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Micro LED巨量转移技术突破与未来应用展望

2025-10-28 11:04:55 来源:重庆康佳光电

  在显示技术不断迭代升级的当下,Micro LED作为极具潜力的新型显示技术,正逐渐成为行业关注的焦点。它凭借高亮度、低功耗、高对比度、高稳定性、快响应速度以及轻薄化等显著优势,被业界誉为“终极显示器”。Micro LED属于跨领域的产业,深度融合了新型显示、LED半导体、精密设备、光电工程、机械制造等多元技术,是“芯屏融合”的代表型产业。在数字化时代,显示器作为人机交互的核心窗口,已深度融入日常办公与娱乐场景,而Micro LED技术的发展,更是为提升人机交互体验开辟了新路径。然而,Micro LED技术的产业化进程却面临着严峻挑战,其中巨量转移技术作为一种前所未有的工艺制程,因其技术难度高,需要克服难题多,成为制约Micro LED技术规模化发展的关键瓶颈。本文将深入剖析巨量转移技术,以期为推动Micro LED技术的产业化进程提供参考。

  巨量转移技术介绍

  巨量转移技术在Micro LED显示技术中扮演着至关重要的角色,其目的在于将成千上万微米级别的LED芯片从生长衬底高效、精确地转移到目标驱动背板上,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数上千万颗LED芯片的转移。由于Micro LED的尺寸(微米级)远小于其他LED的尺寸(毫米级以上),并且转移过程不仅要求极高的位置精度和转移效率,还需保证转移过程中芯片的完整性和电学性能不受损伤,因此其转移过程具有极高的挑战性。

  经过众多科研机构的广泛验证后,印章式巨量转移技术(又称为范德华力法)以其高精度和成熟的产业链等特点,在Micro LED芯片的转移过程中提供了稳定性和可靠性(技术流程如图1所示)。这项技术通过调控弹性印章与Micro LED芯片界面的范德华力,实现芯片的拾取(Pick)和放置(Place),能够在较短时间内稳定的转移批量芯片,显著推动了Micro LED技术的发展。但对于Micro LED技术产业化需求而言,印章式巨量转移技术也存在不足之处。首当其冲的问题就是转移效率及转移成本优化空间有限,无法满足Micro LED产品的商业化需求。

  图1 Micro LED 印章式巨量转移技术流程图

  印章式巨量转移技术主要是用类似印章的胶材去拾取Micro LED芯片,而该印章目前常用的材料称为PDMS,它是一种高分子胶材,可以通过改变其硬度和黏性来调整芯片拾取的良率。印章式巨量转移技术具备许多优势,如高良率(转移良率可达约>99.99%)、高稳定性、具备可行性等优点,但对于Micro LED技术产业化需求而言,印章式巨量转移技术也存在不足之处,最突出的问题就是转移成本过高、转移效率偏低(300-500万颗芯片/每小时),且优化空间有限,只能停留在制作样品的阶段,无法满足Micro LED产品的商业化需求。

  新颖的激光巨量转移技术

  为解决上述问题,实现Micro LED产业化突破,业界将目光聚焦在激光制程。由于激光巨量转移是属于非接触式的方法,有别于传统的印章以接触式来拾取与放置芯片,整体转移效率大幅提升。要实现Micro LED产业化,巨量转移需达到转移良率约99.9999%,转移效率>3,600万颗芯片/小时。因此业界纷纷预估,在2025-2026年之间,巨量转移技术将会由传统的印章式技术转变成激光技术,才足以支撑量产标准(如图2所示)。

  表1 印章式巨转技术和激光式转移技术的比较表

巨量转移技术 印章式 (范德华力) 激光式
转移速度 ; UPH 3 KK-5 KK 20 KK-50 KK
良率 99.9-99.999 % (修补前) 99.9-99.999 % (修补前)
优点 已发展多年, 技术相对成熟 转移速度快, 且可实现大面积的转移

  图2 Micro LED巨量转移技术未来出货量预测图

  一般而言,激光巨量转移技术大致上可分为两大类,其一称为激光间接转移技术 (又称“固体激光”),现在普遍式使用355nm波长的激光器来制作。所谓的间接激光转移技术即是先将Micro LED芯片与另一片带有光解胶的晶圆贴合,再使用激光剥离技术将原有的蓝宝石衬底剥离下来,将芯片转移至光解胶之上,此时再利用固体激光将光解胶上的芯片转移至暂时基板上,最后再与背板进行键合即完成巨量转移步骤(如图3所示)。目前激光间接转移技术的转移良率为>99.99%,转移效率约为2,000万颗芯片/小时。虽然效率大幅提升,但仍然无法有效的实现产业化。

  图3 激光间接转移技术的详细流程图

  为了实现最终的巨量转移技术,经过多方调研后,提出了“激光直接转移技术”。该技术是通过准分子激光(248nm波长)解离晶圆上芯片(COW:Chip on wafer)的氮化镓层(U-GaN),此时氮化镓会被分解为氮气和金属镓,随后芯片会直接落在背板上形成巨量转移。这种直接将芯片转移至背板上的技术,不仅转移速度快、良率高,也不需要芯片弱化结构等,被业界普遍认为是最终的巨量转移技术(如图4和图5所示)。此转移技术经过初步预估,转移良率可达99.99-99.999%,转移效率为>3,600万颗芯片/小时,接近量产水平。

  图4 激光直接转移原理示意图 图5 激光直接转移技术的流程图

  由于激光直接转移技术不需要任何芯片翻转的步骤,且用于激光直接转移的芯片可以预先进行检测,只针对通过外观光学检测的芯片进行转移,可以降低缺陷芯片的使用率,减少后段芯片修补的比例,从而大幅节省制程成本,因此激光直接转移技术被认为是Micro LED芯片巨量转移的终极技术。目前,重庆康佳光电科技有限公司(以下简称“重庆康佳光电”)在该技术方向已进行深入布局,实现了RGB三色芯片的转移。

  重庆康佳光电最新技术进展

  重庆康佳光电作为康佳集团在MLED领域的重要一环,长期致力于Micro LED前沿技术的研发、生产及销售,依托“芯片+巨转”两大核心技术,已构建了从MLED外延芯片、巨量转移、封装、模组到显示屏的完整产业链布局,实现了RGB外延片、Micro LED芯片、Mini直显的自主研发与量产,陆续推出多项Micro LED产品,如AR高分辨率显示屏、MIP(Micro LED in Package)、Micro LED手表、COB全系列直显屏等。

  重庆康佳光电在外延、芯片领域经过多年的技术积累,无论芯片的波长均匀性、光电特性、亮度,皆达到行业领先水平。而在巨量转移领域,重庆康佳光电更是行业翘楚,采用激光直接转移技术,经过第三方单位实际验证后,转移良率达到99.996%,转移速度达到4,700万颗芯片/小时,并且搭配AI人工智能算法,修补后可实现良率100%,推动Micro LED产业化迈出坚实步伐。

  图6 重庆康佳光电巨量转移后100%良率的完美显示屏

  在显示技术迭代的浪潮中,Micro LED 技术的崛起为中国显示产业带来了前所未有的战略机遇。公开数据显示,2012年,中国大陆显示面板产能达到2,220万平方米,首次超过日本,占全球总体产能的10%;2017年,中国大陆显示面板产能规模攀升至9,440万平方米,以34%的全球占比成功超越韩国,跃居全球显示面板出货量首位。截至目前,中国大陆显示面板产能已占据全球产能的半壁江山。这一跨越式发展,不仅标志着中国显示产业成功打破日韩企业的长期垄断格局,更折射出我国在显示技术领域从“技术依赖”到“自主创新”的质变飞跃。Micro LED产业的发展,或将成为中国显示企业实现从“跟跑”到“领跑”跨越的关键赛道,推动我国在全球显示技术竞争格局中占据更有利的战略地位。

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