万物同构,周期波浪!下周一,安排京东方A正式启动,三个月内翻一倍!在当今科技飞速发展的时代,显示技术不断迭代升级,而 Micro LED 凭借其独特的优势,被视为未来显示领域的 “潜力股”。它具有高亮度、高对比度、高分辨率、低功耗以及快速响应等特性,无论是在电视、手机、可穿戴设备,还是在车载显示、AR/VR 等领域,都展现出巨大的应用潜力。
手机屏幕能够呈现出更加逼真的色彩,亮度更高且功耗更低;电视可以拥有更薄的机身,同时带来影院级别的视觉体验;智能手表屏幕,在阳光下也能清晰可见,续航能力大幅提升。这些美好的愿景,都离不开 Micro LED 技术的发展。
而在 Micro LED 技术的产业化进程中,巨量转移技术扮演着至关重要的角色。它就像是一座桥梁,连接着 Micro LED 芯片的制造与最终的显示应用。如果说 Micro LED 是一颗璀璨的明珠,那么巨量转移技术就是镶嵌这颗明珠的关键工艺。因为一个显示屏往往需要转移数十万甚至上千万颗 LED 芯片,如何快速、精准地将这些微小的芯片从生长基板转移到目标驱动基板上,并且保证转移的精度、效率、稳定性和良率,成为了 Micro LED 实现大规模商业化生产的关键所在。
(一)核心原理详解
Micro LED 巨量转移技术的核心,是将微小的 LED 芯片从生长基板高效、精确地转移到目标驱动基板上 ,以构建高密度、高质量的显示阵列。这一过程涉及到数十万乃至上千万颗 LED 芯片的转移,由于 Micro LED 的尺寸远小于常规 LED,整个转移制程对精度、效率、稳定性等要求极高,良率需达 99.9999%,精度需控制在正负 0.5μm 内。
以常见的 4K 电视为例,其分辨率通常为 4096×2160 ,假设每像素点由三个 R/G/B 晶粒组成,那么制作一台 4K 电视就需要转移高达 2600 万颗晶粒。如此庞大的转移数量,若采用传统的转移方式,效率极低,根本无法满足量产需求。而且在转移过程中,任何一点细微的偏差都可能导致显示效果出现瑕疵,比如坏点、亮度不均等问题,所以对转移的精度和稳定性有着严苛的要求。
(二)主流技术路径分析
为了实现 Micro LED 芯片的高效转移,业界开发了多种技术路径,其中较为常见的有静电力印章、磁力印章、弹性印章、激光辅助转移等。
静电力印章技术利用静电力来实现芯片的拾取和放置,通过控制电场的强度和方向,使芯片在印章和基板之间转移 。磁力印章技术则是借助磁力,在芯片和印章或基板上设置磁性材料,利用磁场的作用来完成转移。
弹性印章转移技术相对较为成熟,它采用具有一定粘弹柱状高分子聚合物印章,如聚二甲基硅氧烷(PDMS) 。当 Micro LED 显示器件与粘弹体印章充分接触时,二者表面将产生范德华力作用从而形成印章对器件的粘附。在拾取过程中,依靠粘弹体印章与原始衬底之间较强的范德华力将 Micro LED 显示器件从原始衬底上剥离;放置过程中,利用粘弹体印章将 Micro LED 显示器件印制到目标衬底上,通过控制印章的移动速度、温度等因素来实现粘附力的切换,从而完成芯片的转移。
而激光辅助转移技术备受关注,被认为是未来 Micro LED 巨量转移的主流技术。它主要分为激光剥离和激光转移两个步骤。首先,通过激光剥离将芯片从原生蓝宝石基板上分离出来,利用光子能量大于 GaN 能量带隙而小于蓝宝石和 AlN 带隙的短波长激光,从蓝宝石一侧开始辐照,激光透过蓝宝石及 AlN 后,被表层 GaN 吸收,使表面的 GaN 发生热分解,产生 N₂和液态 Ga ,N₂随之逸出,从而通过机械力实现 GaN 外延层与蓝宝石衬底的分离。然后,在目标基板上进行烧蚀处理,以便将芯片转移到带有黏性材料(如聚二甲基硅氧烷)的基板上,最后利用 TFT 背板上的金属键合力,将芯片从 PDM 基板转移到 TFT 背板上。这种技术在灵活性、可靠性、可量产性等方面相对其他技术方案有优势,尤其是可以兼容修复工艺,能够快速、大规模地从原始基板上转移芯片,且转移精度和良率较高 。
(三)玻璃基板的独特优势
在 Micro LED 直显领域,玻璃基板具有诸多独特优势。与传统的 PCB 基板相比,玻璃基板的散热性更好。Micro LED 芯片在工作时会产生一定的热量,如果热量不能及时散发,会影响芯片的性能和寿命,甚至可能导致显示画面出现异常。玻璃基板良好的散热性能可以有效降低芯片的工作温度,保证其稳定运行。
玻璃基板的受热膨胀率低。由于 Micro LED 芯片尺寸和间距极小,在生产和使用过程中,基板的热膨胀系数如果与芯片不匹配,会产生应力,导致芯片移位、脱焊等问题,严重影响产品的可靠性。而玻璃基板的热膨胀系数与芯片硅基几乎一致,能大大提升下游芯片封装良率 ,并且可以封装更小的发光芯片。这使得在高分区、超薄显示产品领域,玻璃基板能够不断实现降本和节能降耗,同时其显示效果可达到与 OLED 媲美,在亮度、寿命、护眼功能以及成本方面与 OLED 显示形成一定竞争优势 。
(四)早期探索阶段
在 Micro LED 技术发展的早期,巨量转移技术面临着诸多困难。当时,传统的芯片转移技术无法满足 Micro LED 芯片微小尺寸和大规模转移的需求 。由于 Micro LED 芯片尺寸极小,大约为头发丝的 1/10 ,一次转移需要移动数万乃至数十万颗以上的 LED,对转移工艺的精确性和速率要求非常高。传统的真空吸取方式,真空管的物理极限下只能做到大约 80μm ,而 Micro LED 尺寸基本在 50μm 以下;当时的转移设备(Pick & Place)的精密度是 ±34μm(Multi-chipper Transfer),覆晶固晶机(Flip Chip Bonder)的精密度是 ±1.5μm(每次移转为单一芯片) ,难以以经济且高精度的方式转移数量达百万个、尺寸为微米级的芯片。
为了解决这些问题,科研人员和企业开始了初步的探索。不同研究机构和公司主攻微缩制程、全彩化、芯片转移等瓶颈技术 ,基于不同原理开展大量研究,形成了精准拾取、激光转移、滚轴转印、自组装技术等流派。例如,Luxvue 公司采用具有双电极结构的转移头,通过静电力拾取放置芯片,完成从源基板到目标基板的转移 ,开启了巨量转移技术的探索之路。但在这一阶段,各项技术还不够成熟,转移效率和良率都较低,距离产业化应用还有很长的路要走。
(五)关键突破节点
2022 - 2024 年成为 Micro LED 巨量转移技术发展的关键突破期。2022 年,国内 LED 芯片厂商开始敏锐地捕捉到 Micro LED 技术的巨大潜力,纷纷大规模投入巨资开发 Micro LED 芯片 ,这一举措为技术的发展注入了强大的资金和人力支持,行业进入快速发展阶段。
到了 2023 年,国内 Mini/Micro LED 项目呈现出爆发式增长,全年共 18 个 Mini/Micro LED 项目立项、20 个项目开工、12 个项目封顶 / 完工 / 投产 。众多企业积极布局,从芯片制造、巨量转移到显示模组等各个环节都在加快研发和建设步伐,推动了整个产业链的发展。
2024 年,技术突破和项目进展更是不断涌现。京东方华灿珠海 Micro LED 项目按计划推进,于 5 月成功搬入设备 ,这一关键节点标志着项目向量产迈出了重要一步,该项目总投资 50 亿元,其中一期项目投资 20 亿元,建成后可实现 Micro LED 晶圆产能 5.88 万片组 / 年,Micro LED 像素器件产能 45,000.00kk 颗 / 年,将满足大尺寸电视、商用显示、AR/VR 头戴式显示设备和可穿戴设备等超大、超小尺寸高清显示应用领域的需求 。
(六)成本下降趋势
随着技术的不断成熟,Micro LED 巨量转移技术的成本下降趋势十分明显。从芯片制造环节来看,各大芯片厂商通过技术创新和规模效应,降低了芯片的生产成本。例如三安光电等企业不断扩大产能,提高生产效率,使得芯片价格逐渐降低 。在巨量转移环节,新的转移技术和设备的出现,也有效降低了转移成本。像激光巨量转移技术,不仅转移效率高,而且良率提升,减少了因转移失败导致的成本浪费。
从市场数据来看,TrendForce 预计,2024 年全球 Micro LED 产值预计达 53.3 亿美元 ,其中 Micro LED 芯片产值约 3880 万美元,主要贡献来自大型显示器。预计到 2028 年,Micro LED 晶片产值将增长至 4.89 亿美元 。这一增长趋势不仅反映了市场需求的扩大,也表明随着技术进步和产业规模的扩大,成本下降带动了产值的快速增长 。例如,雷曼光电在披露最新调研纪要时表示,随着近几年 Micro LED 技术、工艺及配套产业链的不断发展和成熟,Micro LED 显示屏的成本以每年 10% - 15% 幅度在下降 。并且,一些创新技术的出现,可能一次性将成本降低超过 50%,甚至超过 60%。像雷曼光电的 “像素引擎显示技术”,通过在基板特定物理位置增加少量特定光色的 LED 芯片,结合亚像素复用算法等技术,在高分辨率 Micro LED 屏幕打造上优势明显,采用该技术的 4K Micro LED 显示屏成本理论上仅为现有技术的三分之一 。
(七)C 端市场渗透
在 C 端市场,Micro LED 凭借其卓越的性能,在多个领域展现出广阔的应用前景。在 AR 眼镜领域,Micro LED 的高亮度、高分辨率和快速响应特性,能够为用户带来更加逼真的增强现实体验。例如苹果 Vision Pro 配备的两块 4K MicroLED 显示屏,像素超过 2300 万,像素密度为 3386ppi ,让用户几乎看不到像素点,提供了极致的视觉体验 。虽然目前其屏幕成本较高,但随着技术发展和供应商的增加,成本正在逐步下降,未来有望推动 AR 眼镜市场的快速发展 。
在车载显示领域,Micro LED 同样备受青睐。汽车智能化的发展,对车载显示屏的要求越来越高,需要显示屏具备高亮度、高对比度、宽视角以及良好的可靠性,以适应复杂的车内环境和驾驶需求。Micro LED 能够满足这些要求,为驾驶员提供清晰、准确的信息显示,提升驾驶安全性和舒适性。
在可穿戴设备方面,Micro LED 的低功耗和高亮度特性,使其成为智能手表、智能手环等设备显示屏的理想选择。可以实现更清晰的屏幕显示,同时延长设备的续航时间,满足用户对可穿戴设备长续航和高显示质量的需求 。
(八)高端市场定位
目前,Micro LED 产品主要定位于高端市场。以 Micro LED 电视为例,三星早在 2018 年就推出了 146 英寸模块化 Micro LED 电视 ,其采用了先进的 Micro LED 技术,拥有出色的显示效果,但价格高昂,主要面向高端消费者。在 2024 年 CES 展会上,TCL、创维、康佳等厂商推出的 Micro LED 电视产品,也展示了该技术在高端市场的竞争力 。创维的 165 英寸 4K Micro LED 电视,不仅具备卓越的画质表现,还拥有超薄设计和丰富的功能 ;康佳的 310 英寸巨幅 Micro LED 显示屏,提供了高分辨率、高亮度和广色域的显示效果 。
这些高端产品的出现,一方面展示了 Micro LED 技术的先进性和优势,另一方面也为技术的发展和市场的培育奠定了基础。随着巨量转移技术的不断突破和成本的进一步下降,Micro LED 产品有望逐步降低价格,进入更广泛的消费市场。未来,Micro LED 电视可能会像曾经的 OLED 电视一样,从高端走向普及,成为消费者的主流选择之一 。
