在鍍上金屬層後，使用脈衝激光（Pulsed laser）照射，進而只「切除（ablation）」底部的金屬塗層。在「切除」後，金屬層就只剩下熒光體單元的側壁部分。

在測試評估20-30種熒光體（包括量子點）的壽命、持久性、發光和吸收等特性後，V-Tech最終選用了粒子直徑為1-3um的無機熒光體填充上述熒光體單元。考慮到很薄的熒光體塗層不會吸收UV光，也不會引起變色，V-Tech設計的上述熒光體單元的高度為20um。