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  2021年被称为“元宇宙”元年。为了支撑“元宇宙”对于沉浸式AR/VR体验的极致追求,AR/VR技术对底层的显示技术提出了更高的要求。而Micro-LED显示由于其高亮度、高解析度、快响应、低功耗等诸多性能优势,成为了当前最有望满足VR/AR应用的显示技术。在此背景下,巨量转移技术作为Micro-LED(微型发光二极管)显示中的关键技术,成为了人们关注的重点。


  打通产业链的“任督二脉”


  简单来说,Micro-LED显示的主要制造工艺包括三个步骤:预制大量纳微尺寸的LED晶粒,制造TFT背板,通过巨量转移技术将LED晶粒一一安装到TFT背板的预定位置上。可见,巨量转移技术处于整个制造流程中的枢纽地位。


  从产业链的角度可以看得更加清楚。Micro-LED显示的制造工艺步骤是一种并联关系,这一点与传统显示产业有很大不同。传统显示的多个制造工艺步骤是串联关系,即每一个步骤以前一个步骤为基础,逐步进行;而Micro-LED显示的制造可以同时完成LED晶粒和TFT背板的制造,最后再基于巨量转移技术进行结合。因此,为了发展这种并联关系的制造模式,就需要整合制造TFT背板的传统显示行业和制造LED晶粒的LED行业。而作为两个并联步骤的结合点,巨量转移技术的地位不言而喻,可以这么说,巨量转移技术是Micro-LED显示产业发展的“火车头”。


  从行业现状也可窥一斑。早在2012年,索尼公司就推出了世界上第一个Micro-LED显示屏,之后三星、LG、松下等公司也都陆续推出了自己的Micro-LED显示产品。但是Micro-LED显示至今没有走上大规模商业化应用的道路,其阿喀琉斯之踵就是巨量转移技术。正是由于巨量转移技术的不成熟,带来生产效率低和成品率低两个问题,才导致Micro-LED显示产品价格高昂,难以得到大规模应用。


  为了发展Micro-LED显示产业,我国台湾地区的做法值得借鉴。2016年,中国台湾几大显示厂家牵头成立了巨量微组装产业推动联盟(CIMS),其目的正是聚焦巨量转移这一项技术核心,充分串联面板、LED、半导体三大基础板块,系统整合上下游产业链,以推动Micro-LED显示产业的发展。这一做法的效果显著,使得友达光电等企业的Micro-LED显示技术达到国际一流水平,另外还培育出了一批新创公司。


  当前,我国传统显示行业已经涌现出了多个全球领先者,比如京东方、华星光电、天马微电子、维信诺;而在LED行业,我国也已经深耕多年,三安光电、乾照光电等企业都是业内的佼佼者。可以说,支撑Micro-LED显示产业的两个基础产业已经非常成熟。而要发展Micro-LED显示产业,正是需要巨量转移技术的发展,“以点带面”打通Micro-LED显示的整个产业链。


  开拓产学研的“创业蓝海”


  为了实现巨量转移的目标,业界已经发展了多种技术方案,主要包括:


  真空拾取,以公开号为CN1513204A的专利为例,利用真空吸头对LED晶粒进行拾取和转移。


  静电拾取,以公开号为CN104115266A为例,通过对静电拾取头施加电压,利用异性电荷相吸的原理对LED晶粒进行拾取和转移。


  磁拾取,以公开号为US9607907B2的专利为例,利用带有MEMS电磁铁结构的拾取头对LED晶粒进行拾取和转移。


  激光转移,以公开号为CN101859728A的专利为例,将带有LED晶粒的基板移动到TFT背板上方,利用激光照射需要转移的LED晶粒使之脱离并留在TFT背板上。


  转模印刷,以公开号为CN107004615A的专利为例,利用弹性印模与LED晶粒之间的范德瓦尔斯力对LED晶粒进行拾取和转移。


  自组装,以公开号为CN1147153A的专利为例,在目标TFT背板上形成多个凹槽区,该凹槽与LED晶粒形状相匹配,然后将带有大量LED晶粒的流体在TFT背板表面流动,使得LED晶粒留在相应的凹槽中。


  可见,对于巨量转移的实现可谓是“八仙过海,各显神通”,没有一条技术路线能够占据主流地位,而且不断有新的解决方案出现。这其实与巨量转移技术的特点有关——它移植性非常强,不过多地依赖前道工艺基础,后道工艺对其也没有过多要求。


  因此,从创新的角度,巨量转移技术非常适合高校、科研院所对其进行单点攻关。


  从产学研的角度,考虑到巨量转移技术在产业中的重要地位,从技术创新到产业落地的路线天然就非常顺畅。


  在“元宇宙”需求强劲的当下,给众多产学研落地的新创公司带来了海量的机会。业内很多公司都是基于一项巨量转移方案进行落地,进而成立的新创公司。


  自2021年以来,我国陆续出台支持Micro-LED显示的相关政策。2021年1月,中央广播电视总台发布了《中央广播电视总台8K超高清电视节目制播技术要求(暂行)》,从需求端对Micro-LED显示进行支持。2021年3月,财政部等3部门颁发的《关于2021—2030年支持新型显示产业发展进口税收政策的通知》,专门将Micro-LED显示产业纳入减税范围。2021年5月,科技部发布《国家重点研发计划“数学和应用研究”等“十四五”重点专项2021年度项目申报指南》和《国家重点研发计划“信息光子技术”等“十四五”重点专项2021年度项目申报指南的通知》,对Micro-LED显示相关技术的研发进行了支持。之后,全国多地省市政府在出台的制造业专项“十四五”规划策略中,特别提出支持Micro-LED显示技术。


  综上所述,随着“元宇宙”时代的来临,巨量转移技术作为Micro-LED显示产业的关键技术,以其在产学研协作方面的先天优势以及国家政策的支持,必将成为近年业内的研发热点。纪骋 作者单位:国家知识产权局专利局电学发明审查部)

 

(编辑:晏如)

 

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