Micro-LED新型顯示技術(shù)——2019神燈獎(jiǎng)申報(bào)技術(shù)

      項(xiàng)目名稱：  Micro-LED新型顯示技術(shù)

      Novel Micro-LED display technology

      申報(bào)單位：  深圳市思坦科技有限公司

      綜合介紹或申報(bào)理由：

深圳市思坦科技有限公司成立于2018年10月18日，注冊(cè)資本1000萬元。公司由劉召軍(Micro-LED領(lǐng)域國際頂級(jí)專家)團(tuán)隊(duì)（包括兩名中組部“千人計(jì)劃”專家）與南方科技大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)建，以Micro-LED技術(shù)開發(fā)為主營業(yè)務(wù)的高科技企業(yè)，涵蓋Micro-LED新型顯示、可穿戴設(shè)備、寬禁帶半導(dǎo)體、人工智能顯示、健康醫(yī)療等方向。公司以解決Micro-LED技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化過程中的實(shí)際問題，并實(shí)現(xiàn)Micro-LED量產(chǎn)為目標(biāo)。 Micro-LED是近年來興起的一項(xiàng)新型的半導(dǎo)體顯示技術(shù)，其世界三大發(fā)源地分別是美國德克薩斯理工大學(xué)、英國思克萊德大學(xué)、中國香港科技大學(xué)。與LCD顯示及OLED顯示技術(shù)相比，Micro-LED顯示具有更高的發(fā)光效率、高亮度、響應(yīng)速度快、輕薄、色域?qū)?、柔性、耐高低溫、耐震性等?yōu)點(diǎn)。可以在高/低溫度、高濕、強(qiáng)光照等各種惡劣環(huán)境下正常工作；應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，在AR/VR、平視顯示、可穿戴顯示、手機(jī)顯示、電腦顯示和電視顯示等領(lǐng)域有著很好的發(fā)展前景，因此被業(yè)界譽(yù)為下一代完美的顯示技術(shù)。近年來蘋果、索尼、三星、LG、臉書、谷歌、富士康、京東方、維信諾、TCL等國內(nèi)外大公司，對(duì)其日益重視，并且吸引其他公司和研究院所如晶電、PlayNitride、臺(tái)灣工研院（ITRI）、友達(dá)、群創(chuàng)等紛紛加入研發(fā) Micro-LED 的陣營。 

劉召軍博士所在的香港科技大學(xué)光電中心與香港科技大學(xué)先進(jìn)顯示與光電子國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是全球最早開展Micro-LED顯示技術(shù)研究的單位之一，研究成果一直處在全球領(lǐng)先地位。深圳思坦科技團(tuán)隊(duì)核心成員劉召軍博士（團(tuán)隊(duì)技術(shù)帶頭人）、邱成峰博士（“千人計(jì)劃”專家）、孫小衛(wèi)教授（“千人計(jì)劃”專家）均曾在香港科技大學(xué)獲得博士學(xué)位或從事博士后研究工作。三位核心成員從事顯示材料科學(xué)及顯示技術(shù)科學(xué)研究都有超過二十年的經(jīng)歷，取得了豐富的成果；如：劉博士自2006年開始十余年時(shí)間一直專注在Micro-LED領(lǐng)域開展研究工作，是全世界較早（很可能是第一）以Micro-LED為研究題目獲得博士學(xué)位的研究人員。在其博士論文《Flip-Chip Mounted Active Matrix Programmable Monolithic Light Emitting Diodes on Silicon  (LEDoS) Displays》中詳細(xì)論述了Micro-LED的設(shè)計(jì)、制備、轉(zhuǎn)移、以及有源尋址驅(qū)動(dòng)方式等重要內(nèi)容；在2017年在美國洛杉磯召開的國際顯示會(huì)議上被評(píng)為最佳論文(Top 6%)、2018年劉召軍博士與Apple的資深主管Ion Bita博士共同擔(dān)任國際信息顯示學(xué)會(huì)（SID：顯示領(lǐng)域全球最高級(jí)別學(xué)會(huì)）Micro-LED與量子點(diǎn)技術(shù)委員會(huì)主席。孫小衛(wèi)教授在“量子點(diǎn)發(fā)光材料”、“載流子傳輸材料”和“界面修飾材料與器件結(jié)構(gòu)及物理機(jī)制”等方面做出一系列創(chuàng)新性和系統(tǒng)性研究，在器件效率、制備成本和壽命等方面取得突破進(jìn)展，產(chǎn)生重要國際影響。重要研究成果包括：超高效率紅綠藍(lán)的鎘基量子點(diǎn)的制備技術(shù)、高效QLED器件結(jié)構(gòu)及制備技術(shù)等，相關(guān)工作被遴選為封面文章發(fā)表于Advanced Functional Materials, ACS Nano, Advanced Optical Materials 及Advanced Science上，并連續(xù)二年獲國際信息顯示協(xié)會(huì)“杰出論文獎(jiǎng)”。邱成峰教授在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文76篇，作為主要發(fā)明人申請(qǐng)專利91項(xiàng)，曾獲得四川省“千人計(jì)劃”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，中國僑聯(lián)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)及2016年度“創(chuàng)新人才獎(jiǎng)”，曾被評(píng)為四川省新經(jīng)濟(jì)十大優(yōu)秀企業(yè)家和宜賓市十佳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人物等稱號(hào)。

       主要技術(shù)參數(shù)：

代表性Micro-LED及相關(guān)顯示器主要參數(shù)如下：

1、像素間距小于10微米的Micro-LED微顯示器件，發(fā)光波長(zhǎng)為455±10nm，分辨率為1200x720；

2、Micro-LED/Mini-LED桌面式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電壓5V，功耗小于1瓦，體積小于50 x50 x1.5mm³；

3、柔性透明Micro-LED/Mini-LED陣列，透明度大于60%，工作溫度不超過42度，結(jié)合量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全彩色；

       與國內(nèi)外同類產(chǎn)品或同類技術(shù)的比較情況：

眾說周知，LED能夠自發(fā)光，亮度高，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，近年來在室外顯示，照明等得到大規(guī)模應(yīng)用；然而其像素尺寸大，不適合近距離顯示，是應(yīng)用領(lǐng)域受到很大的限制。Micro-LED技術(shù)是將LED像素點(diǎn)從幾個(gè)mm縮小到幾十個(gè)μm甚至幾個(gè)μm，并實(shí)現(xiàn)其大面積生產(chǎn)的技術(shù)；它不僅有著LED的所有優(yōu)勢(shì)，還有著明顯的高分辨率及便攜性等特點(diǎn)，在諸多傳統(tǒng)應(yīng)用及未來新興應(yīng)用上都有著巨大潛力。Micro-LED是基于效率和穩(wěn)定性極高的第三代半導(dǎo)體-氮化鎵材料制作，同時(shí)又作為自發(fā)光的微小顯示像元。Micro-LED顯示芯片完全摒棄背光源模塊，極大的簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的光路，提高了光利用率并且降低了成本。光路的簡(jiǎn)化和光效的提高帶來的是整個(gè)系統(tǒng)體積與重量的大大縮減和功耗的大幅度降低，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，減少發(fā)熱量的同時(shí)也提高了使用壽命。與OLED技術(shù)相比，Micro-LED器件不僅光效高同時(shí)其有具有氮化鎵材料的高度穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，可以長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫、低溫、潮濕、有毒、超低壓、太空輻射等極端的環(huán)境中。

       經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：

       LED 是深圳市的重要產(chǎn)業(yè)。2014 年深圳 LED 產(chǎn)值總額為 1335 億元，占整個(gè)廣東省的38.6%，相對(duì)于廣東省乃至全國其他地區(qū)處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。然而近兩年來這種優(yōu)勢(shì)在逐漸減弱。一方面是由于國際市場(chǎng)形勢(shì)逆轉(zhuǎn)，技術(shù)壁壘、關(guān)稅壁壘等因素導(dǎo)致外銷市場(chǎng)開始疲軟；另一方面，深圳市也在謀求升級(jí)轉(zhuǎn)型，由制造型經(jīng)濟(jì)向技術(shù)或服務(wù)型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。因此，LED產(chǎn)業(yè)必須謀求升級(jí)，開發(fā)照明之外的高端應(yīng)用，提升LED 產(chǎn)品的附加值。恰逢其時(shí)，Micro-LED技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。由于Micro-LED優(yōu)良的性能和特點(diǎn)，以及隨著投資力度的不斷加強(qiáng)，為其應(yīng)用和推廣奠定了基礎(chǔ)。雖然目前制約Micro-LED尚存在三個(gè)方面的技術(shù)難點(diǎn)，但與過去相比已有了很大的改進(jìn)。除了三星推出使用Micro-LED技術(shù)所開發(fā)的產(chǎn)品之外，索尼早在2017年就展示了獨(dú)特的Micro－LED顯示技術(shù)，當(dāng)時(shí)就

以超清晰的畫質(zhì)和色彩引發(fā)了圈內(nèi)人士的關(guān)注；蘋果收購Micro－LED顯示技術(shù)公司LuxVue，體現(xiàn)了其在這個(gè)領(lǐng)域中的深入計(jì)劃。Micro-LED顯示技術(shù)應(yīng)用，國內(nèi)外顯示行業(yè)都十分熱衷，因此Micro LED由實(shí)驗(yàn)室科研走向產(chǎn)業(yè)化為期可待。有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，2025年Micro-LED顯示器市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到19.8億美元，而后并將快速增長(zhǎng)。

       技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：

采用基于納米壓印和噴墨打印量子點(diǎn)膜的 Micro-LED 陣列彩色化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Micro-LED陣列高均勻性和一致性的色彩轉(zhuǎn)化。 目前一般采用旋轉(zhuǎn)涂布或霧狀噴涂技術(shù)將量子點(diǎn)直接涂覆在藍(lán)光Micro-LED上以實(shí)現(xiàn)Micro-LED 的彩色化，但該技術(shù)存在以下主要問題：（1）由于 Micro-LED 經(jīng)過加工后表面并非平整均一，直接在 Micro-LED 涂覆量子點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)涂覆膜的精度或均勻性，使得成品 率和顯示質(zhì)量降低；（2）涂覆的量子點(diǎn)均勻性較差，噴涂時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多缺陷，不同顏色的量子點(diǎn)之間會(huì)相互影響，使得彩色化質(zhì)量顯著下降。本技術(shù)采用量子點(diǎn)膜轉(zhuǎn)印技術(shù)，先在納米壓印基板上通過噴墨打印的方式進(jìn)行量子點(diǎn)墨水噴涂，可精確控制量子點(diǎn)像素的形狀與均勻度，同時(shí)避免了不同顏色像素間的相互干擾；然后再將該彩色量子點(diǎn)膜通過壓合的方式轉(zhuǎn)印到Micro-LED陣列上，可有效解決在Micro-LED上直接噴涂量子點(diǎn)工藝的不足之處，從而實(shí)現(xiàn)高均勻性和一致性的Micro-LED陣列彩色化技術(shù)。 

采用了高密度精細(xì)點(diǎn)距的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)和微封裝技術(shù)。 現(xiàn)有的Micro-LED轉(zhuǎn)移技術(shù)均在轉(zhuǎn)移速度與良率等方面存在相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。LuxVue公司的靜電吸附轉(zhuǎn)移方式當(dāng)Micro-LED 素尺寸縮小到10微米以下時(shí)，轉(zhuǎn)移良率顯著降低。 X-Celeprint 公司的轉(zhuǎn)移技術(shù)需要用特定的犧牲層來釋放待轉(zhuǎn)移器件，而紅光、綠光、藍(lán)光的 Micro-LED 均基于不同的外延材料體系，工藝復(fù)雜。當(dāng)Micro-LED的顯示像素縮小到微米級(jí)時(shí)，將無法使用傳統(tǒng)的封裝技術(shù)來進(jìn)行Micro-LED與其對(duì)應(yīng)的有源尋址像素電路進(jìn)行互聯(lián)。此時(shí)對(duì)微封裝技術(shù)的均勻性、一致性、穩(wěn)定性、寄生電阻電容等方面均提出巨大的挑戰(zhàn)。需要設(shè)計(jì)與制備高度均勻一致、歐姆接觸良好、鍵合與回流溫度低的高密度倒裝焊焊點(diǎn)陣列，并對(duì)加工工藝的各個(gè)步驟進(jìn)行改良。本技術(shù)在原有轉(zhuǎn)移技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行探究，提出使 用電子束蒸發(fā)、接觸式/接近式光刻機(jī)光刻、高精度回流爐退火、亞微米級(jí)倒裝焊機(jī)鍵合等關(guān)鍵技術(shù)和轉(zhuǎn)移技術(shù)，開發(fā)點(diǎn)距5微米以下的倒裝焊焊點(diǎn)陣列，實(shí)現(xiàn) Micro-LED 陣列與硅基驅(qū)動(dòng)電路之間的高機(jī)械強(qiáng)度良好電學(xué)接觸的鍵合。不同尺寸的倒裝焊焊球均有完美的形貌與分布。我們技術(shù)中，最小的焊球的直徑小于 5 微米！這在目前世界上的倒裝焊技術(shù)中處于領(lǐng)先的水平。

      采用硅基工藝的概念和基于低溫硅基工藝的電路及芯片。此技術(shù)降低使用硅基IC工藝驅(qū)動(dòng)Micro-LED的成本。 目前單晶硅基微顯示都是使用成熟的硅基 IC 工藝。這項(xiàng)技術(shù)成熟可靠，但成本高。硅基顯示像素基本驅(qū)動(dòng)原理與大面積平板顯示 AMOLED 相同，但需要大的驅(qū)動(dòng)電流，對(duì)器件特性要求高。參考平板顯示的工藝流程，利用與顯示工業(yè)兼容的低溫制程，使用單晶硅基片進(jìn)行器件制造和電路設(shè)計(jì)，大幅降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)Micro-LED有源尋址和全集成。

       實(shí)際運(yùn)用案例和用戶評(píng)價(jià)意見：

Micro-LED 顯示越來越展現(xiàn)出巨大的潛力，其應(yīng)用方向包括近眼顯示、可穿戴設(shè)備和投影儀等.Micro-LED 顯示在亮度與飽和度方面的明顯優(yōu)勢(shì)，即便高強(qiáng)度的環(huán)境光下也能保持很高的顯示質(zhì)量。Micro-LED 顯示應(yīng)用于投影儀設(shè)備時(shí)，其不但可以完全摒棄背光源，且能夠以更少的光學(xué)組件達(dá)到更高的光利用率。Micro-LED顯示也有著自發(fā)光，低功耗，小尺寸的特性，這使得其擁有良好的便攜性和能量利用率。與其他傳統(tǒng)顯示器相比，不僅體積和重量可得到優(yōu)化，更是大大提高了電池使用時(shí)間，使其在可穿戴設(shè)備及 VR/AR 設(shè)備上的應(yīng)用也廣受期待。Micro-LED 在極端工作環(huán)境下也能 保持很好的穩(wěn)定性，這不僅大大拓展了 Micro-LED 的應(yīng)用領(lǐng)域，更預(yù)示著其更廣闊的應(yīng)用潛能。

     下面全彩Micro-LED投影照片中：（a）為三色Micro-LED合成彩色顯示的實(shí)拍照片，LEDoS（Micro-LED on Silicon）為Micro-LED直接bonding在硅基CMOS系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)芯片上，紅綠藍(lán)三色Micro-LED通過合色棱鏡合成彩色顯示；（b）Micro-LED彩色投影整體結(jié)構(gòu)的照片；（c）為Micro-LED彩色投影示意圖。 （數(shù)據(jù)來源：Photonic Technology Letters, Vol.25, No. 23, 2013）

   獲獎(jiǎng)、專利情況：

   如下為專利情況，

  是否有“智能設(shè)計(jì)”？

  基于硅基CMOS制程的智能化硅基有源尋址Micro-LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)?；趯?shí)驗(yàn)的結(jié)果和Micro-LED陣列的要求計(jì)算驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)，主動(dòng)尋址的電流型Micro-LED像素驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行主動(dòng)尋址驅(qū)動(dòng)芯片的智能化集成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電路的智能化。

申報(bào)單位介紹：

深圳市思坦科技有限公司成立于2018年10月18日，注冊(cè)資本1000萬元。公司由劉召軍(Micro-LED領(lǐng)域國際頂級(jí)專家)團(tuán)隊(duì)（包括兩名中組部“千人計(jì)劃”專家）與南方科技大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)建，以Micro-LED技術(shù)開發(fā)為主營業(yè)務(wù)的高科技企業(yè)，涵蓋Micro-LED新型顯示、可穿戴設(shè)備（孔雀團(tuán)隊(duì)）、寬禁帶半導(dǎo)體、人工智能顯示、健康醫(yī)療等方向。公司以解決Micro-LED技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化過程中的實(shí)際問題，并實(shí)現(xiàn)Micro-LED量產(chǎn)為目標(biāo)。

產(chǎn)品圖片：