美國三院院士約翰·羅傑斯：「彈性印模」讓低成本量產Micro-LED成為可能

11月20日-21日，2020世界顯示產業大會在安徽省合肥市召開。大會由工業和信息化部、安徽省人民政府共同主辦。美國國家科學院、國家工程院和藝術與科學院院士約翰·羅傑斯作開幕演講。羅傑斯表示，Micro-LED在亮度、像素密度、對比度、視角、刷新率等關鍵指標具有顯著優勢，但在成熟度和成本方面短板猶存，破局的關鍵是如何將數量巨大的LED精確轉移到目標基板上。為此，羅傑斯團隊提出了基於「彈性印模」的微轉印技術。

壓倒性優勢的Micro-LED有兩個「短板」

Micro-LED是對現有LCD、OLED和傳統的小間距LED等顯示技術的升級和補充，被視為顯示技術的後起之秀，已經成為國內外顯示廠商和下遊終端廠商加緊搶灘的「技術高地」。

羅傑斯表示，Micro-LED的好處是效率更高，有更高的亮度、更好的顯色性和更低的功耗。同時，Micro-LED有著快速刷新率和廣視角，極短的開關時間和良好的對比度，是理想的點光源裝置。相比OLED，Micro-LED 有著高出一千倍的亮度，在能耗、像素密度、對比度、使用壽命等方面優勢顯著。在工藝流程方面，Micro-LED與柔性塑料基板有著更好的相性，不需要複雜的封裝方式即可便捷整合到塑料基板上。

但是，Micro-LED並非在所有指標都壓倒LCD和OLED，在成熟度和成本上，Micro-LED就落於下風。

成本是技術產品化並進入市場的「攔路虎」。羅傑斯表示，整合集成是Micro-LED發展的重要趨勢，能進一步釋放Micro-LED的技術優勢，並增強Micro-LED對終端市場的穿透力。Micro-LED的集成性不僅包括LED等發光部件，還有驅動電路，後者可以充分發揮Micro-LED相對於OLED、QLED、LCD的優勢。

「我們的製造方法可以把LED集成並排布到目標基板上。這些基板可以是玻璃板、柔性塑料板，甚至彈性板，不僅集成單個發光源，還集成了矽基IC，例如作為驅動電路的單晶互補金屬氧化物半導體等。」羅傑斯說，「這些成果將對可穿戴設備、智慧型手機、筆記本電腦、家庭影院型顯示器、桌面顯示器等消費類電子產品產生革命性影響。」

要實現Micro-LED的集成化，需要諸多關鍵技術，其中最具挑戰性的就是巨量轉移。羅傑斯表示，一系列應對Micro-LED成熟度和成本問題的技術方案正在陸續落地，助力Micro-LED的批量生產。

「彈性印模」兼顧Micro-LED產量和良率

5G的商用部署進一步釋放大尺寸面板、車載顯示、商業顯示、VR/AR設備等終端應用潛力，為Micro-LED等新興顯示技術帶來廣闊的發展空間。但是，Micro-LED要抓住5G帶來的行業紅利，必須在量產技術上實現突破。

基於「彈性印模」的微轉印技術，就是一種應對LED批量轉移，且兼顧產量和良率的策略。羅傑斯表示，LED可以產生極高的性能，Micro-LED製備的微型顯示器能適應任何類型的應用，問題是如何把LED從源晶圓轉移到目標基板上，以實用的方式製造Micro-LED，並確保產量和良率。

「我們使用的方法涉及一種『彈性印模』。作為大規模平行取放工具，它可以把已切割和蝕刻的微型LED從源晶圓取下，並批量移動。之後用標準圖像方法和物理氣相沉積技術來實現互連布線。」羅傑斯說。

這個過程通過將對應紅、綠、藍色Micro-LED的發射器分別放在不同晶圓上，並採用LED的標準代工技術製造。具體來說，用底切孵化技術把LED從源晶圓取下,讓LED在圖形化定義的位置與下層晶圓相連接。這樣印模可以接觸到已加工的晶圓，把LED從源晶圓平行移動到目標基板上，然後基於邊緣金屬化技術布線，實現LED陣列的互連。

「在Micro-LED顯示器的生產問題上，這種印模或者說轉印過程將是至關重要的，它具備低成本批量生產Micro-LED的所有特性。」羅傑斯說。

顯示技術的進步永無止境，「像素引擎包」是羅傑斯團隊開發的最新概念。所謂引擎包，是指由一對紅色、一對綠色和一對藍色的Micro-LED集成於微米級IC所構成的，可以轉印和操作的集成模塊。引擎包可以在晶圓上進行組裝和連接，顯示器晶圓廠通過印刷，即可將這些功能元件排布到顯示區的每個晶胞裡，之後僅剩的步驟就是布線。

「我們對LED進行印刷，然後把LED和微米級IC集成在一起，最終得到微小而密集的像素引擎組合。我們可以使用這種印刷方案排布像素引擎組合。」羅傑斯說。

基於像素引擎的互連矩陣，能夠進一步簡化排布工序，實現系統中的備份，並消除缺陷，為Micro-LED的產業化再添助力。