北京哪间医院看白癜风最好 http://pf.39.net/bdfyy/bjzkbdfyy/在设计和制造方面的大量创新推动下，MicroLED显示器市场正在升温，这些创新可以提高产量并降低价格，使其与LCD和OLED设备竞争。
MicroLED显示器比前代产品更亮、对比度更高，而且效率更高。已经为手表、AR眼镜、电视、标牌和汽车显示器开发了功能原型，并在CES和DisplayWeek上展出。供应商现在正将他们的重点从仅仅制作原型转移到提高所有工艺步骤的产量和生产力，这应该会显着降低成本。
ClassOneTechnology产品和技术副总裁JohnGhekiere表示：“当您拥有microLED之类的设备时，风险就会增加，而最大的问题是，‘您能否以具有成本效益的制造工艺生产microLED显示器？’”.
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图1：具有3um像素间距的蓝色GaNmicroLED阵列使用多色量子点集成来实现全彩AR显示。使用亚40nmCMOS工艺，万尼特的最大亮度消耗1W。资料来源：MICLEDI
这是一个很大的问题，因为这项技术不乏可能的应用。“一个关键的机会涉及基于硅技术的GaN的开发，”LamResearch战略营销董事总经理DavidHaynes说。“这些允许将制造工艺扩展到毫米和毫米晶圆，并可以访问完善的硅铸造基础设施。代工厂已经在为电源和射频开发标准的CMOS兼容硅基GaN解决方案，因此制造microLED是合乎逻辑的下一步。”
尽管如此，这种转变的幅度仍然不小。Veeco副总裁兼首席技术官AjitParanjpe表示：“主要挑战是以可接受的制造吞吐量和成本满足严格的均匀性（颜色和亮度）和缺陷像素良率目标。”“努力的重点是提高所有关键步骤的产量，包括外延生长和传质，以最大限度地减少对冗余或修复的需求。这些因素推动了显示成本。”
苹果、三星和康佳（前东芝）等领先的科技公司正在奋力前行，大力投资制造用于AR眼镜、智能手表、电视、数字标牌和汽车显示器的microLED模块。这预计将在年至年之间发生，并且随着技术的成熟，可能会导致显示技术通常的价格急剧下降。截至今天，三星最便宜的TheWallTV有89英寸、英寸和英寸版本，起价为80,美元（产品推出延迟）。它是在有源矩阵薄膜晶体管(LTPS)驱动器上使用PlayNitride的30x60mmicroLED制造的。使microLED具有成本效益就是将80,美元的价格降至3,美元左右的消费者友好水平。
在尺寸范围的另一端是Vuzix用于企业应用（手术、维护等）的ARShield眼镜，具有0.13英寸绿色显示屏（x像素），由JBDisplay制造，每对带有2个带波导的显示屏玻璃，达到万尼特的阳光照射条件所需的亮度。
巨额投资microLED的卓越性能潜力正在推动对研发的巨额投资。与有机LED(OLED)显示器或LED背光LCD相比，这些直接发光显示器承诺以更低的功耗提供更高的像素密度、纳秒级响应时间（对于增强现实至关重要）和更宽的视角。
制造microLED所需的高精度需要大规模转向半导体制造思维，包括级洁净室（个粒子/ft3，≥0.5m）、切换到毫米蓝宝石晶圆以及关键外延晶圆工具的缩放。先进的微型显示器可能需要升级到EUV扫描仪，以及低损伤蚀刻、电镀、CMP和晶圆清洁工具。
未来三年，YoleGroup旗下的YoleIntelligence预计将有30亿美元用于电视、智能手表和AR眼镜的microLED制造基础设施。播放器包括苹果、三星、晶元、PlayNitride、友达、三安、JBDisplays等。
YoleIntelligence的高级行业分析师EricVirey博士详细介绍了一些已宣布的microLED晶圆厂计划，包括：
amsOsram斥资8.5亿美元扩大在奥地利和马来西亚的microLED生产；
Aledia宣布耗资1.65亿美元的晶圆厂生产GaN-on-Si纳米线microLED；
友达加大对PlayNitride和Epistar的投资；
康佳、TCL-CSOT、维信诺宣布投资1亿美元；
MICLEDI和GlobalFoundries正在为microLED生产做准备，并且
三安光电宣布20亿美元的mini/microLED晶圆厂。
据Virey称，Apple智能手表很可能是第一款量产的microLED产品，而ams-Osram是其首选供应商。“如果一切按计划进行，我们将在年看到苹果的microLED智能手表。”
同时，新颖的器件结构正在提供令人印象深刻的性能。Aledia设计了一种新颖的3D架构，方法是形成数百万条从硅表面突出的亚微米直径发光GaN纳米线，以提高发光面积效率。Aledia将制造称为SmartPixels的纳米线，并采用硅铸造厂进行后续加工。
除了上述投资外，microLED领域也有重大收购，包括谷歌收购初创公司Raxium，以及Snap收购CompoundPhotonics。
LED先是mini，然后是microLED根据产品尺寸分为三种类型：
用于电视和标牌的大型显示器；
用于平板电脑、智能手机和车载显示器的中型显示器，以及
用于XR(AR/VR/MR)眼镜和智能手表的微型显示器。
MicroLED是我们今天在路灯、家用灯泡和商业建筑中使用的LED的微型版本。该行业制造白光的方式是在蓝色LED上涂上黄色荧光粉，该荧光粉与蓝色光子相互作用以产生白色光子。MicroLED通常被指定为一侧小于50m，而LED的尺寸为m或更大，术语miniLED涵盖了介于两者之间的所有内容。然而，一些公司表示，microLED是指任何没有封装的LED，无论其确切尺寸如何。
如今，MiniLED使用蓝色LED和量子点为笔记本电脑、平板电脑、电视和室内/室外标牌提供照明。当以适当的电压施加电流时，LED会发光（光子），并且电子和空穴在器件的有源区域（量子阱）中重新结合。光的亮度是施加电流的函数，但发射的颜色（波长）由半导体材料的能带差异决定，AlInGaP-on-GaAs发出红色光，InGaN-on-sapphire发出绿色和蓝色光。
LED颜色一致性反映在波长一致性上。对于LED，分档将具有更好控制色度的产品与性能较差的设备分开。需要分档以实现一致的波长以产生相互匹配的光。不幸的是，对于microLED，由于缺少在处理过程中对其进行保护的封装，因此无法进行分档。因此，必须将符合规格的microLED隔离用于目标显示器，这与传输和在线检测操作相关。
第一代microLED显示器预计将使用原生红色、绿色和蓝色microLED的子像素，尽管一些公司正在寻求使用带有量子点的蓝色LED来创建蓝色和红色子像素。这种下转换方法简化了红色、绿色和蓝色microLED的复杂拾取和放置转移，但代价是亮度损失。
选择正确的工艺microLED显示器的制造方案取决于其要求。例如，手表或AR应用中使用的微型显示器需要1,-10,dpi的极高像素密度。在这些情况下，混合键合将GaN/蓝宝石晶圆结合到硅CMOS驱动器晶圆上。然后使用背磨去除蓝宝石晶片。
然而，对于像素密度较低的应用，例如电视或数字标牌，miniLED芯片必须分散到显示背板上。该方法通常利用载体晶圆上的临时键合来实现从晶圆上紧密的裸片到裸片封装到像素间距分离的重新分布。
芯片制造商和microLED制造商之间的合作伙伴关系还可以加快工艺集成。“MICLEDI的microLED解决方案与GlobalFoundry的22FDX平台相结合，通过提供超高分辨率显示器和先进成像技术来满足未来AR眼镜的苛刻需求，从而实现令人惊叹的视觉细节和色彩，”工业和多市场副总裁EdKaste说。格罗方德，在一份声明中。“随着用户体验更加身临其境的增强现实，对AR和VR产品的需求将会飙升。”
MICLEDI是imec的衍生公司，是第一家在mmCMOS平台上为AR构建microLED阵列的公司。晶圆间混合键合步骤使用CMOS背板重构RGBmicroLED。对于高效波导集成，该公司在LED顶部使用菲涅耳透镜来提供光束整形。设计轻巧、有吸引力的AR眼镜取决于制造更小尺寸的microLED，其成本可以舒适地吸收到产品价格中。
另一个例子是弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所(ENAS)的公司之间的合作。ClassOne的Ghekiere说：“我们的电镀工具已经在多家制造商进行试生产，但成功要追溯到集成方案。“我们能否让它以最佳方式工作，使我们客户的产品具有价格竞争力，同时赋予他们技术优势？我们与Fraunhofer合作填补单元工艺之间的一些间隙空间的能力确实是驱动因素——电镀工作、CMP工作、晶圆对准工作。现在我们可以实现集成，因为您将拥有在这里竞争的团队——一些世界上最大、最有价值的公司。”
完善颜色发射MicroLED是直接发射器，因此它们被用作裸芯片。这与LED和miniLED不同，后者组装在表面贴装封装中，引线键合到位，然后封装在环氧树脂或硅胶中。
虽然许多公司都在追求由不同晶片组装而成的原生红色、绿色和蓝色芯片，但剑桥大学的衍生公司Porotech已经设计出一种在单个晶片上生产所有三种颜色（红色、绿色、蓝色）的方法。“你可以拥有一个可以随时为你提供任何颜色的像素，这极大地简化并降低了组装操作的成本，”Porotech首席执行官朱彤彤说。该公司正在寻求行业合作伙伴来帮助开发、扩展和商业化该技术。它的工作原理是在晶片表面下方创建一个多孔层，这增加了可以掺杂到晶格中的铟量。随后，Zhu表示，使用MOCVD生长量子阱而不会引入任何新的缺陷。Porotech的第一个合作伙伴是IQE，
“我们正在启用不同的颜色，但也启用颜色纯度。例如，我们nm的绿色在不同驱动条件下的色移小于5nm，”朱说。该技术可以显着改进以低效着称的原生红色microLED。与绿色或蓝色microLED相比，颜色随温度的变化更为显着。
我怎么开车？对于其智能手表，Apple正在使用基于硅CMOS的微驱动器，”Yole的Virey说。“三星在玻璃上使用TFT，但它非常复杂，有24层掩膜层，因此良率很低，成本很高。用于OLED的传统TFT需要12个掩模级别。我们看到更多关于硅驱动的论文，但它可能不是所有应用的最佳选择。”
“对于AR眼镜，功耗与驱动microLED显示器直接相关。低功耗至关重要，因为它定义了电池尺寸、电池寿命和散热要求，”MICLEDIMicrodisplays的联合创始人兼首席技术官SoerenSteudel说。“聪明的驱动和控制技术可以降低功耗，以及占空比管理和数字脉宽管理技术。”
工艺细节需要最先进的制造工具来处理带有用于AR眼镜的数字镜片的微型显示器。“只能使用具有一定发射角的光，对于波导来说是±20°。我们需要在逐个像素级别上进行优化，以确保在APEX角度内发出尽可能多的光。这会显着影响系统效率，尤其是墙插效率。更大的像素与更高的镜头效率相关。
“AR眼镜需要高亮度和高分辨率，其中分辨率与像素大小直接相关，”Steudel说。他指出，对于全高清（x像素）投影，最大像素间距为3m或更小。“采用最先进的毫米晶圆步进器的硅代工厂能够在有机高折射率材料中始终如一地实现非常精确的覆盖(20纳米)。以3m的间距实现高度可重复的多层数字镜头需要极其精细的特征（CDnm）。”根据Steudel的说法，要在可重复的基础上满足这些严格的公差要求，需要先进的光刻、蚀刻和CMP工具。“其他挑战是在蚀刻斜率、层均匀性和厚度控制方面非常严格的规格。”
微型显示器通常使用晶圆对晶圆混合键合，这是一种相对较新的晶圆厂工艺，将GaN器件键合到硅衬底，然后可以在毫米或毫米工具上进行进一步处理。在混合键合的步骤中，平面晶圆的处理是必不可少的。“CMP至关重要。在切割成成品microLED显示模块之前，必须将内置mm线的MicroLED晶圆研磨并压平到非常严格的公差，才能与ASIC背板晶圆键合，”Steudel补充道。
不幸的是，随着microLED的尺寸缩小到10m以下，外部量子效率下降。Veeco的Paranjpe说：“由于microLED侧壁上的载流子复合导致发光效率降低是缩放问题。”“必须优化用于定义microLED的台面蚀刻的蚀刻、清洁和钝化步骤，以最大限度地减少载流子的表面复合。通常，使用直接蚀刻而不是剥离图案来进行更精细的尺寸控制。”
Robinson补充说：“随着microLED的规模扩大，致命缺陷的可接受阈值也变得更小，导致有害缺陷的影响增加，在背板检查时可达90%。护理/非护理缺陷的AI分类对于过程控制和修复而言极为关键。”
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图2：外部量子效率随着microLED尺寸的缩小而降低。资料来源：YoleIntelligence
microLED的性能反映在内部量子效率(IQE)等指标上，它反映了设备中电子和空穴组合转换为亮度的效率。EQE或外部量子效率，衡量将通过LED的电子转换为亮度的成功率。“我们通过在同一模块中将极低功率、稳态等离子体蚀刻步骤与原子层蚀刻工艺相结合，开发了超低损伤GaN蚀刻工艺，”Lam的Haynes说。他补充说，这种工艺可以减少GaN表面的等离子体损伤，同时提供高吞吐量操作。
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图3：为满足对坏像素的近乎零容忍，microLED晶圆厂正在加强其在线计量、自动光学检测和测试协议。资料来源：KLA
工艺流程microLED制造的最基本部分涉及在Aixtron、Veeco和其他公司提供的金属有机CVD(MOCVD)工具中使用毫米或更大的基板生长外延层堆叠。“必须很好地控制外延工艺步骤，以最大限度地减少限制产量的晶体缺陷、颗粒、凹坑和划痕，”KLA工业和客户协作组的高级首席科学家JohnRobinson说。“外延层需要严格的厚度、成分和应力控制，以保持所需的波长均匀性和量子效率。在线检测和计量对于外延质量至关重要。”
工程师使用基于电致发光(EL)和基于光致发光(PL)的测试来量化光度。两者都是非接触式方法，可检测光学检测未发现的缺陷。EL是更成熟的电气检查方法。PL相对较新，可测量光的光谱特性，寻找发射中的缺陷，包括波长和PL强度，这些缺陷是在外延沉积之后和晶圆验收测试期间测量的。KLA提供多种光学检测工具。提供PL和EL工具集的公司包括CorbeauInnovation、Hamamatsu、InZiv、Toray等。
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图4：OmniPix2.0将光学检测、PL和EL与nm检测分辨率相结合，可检测最大mm的晶圆。资料来源：Corbeau创新。
在通过多层外延形成量子阱之后，步进图案化和蚀刻形成器件区域。“在形成microLED芯片时，控制图案缺陷对于高产量至关重要，”Robinson说。
光刻和蚀刻定义了N和P接触焊盘，然后沉积透明的氧化铟锡(ITO)，使电流在器件表面扩散。然后反应离子蚀刻暴露接触垫。将晶圆翻转到柔性薄膜上，然后进行晶圆研磨和CMP以去除基板。
“向步进光刻的过渡还需要CD和覆盖工艺控制。此外，薄膜沉积可能会导致晶圆形状不均匀和应力，因此需要工艺控制以满足晶圆均匀性的规范，”Robinson说。
microLED器件的钝化已成为关键步骤，因为它有助于减少侧壁载流子退化。“ALD正在成为钝化的标准工艺，它显着提高了外部量子效率，”Yole的Virey说。
在转移组件之前，准确的晶圆级图会指示哪些microLED没有缺陷且功能符合目标规格。“这些地图是下游传输过程的关键输入，”Robinson说，并补充说在线检测和计量在背板制造过程中同样重要。“电气测试对于确保传输前的性能也是必不可少的。”
接下来，数百甚至数千个microLED从制造它们的晶圆转移到载体（中介层）上，或直接转移到显示器背板上。
转移技术正在探索许多用于质量转移的方法，包括冲压、激光、辊基和使用流体的自组装。批量制造需要99.(1ppm)的转移良率。其中，基于印章的转印是最成熟和流行的，例如在X-Celeprint的微转印工艺中。事实上，三星正在为TheWallTV使用基于邮票的传输。
印章采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)注塑成型制造，并通过光刻和蚀刻形成带有微小PDMS柱的光滑层。典型的邮票尺寸为37x37毫米或49x49毫米。粘性墨水抓住microLED阵列，并使用激光或其他方式放置它们。ASMPacificTechnology、Shibaura、Toray和X-Display等公司提供这些系统。
最近，欧盟资助的MICROPRINCE报告了使用基于标记的传输的成功，该公司为异构集成提供了一条代工试验线。“我们展示了高达99%的印刷或转印良率，偏差小于1m。X-FABMEMSFoundry的MICROPRINCE协调员和转移印刷项目经理SebastianWicht说，尺寸小至xx5m的器件可以有效地转移并堆叠在CMOS目标芯片上。
据Virey称，为了进一步提高吞吐量，几家公司正在开发多头印章系统、更大尺寸的印章或两步转移流程。
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图5：基于印模和激光的microLED到背板的转移方法提供了相当的吞吐量。资料来源：YoleIntelligence
3DMicromac、ASMPT、KS、ShinEtsu、Toray等提供基于激光的传输工具。器件分离是通过烧蚀GaN的微观层来实现的，它形成了一个膨胀的氮层以促进剥离。例如，在8x2mm2的视场中，激光脉冲可以以高精度(+-1.5um)传输多组microLED。选择性高的激光工艺需要进一步开发以满足显示器的吞吐量需求。
microLED转移的第三种替代方法是在流体介质中使用microLED的自组装，其中预先测试的microLED和振荡运动促使设备在小井中沉淀。ELuxDisplay是夏普的子公司，正在微调这一过程。“我们最近看到了人们对自组装方法的兴趣，所以我不会把它排除在外，”Virey说。
转移后，SMT键合工艺使用焊料沉积和回流，将芯片键合到背板上。在这里，自动光学检测以及PL和EL进行测试。当检测到有缺陷的microLED时，会使用激光或其他方式移除和更换芯片，称为修复。在最终显示级别，面板制造商再次执行AOI、EL和PL。
结论尽管microLED显示器距离商业化还有几年的时间，但技术领域的知名人士正在汇集来自半导体、光电子和显示领域的专业知识来实现这一目标。创新的、开箱即用的方法，例如Porotech的所有颜色的单一GaN基板，以及Aledia的纳米线照明，鼓励行业在microLED方面大胆思考。
