先進激光技術應用于Micro LED產業化之解析.pdf

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1、先進激光技術應用于Micro LED產業化之解析重慶康佳光電科技有限公司2024副總經理蕭俊龍博士2024年09月Micro LED的基本原理01特征傳統LED(Traditional LED)毫米LED(Mini LED)微米LED(Micro LED)芯片尺寸300 m50300 m50 m鍵合方式SMTSMT或COBMass Transfer發光來源自發光自發光自發光適用場景直顯/背光直顯/背光直顯應用產品戶外大型顯示屏家用電視消費性電子產品(穿戴、手機、車載、AR)LED 的產品的迭代過程傳統LEDMicro LED外延芯片制程芯片鍵合(Die bond)打線鍵合(Wire bond)

2、黏著劑、熒光粉、封裝單顆鍵合(SMT)外延芯片制程X巨量轉移(Mass Transfer)XXLCDOLEDMicro LED主要核心市場大多數的顯示應用家用電視、屏幕、手機AR/VR、車載透明屏潛在市場低端市場中端市場高端市場投資金額中等投資重投資中等投資狀態成熟中等尚未成熟(研發中)Micro LED 顯示高分辨率Micro LED 顯示器高對比度Micro LED 顯示響應速度快Micro LED 顯示功耗低Micro LED 穩定性高Micro LED 顯示模塊更薄主流顯示技術概覽比于已經大規模量產的LCD技術和OLED技術，Micro LED幾乎在各個技術維度上都有著非常優越的性能優

3、勢：長壽命、高對比度、可實現高分辨率、響應速度快、更廣的視角效果、豐富的色彩、超高的亮度和更低的功耗等。新型顯示器 Micro LED 的優勢色彩鮮艷度亮度功耗對比度價格響應時間技術成熟度壽命LCDOLEDQLEDMicro LEDLCD、OLED、Micro LED 的結構示意圖Micro LED 于不同基板的應用場景不同基板尺寸所對應之不同分辨率的應用場景虛擬現實(VR)增強實境(AR)/混合實境(MR)大型顯示屏家用顯示屏手機車載顯示屏智能型手表桌上型計算器Micro LED未來的應用場景Micro LED 未來的應用場景如下所示:#參考數據:Dr.Xiaoxi He,“Micro-LE

4、D Displays 2024-2034:Technology,Commercialization,Opportunity”,Market and Players.IDTechEx(2024).先進激光技術應用于Micro LED02Micro LED 的名詞定義COW Chip on Wafer:在晶圓上的芯片(芯片在藍寶石襯底上)COC Chip on Carrier:在瞬時基板上的芯片(芯片在膠材襯底上)藍寶石(Sapphire)暫態基板(Carrier)膠材T-COC Tether-Chip on Carrier:在瞬時基板上的弱化芯片暫態基板(Carrier)弱化結構COS Chip

5、 on Stamp:在印章上的芯片Panel:轉移芯片后的面板COW Chip on Wafer 經過黃光制程后,在襯底上的外延形成為一顆顆單獨發亮的芯片(此時芯片的電極朝外)COC Chip on Carrier 將芯片轉移至暫時基板之上(此時芯片的電極朝內)COS Chip on Stamp 利用印章將暫時基板上的芯片取下(此時芯片的電極朝外)MT Mass Transfer 將印章上的芯片轉移至最終的面板(完成)巨量轉移未來路線分析巨量轉移技術印章式(范德華力)激光式最小芯片轉移尺寸10 x10 m15x30 m轉移速度;UPH3 KK5 KK20 KK 36 KK 良率99.999.9

6、99%(修補前)99.999.999%(修補前)優點已發展多年,技術相對成熟轉移速度快,且可實現大面積的轉移廠商ASMPT、TDK、TorayASMPT、K&S、Toray、Stroke、Shin-EtsuRGBRGB瞬時基板Micro LED 巨量轉移Stamp（印章）Pick 背板PlaceRGBRGB激光20212022202320242025202620272028202920300102030405060708090100出貨量(%)Micro LED 巨量轉移技術未來出貨量預測表(年份)StampLaserInk-jetMonolithicMicro LED 巨量轉移技術未來出貨量

7、預測表巨量轉移技術2021202220232024202520262027202820292030Stamp100%100%99%93%70%35%23%18%14%10%Laser0%0%1%6%29%64%75%79%82%85%Ink-jet0%0%0%1%1%0%0%0%0%0%Monolithic0%0%0%1%1%1%2%3%4%5%數據源:Omdia report“Micro LED Display Market Tracker-Ouarterly”激光在Micro LED 領域的應用激光修補(Laser Repair)激光剝離(Laser Lift off)激光鍵合(Laser

8、 Bonding)激光轉移(Laser Transfer)激光退火(Annealing)激光切割(Laser Cutting)Micro LED激光應用激光剝離選擇性激光轉移(激光間接轉移)Micro LED誕生流體裝配技術范德華力技術激光向前誘導轉移選擇性激光剝離滾軸轉寫技術激光向后誘導轉移激光焊接技術激光直寫技術激光焊接+印章巨量轉移技術的進展流程圖激光剝離(Laser Lift off)類別固體激光器準分子激光波長266 nm248 nm脈寬psns光型高斯光平頂光光斑尺寸50 m1,000 x1,000 m（光罩調整）運動方式振鏡機械軸運動加工軌跡激光作用機理多光子吸收單光子吸收有效焦

9、深500 m50 m適用產品整面外延翹曲、非選擇性剝離芯片結構、選擇性剝離激光系統組成：1.激光工作物質（固態）2.激勵源3.聚光腔4.諧振腔反射鏡5.電源6.冷卻系統激光系統組成：1.準分子氣體（鹵族元素）2.激勵源 HVPS/ASSP3.氣體供給及循環裝置4.Laser Tube5.氣體凈化裝置6.諧振腔7.冷卻系統266nm 固體激光剝離248nm 準分子激光剝離一般Micro LED 所使用的激光剝離設備(Laser Lift off),其中該設備的核心零組件-激光器,大致可分為波長266nm 的固體激光器和波長248 nm的準分子激光器:激光焊接技術(Laser Wedding)精準

10、控溫光斑模式可控分區加熱熱應力降低產品尺寸基板材質兼容背板TFT芯片電性可靠性材料成本優勢區風險區在施加一定壓力的同時通過激光輻照對鍵合點進行局部加熱，將兩種不同的材料直接或通過中間層鍵合在一起。對于巨量轉移技術實現的 Micro-LED 顯示。激光焊接的流程示意圖背板轉移模塊芯片焊料激光焊接背板轉移模塊芯片激光焊接兩種不同加熱型態的激光焊接設備(上部加熱和下部加熱)Micro LED 的應用方向03Micro LED的應用場景 車載領域車載新型顯示大致分為五個類型，分別是：儀表顯示器、中控屏、抬頭顯示HUD、后視鏡、娛樂屏。MiniLED背光被認為是提高LCD面板對比度的最佳解決方案，Mic

11、ro LED顯示的亮度高、對比度高、壽命長、可靠性高、可彎曲等優勢也是總所周知，新型顯示技術為車載顯示提供了更高質量和更靈活的解決方案。1543212中控屏：Mini/Micro LED顯示，嵌入中控臺,提供音樂、導航等顯示。儀表顯示器：Mini/Micro LED 顯示，異形屏，曲面屏。3 抬頭顯示HUD：AR HUD-Micro LED透明顯示屏。4后視鏡：搭載顯示器，配合攝像頭為駕駛提供清晰路況。5娛樂屏：提供娛樂功能從而提高乘坐體驗。Micro LED的應用場景 車載領域左右后視鏡中央后視鏡AR HUDCID儀表屏副駕駛屏導航屏車窗駕駛座娛樂屏產品需求與發展趨勢 抗UV 高反應速度 異

12、形屏 曲面屏 低故障率 抗UV 高反應速度 異形屏 低故障率 抗UV 異形屏 曲面屏 高亮度 高透明度 異形屏 曲面屏 低故障率 低反射率 三屏一體 異形屏 曲面屏 低故障率 低反射率 三屏一體 異形屏 曲面屏 低故障率 低反射率 三屏一體 大屏 可拆卸 低功耗 抗UV 曲面屏 高亮度 高透明度 大屏 可拆卸 低功耗現有主流技術反射鏡反射鏡/LCD投射式LCDLCDLCDLCD/外掛裝置無產品LCD/OLED價格敏感度中高低中中高高低高Micro LED的優勢儀表12.3 寸的普及儀表與中控的結合 26 寸中控豎屏設計 14-17 寸主副駕駛全屏化 30-50 寸中控、儀表后視鏡、HUD副駕駛

13、、側視鏡、車窗中控曲面、儀表異形主副駕駛整屏弧形顯示旋轉屏、窄邊框高均一性、高色域多屏合一儀表與中控顯示整合功能整合大屏化一體化個性化多屏化LCD AR-HUDMicro LED AR-HUD畫質分辨率低高亮度低高色彩對比度低高技術成熟度高低價格低高AR HUD抬頭顯示器：新一代AR HUD將投影圖像和信息疊加到現實路面行車中，形成虛實相生、如影隨形的顯示效果，從而增強駕駛員的信息感知便利性和人車交互體驗。AR HUD原理Micro LED的應用場景 AR HUDLCD 所制作的AR-HUDMicro LED 所制作的AR-HUDMicro LED的應用場景 AR眼鏡Micro OLEDMic

14、ro LEDDisplayLCOSMicro OLEDMicro LED分辨率LowMediumHigh亮度104 105103 104105 106光效LowHighHigh對比度103:1104:1105:1響應時間LowHighHighLCOS以下為LCOS、Micro OLED、Micro LED 應用于AR領域的比較,如下表所示:Micro LED 2%AR/VR技術Micro OLED 30%LCOS 60%各顯示技術在AR眼鏡的占比其它8%AR經濟AR試妝AR導航Micro LED的應用場景 AR眼鏡三色R,G,B Micro LED單色Micro LED+色轉換(Color C

15、onversion)三片顯示屏單片顯示屏R,G,B 合色(Polychrome Projector)R,G,B 橫向排列(Lateral)R,G,B 堆棧排列(Stacking)R,G,B 波長調變(InGaN LED)藍光+彩色濾光片(B+Color Filter)藍光+色轉換(B+Color Conversion)UV光+彩色濾光片(UV+Color Filter)Micro LED 全彩化方案外延生長芯片堆疊巨量轉移芯片RGB投影色彩轉換巨量轉移芯片堆疊芯片堆疊外延生長RGB投影色彩轉換芯片堆疊外延生長不同分辨率和面板尺寸-所對應的全彩化技術方案Micro LED的應用場景 AR眼鏡研發

16、階段AR眼鏡未來趨勢為雙目三色全彩,具備體積小、重量輕、具備基礎功能(拍攝、提字等)。試驗階段發展到普通手機的階段,此功能類似常用的智能型手表,基礎功能雖然完善,但要達到取代手機功能仍有差距。量產階段已經達到高階手機的功能,未來人們不需要帶手機，只需要帶上一個眼鏡就可以滿足日常所有的需求。以下為Micro LED的AR眼鏡發展三階段:#淺談AR眼鏡發展趨勢當下痛點及未來預測_騰訊新聞().Micro LED的應用場景高端家用電視與顯示屏智能型手表車載顯示屏手機筆記本計算器單色顯示、軍用產品AR/MRVR微顯示(Micro Display)中大尺寸顯示(Large and Middle Disp

17、lay)專利維護與撰寫、技術路線探索制作樣機(Demo)Micro LED 未來應用產品路線圖#參考數據:Dr.Xiaoxi He,“Micro-LED Displays 2024-2034:Technology,Commercialization,Opportunity”,Market and Players.IDTechEx(2024).結論04結論 未來消費者對于顯示屏的需求超高分辨率高動態調整范圍異形產品型態高可靠性低功耗(高亮度)高靈敏度#參考數據:Dr.Xiaoxi He,“Micro-LED Displays 2024-2034:Technology,Commercializat

18、ion,Opportunity”,Market and Players.IDTechEx(2024).結論 Micro LED 如何超越 OLED 技術Micro LED 未來除了提升自我的良率以及降低成本,最重要的是如何打敗現有的OLED 技術,成為真正的”新型顯示屏”。MLED性能略好于OLED是消費者無法接受的,還需找出兩者的明顯差異化后才進行比較成本必須比OLED具備優勢進入OLED無法實現之領域需要制定商業目標,加速Micro LED產業化需要密切關注國際龍頭大廠(蘋果、三星等)的戰略布局和動向結論 巨量轉移的瓶頸與挑戰鍵合材料的開發目前業界普遍使用金屬作為鍵合材料,但該材料存在著氧

19、化問題,因此業界仍再開發ACF、NCF、RCF等高分子鍵合材料。巨轉的良率與速度產業化最重要是取決于良率和速度,這部份必須要由設備與材料互相搭配,才能實現量產化。修補技術的開發對于消費者而言,100%的完美產品是必要的;也因此芯片和背板的缺陷,必須要由巨量轉移這站點來進行修補,后續修補的能力和速度將是關鍵。降低制程成本要達到量產化使所有的消費者可以接受,降低成本是非常重要的環節。除了使用選擇性轉移降低芯片成本之外,還須從材料方面著手,才能真正的量產化。解決紅光問題紅光的亮度一直是Micro LED的一大詬病,為了解決此問題,可以考慮使用藍光+量子點來改善。巨量轉移未來的瓶頸與挑戰結論 Micr

20、o LED 成本降低的主要攻關通過技術突破,降低成本,增加市場接受度0%20%40%60%80%100%120%202020212022202320242025202620272028Micro LED 顯示模組單價通過技術突破，實現成本快速下降重 點 攻 關 方 向1.增大 Wafer 尺寸（提升 COW 利用率）2.巨量轉移 UPH 提升（降低制造時間成本）3.巨量轉移良率提升（降低物料成本）4.突破巨量修補技術（降低制造時間成本和物料成本）設備成本巨量轉移技術難點設備精度轉移效率轉移良率檢測技術設備調試修補技術巨量轉移的各項待突破的難點 轉移效率：UPH至少達到 3,600萬/小時才能滿足量產的需求。轉移良率：產品良率需要超過 99.9999%才能滿足工業產品的出貨需求。檢測與修補：芯片微小化對檢測設備精度要求增加，電性、光學、可靠性無業界明確標準，且該尺度下修補技術處于待開發。設備方面：研發階段的設備開發成本高、調試時間長，精度要求高等難點。感謝各位聆聽