什么是 MicroLED 显示屏?

若干年后,µLED 显示屏将成为价值 100 亿美元以上的市场。了解为什么激光发挥着关键作用。

2021 年 6 月 24 日,作者:Coherent 高意

MicroLED 鲜艳明亮的高分辨率显示屏

MicroLED (µLED) 是一项相对较新的技术,用于制造鲜艳明亮的高分辨率显示屏,可以经济实惠地将显示屏扩展到大尺寸,轻松超过 20 英尺(6 米)。目前,它们可用于会议室、舞台、音乐会场地和户外应用中的大屏幕。最终,它们可能会成为用于制造大型电视的常用技术。未来五年,µLED 显示屏将成长为价值超过 100 亿美元的市场,而激光在助力其生产方面发挥着关键作用。

AMOLED 和 MicroLED 的区别

AMOLED 和当前用于移动设备和电视的其他显示技术,会直接在构成显示屏的玻璃面板上生成发光(或滤光)像素。因此,扩大它们的尺寸就意味着在一个包含所有必要电路的超大面板上,使用昂贵的 OLED 材料执行多个步骤。随着尺寸逐步变大,这样的操作很快就会变得成本高昂且不切实际。这就是为什么超过 80 英寸的电视可能需要花费数万美元的原因。

MicroLED 显示屏则不同。其各个 LED 发射器是在相对较小的蓝宝石晶片上批量生产的。它们紧密聚集在一起,从而降低了单位成本。随后将这些 µLED 从晶片上取下,并转移到一块已刻有电路图案的玻璃上。通过增加显示屏上的 µLED 间距,就可以经济有效地构建超大显示屏,这样一来,影响成本的主要因素就是像素数量,而不是玻璃尺寸。通过将许多单独的面板拼接在一起,也可以降低大型显示屏的成本。

亿万像素 

现在,有一个很大的障碍。µLED 显示屏中的每个像素由三个独立的 LED 发射器(红色、绿色和蓝色)组成,它们非常、非常小。目前的顶尖水平约为 50 微米 x 50 微米,预计最终将接近 10 微米 x 10 微米。而且,它们的数量真正达到了数百万计。例如,即使是标准的高清显示屏 (1920 x 1080),也有超过 200 万像素。此外请记住,其中每个像素都需要三个独立的 µLED。因此,如果一个显示屏非常大,那么其中可能有数以亿计的 µLED。

制造环节面临的挑战是,需要将所有这些微小的 LED 从它们的蓝宝石衬底上转移到最终的玻璃显示面板上。而且,要非常精确地放置它们,不能有任何损坏。无论是使用真空捡拾器还是非常精确的执行器,任何一种机械方法对于处理 µLED 来说都太慢,而且可能太粗糙。鉴于此种情况,激光能够准确提供如此精细和高要求的操作所必需的“轻触”,也就不足为奇了。

什么是巨量转移 (LIFT)? 感谢提问。 

事实证明,巨量转移 (LIFT) 工艺是一种很实用的方法。它的工作原理是什么呢?您可以在此视频中看到具体的说明。简而言之,这是一种两段式工艺。首先,μLED 与它们生长所在的蓝宝石晶片分离,然后使用另一项称为激光剥离 (LLO) 的基于激光的技术将其转移到临时载体上。这样一来,临时载体上的 µLED 与它们在生长晶片上的间距相同。

 

巨量转移工艺均匀平顶光束

图:在巨量转移中,大面积激光束穿过掩膜板,以便仅释放特定芯片并将其推到显示基板上。所谓的均匀平顶光束对于精确放置来说至关重要(不按比例)。

 

接下来是巨量转移。在这里,来自紫外光(准分子)激光的脉冲会穿过透明的载体背面进入。激光会被薄薄的粘合剂层吸收,这些之前用来将 µLED 固定在临时载体上的粘合剂将在激光的作用下蒸发。这实际上会吹掉 µLED,并将它们推到紧密接触的最终显示面板上。最终玻璃面板上的粘合剂会将 µLED 固定到位。

光束和掩膜板 

不过,秘诀就在于此。矩形激光束穿过一个有孔的掩膜板,这些孔的间距与最终显示屏中的像素相同。因此,每 5 个(甚至每 10 个)μLED 才会有一个被给定的激光脉冲推到显示屏上。掩膜板下的光路是固定的,然后临时载体略微移动以转到相邻的 µLED 组,但显示面板会移动很大的距离,该过程会在面板的一块新区域上重复。这样可以在相对较小的蓝宝石晶片上经济地装配大量 µLED,然后以更大的间隔放置它们,从而创造出单个大面板。此外,LIFT 的另一个显著优势是速度快。每个脉冲可以转移数以千计的 µLED。在 500 脉冲/秒 (500 Hz) 的激光脉冲频率下,只需一秒钟,μLED 就可以覆盖高达 32 毫米 x 1 米的区域!

我们正为此努力 

Coherent 正在开发一款名为 UVtransfer 的 µLED 显示屏加工设备,该设备实际会执行三个独立工艺:激光剥离 (LLO)、巨量转移 (LIFT) 以及激光修复。这款三合一设备将树立加工标准,并展现制造实用且经济的大型 µLED 显示屏的潜力。

与 Coherent 高意联系

我们的团队将随时为您效劳!