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現狀

根據業界（2018年）12月27日透露的消息，LG計劃明年（小編注：原文發布時間為2018年）1月（明天就是1月了）在美國拉斯維加斯的"CES 2019"上展示其全球第一款AM MicroLED。目前還沒有渠道能夠獲知該款產品的具體技術細節，但確實是值得關注一下。

在此前的的“CES 2018"中，三星已經推出其MicroLED電視”THE WALL"，如下圖所示，這款產品的尺寸是146″。

三星 THE WALL

在更早的“CES 2017”上，索尼就推出了以144片MicroLED拼接而成的CLEDIS 顯示器。但無論是這里說到的三星還是索尼的產品，其采用的都是PM（Passive Matrix）技術，其背板技術無論是在其本身工藝上還是在“巨量轉移”上，難度較LG推出的AM（Active Matrix）技術小不少。。

索尼 CLEDIS

那么，MicroLED的產品是不是馬上就會走進我們的生活中呢？這里讓我們來談一談這個技術。

02

什么是MicroLED

顧名思義，MicroLED就是“微”LED，作為一種新顯示技術，與其它顯示技術，比如LCD，OLED，PDP，其核心的不同之處在于其采用無機LED作為發光像素。對于“Micro”這個概念，到底定義是多少呢？像素尺寸一般要到100μm以下。

TFT-LCD/OLED/MicroLED技術比較

LED并不是一個新事物，作為發光二極管，其在顯示上的應用本應該是順理成章的事情。但是很長一段時間，除了戶外廣告屏上的應用之外，LED顯示應用一直不能發展起來，其原因是：

要做到手機屏/電視這種級別的顯示器，LED像素在尺寸上難以做小；

LED外延晶片與顯示驅動工藝不兼容，且需考慮大尺寸顯示的問題，所以針對MicroLED需要開放合適的背板技術；

如何將“巨量”的三色微小LED轉移到制作好驅動電路的基底上去，即“巨量轉移”技術，也是決定MicroLED能否商業的關鍵。

MicroLED制作圖示

MicroLED難點

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MicroLED瓶頸——“巨量轉移”技術（Mass Transfer）

如上面所講，制作好的微小的LED需要轉移到做好驅動電路的基底上。想想看，無論是TV還是手機屏，其像素的數量都是相當巨大的，而像素的尺寸又是那么小，并且顯示產品對于像素錯誤的容忍度也是很低的，沒有人愿意去購買一塊有“亮點”或“暗點”的顯示屏，所以將這些小像素完美地轉移到做好驅動電路的襯底上并實現電路連接是多么困難復雜的技術。實際上，“巨量轉移”確實是目前MicroLED商業化上面的一大瓶頸技術。其轉移的效率，成功率都決定著商業化的成功與否。

巨量轉移技術（Mass Transfer）

目前看來，“巨量轉移”都還是一個“量產前”技術，為了實現“巨量轉移”的目標，市面上一些相當不一樣的技術。現在總結如下：

巨量轉移技術路線

如上圖所示，目前根據已有的資料調查顯示，巨量轉移技術按照原理的不一樣，主要分為四個流派：精準抓取，自組裝，選擇性釋放和轉印技術。

但是即使是屬于同一個技術流派，實現的方式也是很有差別，因此很難給出一個精準的劃分。如下列出在巨量轉移上開展開發的一些廠商：

Luxvue, Cooledge, VueReal, X-Celeprint, ITRI, KIMM, Innovasonic, PlayNitride, ROHINNI, Uniqarta, Optivate, Nth degree, e-Lux, SelfArray

? Pick&Place技術

? 采用范德華力

如下為X-Celeprint的Elastomer Stamp技術，這屬于pick&place陣營的范德華力派。其采用高精度控制的打印頭，進行彈性印模，利用范德華力讓LED黏附在轉移頭上，然后放置到目標襯底片上去。目前采用的彈性體（Elastomer）一般是PDMS。X-Celeprint也稱其技術為Micro-Transfer_Printing（μTP)技術。

X-Celeprint: Elastomer Stamp

要實現這個過程，對于source基板的處理相當關鍵，要讓制備好的LED器件能順利地被彈性體材料（Elastomer）吸附并脫離源基底，先需要通過處理LED器件下面呈現“鏤空”的狀態，器件只通過錨點（Anchor）和斷裂鏈（Techer）固定在基底上面。當噴涂彈性體后，彈性體會與器件通過范德華力結合，然后將彈性體和基底分離，器件的斷裂鏈發生斷裂，所有的器件則按照原來的陣列排布，被轉移到彈性體上面。制作好“鏤空”，“錨點”和“斷裂點”的基底見下圖所示。

Rogers, J. A., et al. (2011). Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting, PNAS

X-Celeprint在其發表在“2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference”上面的論文，展示了一些源基板制作的一些概念。如下圖所示，通過對器件底部的一些處理，然后通過刻蝕的方法，可以制作成時候這種轉移方式的器件結構。但是詳細的工藝，仍然還有待確認。

源基底處理

如下為X-Celeprint公司展示的實例。

X-Celeprint展示的實例

? 采用磁力

利用磁力的原理，是在LED器件中混入鐵鈷鎳等材料，使其帶上磁性。在抓取的時候，利用電磁力控制，達到轉移的目的。

目前ITRI，PlayNitride在這方面做了大量的工作。

? 采用靜電力

Luxvue是蘋果公司在2016年收購的創業公司。其采用的是靜電力的peak-place技術。其具體的實現細節我沒有查到，只有如下的兩個專利或許能透漏出其細節的一鱗半爪。希望后面能得到更多的細節。采用靜電力的方式，一般采用具有雙極結構的轉移頭，在轉移過程中分布施加正負電壓，當從襯底上抓取LED時，對一硅電極通正電，LED就會吸附到轉移頭上，當需要把LED放到既定位置時，對另外一個硅電極通負電，轉移即可完成。

LuxVue專利

LuxVue專利

? 自組裝技術

美國一家新創公司SelfArray展示了其開發的自組裝方式。首先，其將LED外表包覆一層熱解石墨薄膜，放置在磁性平臺，在磁場引導下LED將快速排列到定位。采用這種方式，應該是先會處理磁性平臺，讓磁性平臺能有設計好的陣列分布，而分割好的LED器件，在磁場的作用下能快速實現定位，然后還是會通過像PDMS一類的中間介質，轉移到目標基底上去。根據推測，這種技術方式的好處有如下：

避免對源基板的器件進行復雜的結構設計去適應巨量轉移工藝。

因為LED會批量切割，因此可以在轉移前進行篩選，先去除不合格的LED。

采用磁性自組裝，預計時間會更加快速。

源基板不需要過多考慮目標基板的實際陣列排布，預期可以有更大的設計空間。

Selfarray的官方有視頻，大家可以自己去看一下。

還有一家利用流體進行自組裝裝配的企業是eLux。eLue于2016年在美國成立，eLux與日本夏普的淵源很深，CEO Jong-Jan Lee與CTO Paul Schuele均出自夏普美國實驗室（Sharp Laboratories of America）。2017年富士康通過其子公司CyberNet Venture Capital向其注資1000萬美元，2018年有于群創光電,AOT和夏普一起，正式收購eLux的全部股權。所謂流體自組裝，就是利用流體的力量，讓LED落入做好的特殊結構中，達到自組裝的效果。

eLux流體自組裝

? 選擇性釋放技術

Uniqarta是一家英國公司，其采用其成為LEAP(Laser-Enabled Advanced Placement)技術。通過激光束對源基底的快速掃描，讓其直接脫離源基板而集成到目標基板上。對于這種技術的前景，目前仍然需要更多技術細節的支持。

Uniqarta's LEAP技術

而Coherent的方案與Uniqarta有些類似，但其也要用到中介轉移的載體，不過對于載體和源基底的分離，其采用的是線激光束。而將LED器件從載體轉移到目標基底，則采用了點激光。

Coherent技術方案

? 轉印技術

如下為KIMM公司的轉印技術技術，轉印技術通過滾輪將TFT與LED轉移到玻璃基底上面。對于這種技術，技術難度看起來非常大，特別是在于如果保證生產良率上面。

KIMM公司的轉印技術

Innovasonic公司的轉印技術

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MicroLED其它需要關注的問題

除了巨量轉移之外，MicroLED的整個工藝鏈都需要投入大量的時間去予以改進和優化。如下圖所示，為MicroLED產品生產的工藝鏈，其中就涉及到：襯底材料和尺寸的選擇，外延工藝的選擇，彩色實現的方案，巨量轉移技術的選擇，缺陷的檢測和維修和整個工藝鏈上成本的壓縮等等。這必將花費業界大量的時間去持續推進。

MicroLED工藝鏈

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總結

MicroLED作為一種新興的顯示技術，目前在業界得到了廣泛的關注。由于其采用無機LED發光，所以較LCD，OLED等技術有獨特的優勢。但是，目前MicroLED收到一些瓶頸技術的限制，特別是巨量轉移工藝上，即使業界能夠在有所突破，但要真正提高良率，降低成本，也需要花費時日。并且，整個工藝鏈的完善也非朝日之功，因此，MicroLED要大規模量產并替代現有產品，應該還需要時間。