号称低成本、无损去除，硅衬底Micro LED真是小尺寸显示的未来？
2024-04-03 26
由于苹果Micro LED智能手表项目搁浅，之前Micro LED遭遇了很大的质疑，尤其是在成本和性价比方面，Micro LED被认为很难成为下一代主流的显示技术。不过，随后三星和LG显示等公司力挺Micro LED，在智能手表、大尺寸电视和透明电视等领域推出了非常多的参考设计，并且汽车厂商也是对Micro LED有很大的期待。
不过，想要兑现自己的天赋，Micro LED还有很长的路要走。比如，通过何种方式实现Micro LED就有很大的可讨论空间。
硅衬底Micro LED将统一AR市场？
在众多实现路线中，其中一个是硅衬底Micro LED。所谓的硅衬底Micro LED是指基于片式集成化工艺技术制造MicroLED，将LED外延片直接与CMOS侧板引线键合。如果将衬底从蓝宝石换成硅，会带来怎样的提升呢？我们具体看一下。
现阶段，Micro LED的制备过程中需要将蓝宝石基的LED阵列转移至硅基以实现金属连接，因此需要制作一块Micro LED显示屏幕需要两套独立的衬底和加工工艺。无疑，这会带来成本的上升。因而，晶能光电研发经理郭啸等行业人士认为，如果将原本的蓝宝石衬底也换成硅，那么就可以和下面的硅基板形成更好的联动。
郭啸曾在演讲中指出，硅衬底在Micro LED行业的优势包括，可以实现低成本、高波长一致性、无损去除、低翘曲和CMOS兼容性。
相较其他技术，Micro LED在亮度、对比度、工作温度范围、刷新率、分辨率、色域、功耗、延时、体积、寿命等多方面具备优势，Micro LED被认为是AR近眼显示应用的终极方案。因而，基于硅衬底实现Micro LED被认为是更好的方式。也有人说，这会是未来的主流路线。
关于蓝宝石衬底和硅衬底生产Micro LED，我们看一下技术细节。先看衬底方面，如果是基于蓝宝石衬底，衬底尺寸主流基本是4英寸，最大可以做大6英寸；如果是基于硅衬底，主流工艺就会直接8英寸起步，最大可以达到12英寸工艺。从这方面来看，硅衬底在生产效率和成本方面的优势是非常明显。
其次是看工艺，如果是采用蓝宝石衬底，虽然这种工艺的技术已经比较成熟，能够获得比较好的晶体质量，不过一旦晶圆尺寸超过4寸，翘曲问题就变得不可控了，这将严重限制蓝宝石衬底Micro LED的生产效率；如果是采用硅衬底，硅工艺本身是非常成熟的，支持无损去除Micro LED，且硅晶片在大尺寸控制翘曲方面的技术也非常成熟，从硅衬底做外延生长的技术也已经突破。
最后看一下Micro LED芯片的可靠性。如果是采用蓝宝石衬底，由于技术工艺成熟，芯片的性能水平是很高的，不过在剥离的时候，有损问题可能会影响LED性能；如果是采用硅衬底，目前的工艺已经能够达到媲美蓝宝石衬底的性能水平，且无损剥离有望进一步提升垂直工艺的良率。
此外，中科院长春光机所应用光学国家重点实验室研究团队发现，采用低损伤刻蚀技术的硅衬底AlGaInP红光Micro LED可以缓解由于工艺技术原因引起的尺寸效应，这是非常吸引产业的一点。
当然，作为后发的技术，硅衬底生产Micro LED还有一定的进步空间，随着技术的提升和需求的释放，有望带动产业链实现高增长点，不仅是在AR领域，矩阵车灯、Micro LED直显大屏和车载HUD等应用也有望受益。
硅衬底Micro LED的挑战
当然，虽然上面谈到了很多好处，不过硅衬底Micro LED要实现大的产业化，还需要解决一些挑战。
首先，硅衬底Micro LED的工艺灵活性并不高，只能做垂直工艺，而蓝宝石衬底Micro LED除了垂直工艺，还可以做倒装。不过，单论AR市场来说，这并不影响，因为AR需要非常高的分辨率，垂直工艺的优势就在分辨率上，从这方面来说，倒是不用太焦虑。
其次，硅衬底Micro LED工艺难度实际上还是很高的，这对企业本身的研发能力会有一定的要求。有业者称，硅衬底实现Micro LED属于冒险走无人区，产业协同可能遇到挑战，尤其是大尺寸之后，蓝宝石衬底的倒装就会有成本优势，这也会限制硅衬底Micro LED的成长空间。
第三是基板的协同性，Micro LED硅基板还有一些技术挑战，比如，Micro LED发光效率最大的电流密度是10-1000A/cm2，基于硅基的CMOS电路要实现这个密度还是有很大挑战。那么，硅衬底和硅基板的联动也会遇到一些挑战。
结语
从目前的时间节点来看，Micro LED大规模量产的时间可能要到2028年之后，因而在此期间，将会有非常多的技术碰撞，比如硅衬底和蓝宝石衬底，硅基板和玻璃基板等，现在还很难断定哪一种技术最终能够胜出，又或者这些技术本身就是要并行的。电子发烧友网报道（文/吴子鹏）
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