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MicroLED的三种实现工艺

导读:MicroLED目前知道的有三种工艺,预计薄膜转移技术最快应用 MicroLED技术工艺按照实现方式的不同,可以分为芯片级焊接外延级焊接和薄膜转移三种:

    MicroLED目前知道的有三种工艺,预计薄膜转移技术最快应用
    MicroLED技术工艺按照实现方式的不同,可以分为芯片级焊接外延级焊接和薄膜转移三种:

    芯片级焊接(chipbonding):将LED直接进行切割成微米等级的MicroLEDchip,再利用SMT技术或COB技术,将微米等级的MicroLEDchip一颗一颗键接于显示基板上。

    外延级焊接(waferbonding):在LED的磊晶薄膜层上用感应耦合等离子离子蚀刻(ICP),直接形成微米等级的Micro-LED磊晶薄膜结构,再将LED晶圆(含磊晶层和基板)直接键接于驱动电路基板上,,最后使用物理或化学机制剥离基板,仅剩Micro-LED磊晶薄膜结构于驱动电路基板上形成显示划素。

        薄膜转移:通过剥离LED基板,以一暂时基板承载LED外延薄膜层,再利用感应耦合等离子蚀刻,形成微米等级的MicroLED外延薄膜结构;或者先利用感应耦合等离子离子蚀刻,形成微米等级的MicroLED外延薄膜结构,通过剥离LED基板,通过暂时基板承载LED外延薄膜结构。


图:microLED不同制程技术特征
 

   目前以索尼为代表的microLED大屏应用主要采用芯片级焊接的方式;而苹果则在推动薄膜转移技术,该技术作为中小尺寸显示更为合适。在此我们仅对苹果拟采用的薄膜转移技术作介绍:MicroLED薄膜转移技术流程可以简单描述为1)MicroLED芯片制备;2)MicroLED芯片转移;3)搭载TFT基板和驱动IC,既而完成产品封装。
MicroLED芯片制备,倒装工艺是大趋势
        MicroLED芯片制备流程与传统LED芯片类似,仅以蓝绿光芯片为例介绍生产流程:通过在蓝宝石衬底材料上进行PSS图形衬底、LED外延生长、芯片加工处理等技术环节,出产LED芯片。MicroLED芯片从尺寸上相对普通LED芯片小得多(几微米),但是现有的刻蚀技术完全可以处理微米级别的芯片,从技术上并不存在特别大的难点。以下仅对LED芯片生长的各环节作简要介绍:

  蓝宝石衬底生长外延片(蓝绿光LED正装芯片)

        首先对蓝宝石材料进行PSS图形化衬底,该步骤的目的是通过在蓝宝石衬底表面上刻蚀出规则排列的圆锥体来实现光在衬底内的多次反射,从而达到芯片外部光的取光效率的提升。此后在PSS层上依次生长非掺杂缓冲层(U-GaN)、N型氮化镓(N-GaN)、有源层(MQWs,多量子阱)、P型氮化镓层(P-GaN)。


图:图形化蓝宝石衬底(PSS工艺)
 
图:蓝宝石衬底上生长外延片
 
        LED芯片处理

        LED外延片再经过一系列光刻、台阶刻蚀、ITO蒸镀、电极制作、保护层蒸镀、衬底减薄、背镀反射层等工艺,形成LED芯片结构。


图:芯片加工制造流程
 
        MicroLED极有可能采取倒装LED芯片工艺

        LED芯片结构分为正装结构,垂直结构和倒装结构。由于垂直结构应用较少,此处仅讨论正装结构和倒装结构。相对正装LED芯片,倒装LED芯片自下而上分别为蓝宝石衬底、N型GaN层、有源层、P型GaN层、金属层、P电极和N电极。倒装结构与正装结构主要差别:1)倒装芯片正负电极可以设计在一个平面上,使连接更方便;2)LED倒装芯片电极与电极间不需要金线连接,正负极直接与基板接触,结构更简单,且可靠性提高;3)剥离蓝宝石基板,取光效率增加。
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