美国三院院士约翰·罗杰斯：“弹性印模”让低成本量产Micro-LED成为可能

11月20日-21日，2020世界显示产业大会在安徽省合肥市召开。大会由工业和信息化部、安徽省人民政府共同主办。美国国家科学院、国家工程院和艺术与科学院院士约翰·罗杰斯作开幕演讲。罗杰斯表示，Micro-LED在亮度、像素密度、对比度、视角、刷新率等关键指标具有显著优势，但在成熟度和成本方面短板犹存，破局的关键是如何将数量巨大的LED精确转移到目标基板上。为此，罗杰斯团队提出了基于“弹性印模”的微转印技术。

压倒性优势的Micro-LED有两个“短板”

Micro-LED是对现有LCD、OLED和传统的小间距LED等显示技术的升级和补充，被视为显示技术的后起之秀，已经成为国内外显示厂商和下游终端厂商加紧抢滩的“技术高地”。

罗杰斯表示，Micro-LED的好处是效率更高，有更高的亮度、更好的显色性和更低的功耗。同时，Micro-LED有着快速刷新率和广视角，极短的开关时间和良好的对比度，是理想的点光源装置。相比OLED，Micro-LED 有着高出一千倍的亮度，在能耗、像素密度、对比度、使用寿命等方面优势显著。在工艺流程方面，Micro-LED与柔性塑料基板有着更好的相性，不需要复杂的封装方式即可便捷整合到塑料基板上。

但是，Micro-LED并非在所有指标都压倒LCD和OLED，在成熟度和成本上，Micro-LED就落于下风。

成本是技术产品化并进入市场的“拦路虎”。罗杰斯表示，整合集成是Micro-LED发展的重要趋势，能进一步释放Micro-LED的技术优势，并增强Micro-LED对终端市场的穿透力。Micro-LED的集成性不仅包括LED等发光部件，还有驱动电路，后者可以充分发挥Micro-LED相对于OLED、QLED、LCD的优势。

“我们的制造方法可以把LED集成并排布到目标基板上。这些基板可以是玻璃板、柔性塑料板，甚至弹性板，不仅集成单个发光源，还集成了硅基IC，例如作为驱动电路的单晶互补金属氧化物半导体等。”罗杰斯说，“这些成果将对可穿戴设备、智能手机、笔记本电脑、家庭影院型显示器、桌面显示器等消费类电子产品产生革命性影响。”

要实现Micro-LED的集成化，需要诸多关键技术，其中最具挑战性的就是巨量转移。罗杰斯表示，一系列应对Micro-LED成熟度和成本问题的技术方案正在陆续落地，助力Micro-LED的批量生产。

“弹性印模”兼顾Micro-LED产量和良率

5G的商用部署进一步释放大尺寸面板、车载显示、商业显示、VR/AR设备等终端应用潜力，为Micro-LED等新兴显示技术带来广阔的发展空间。但是，Micro-LED要抓住5G带来的行业红利，必须在量产技术上实现突破。

基于“弹性印模”的微转印技术，就是一种应对LED批量转移，且兼顾产量和良率的策略。罗杰斯表示，LED可以产生极高的性能，Micro-LED制备的微型显示器能适应任何类型的应用，问题是如何把LED从源晶圆转移到目标基板上，以实用的方式制造Micro-LED，并确保产量和良率。

“我们使用的方法涉及一种‘弹性印模’。作为大规模平行取放工具，它可以把已切割和蚀刻的微型LED从源晶圆取下，并批量移动。之后用标准图像方法和物理气相沉积技术来实现互连布线。”罗杰斯说。

这个过程通过将对应红、绿、蓝色Micro-LED的发射器分别放在不同晶圆上，并采用LED的标准代工技术制造。具体来说，用底切孵化技术把LED从源晶圆取下，让LED在图形化定义的位置与下层晶圆相连接。这样印模可以接触到已加工的晶圆，把LED从源晶圆平行移动到目标基板上，然后基于边缘金属化技术布线，实现LED阵列的互连。

“在Micro-LED显示器的生产问题上，这种印模或者说转印过程将是至关重要的，它具备低成本批量生产Micro-LED的所有特性。”罗杰斯说。

显示技术的进步永无止境，“像素引擎包”是罗杰斯团队开发的最新概念。所谓引擎包，是指由一对红色、一对绿色和一对蓝色的Micro-LED集成于微米级IC所构成的，可以转印和操作的集成模块。引擎包可以在晶圆上进行组装和连接，显示器晶圆厂通过印刷，即可将这些功能元件排布到显示区的每个晶胞里，之后仅剩的步骤就是布线。

“我们对LED进行印刷，然后把LED和微米级IC集成在一起，最终得到微小而密集的像素引擎组合。我们可以使用这种印刷方案排布像素引擎组合。”罗杰斯说。

基于像素引擎的互连矩阵，能够进一步简化排布工序，实现系统中的备份，并消除缺陷，为Micro-LED的产业化再添助力。