Micro LED 芯片的尺寸在實際應用中呈現(xiàn)出較為廣泛的變化態(tài)勢,其典型尺寸處于 10 - 50 微米之間,而厚度大約為 2 - 5 微米。在微觀世界里,這些微小的芯片宛如精致的藝術品,它們通過先進的倒裝(Flip-Chip)技術,精準且穩(wěn)固地直接鍵合到基板之上。這一技術巧妙地省去了傳統(tǒng)線鍵合(Wire Bonding)所占用的那部分額外空間,使得整個結構在垂直方向上的空間利用達到了更為高效的狀態(tài),仿佛是一場微觀空間的優(yōu)化盛宴。
基板材料的選擇可謂豐富多樣,其中超薄陶瓷基板備受青睞。例如氮化鋁材質的基板,其厚度能夠像被精密校準的儀器一般,精準控制在 50 - 100 微米之間。這種基板不僅具有良好的熱導率,能迅速將 Micro LED 芯片產生的熱量導出,還具備出色的機械穩(wěn)定性,如同堅固的堡壘,為 Micro LED 芯片提供了可靠的支撐與散熱途徑。柔性聚酰亞胺(PI)基板也是常用的一種,它具備令人驚嘆的柔韌性,仿佛擁有了生命的靈動,其厚度在 10 - 50 微米范圍內,能夠滿足一些對柔性有要求的特殊應用場景,為顯示技術在不同領域的應用開辟了新的道路。此外,玻璃基板也時常被采用,其厚度處于 50 - 200 微米之間,具有較高的光學平整度和化學穩(wěn)定性,如同一面清澈的鏡子,適用于對顯示質量要求較高的產品。
封裝層對于 Micro LED 器件的性能和壽命起著關鍵作用。熒光轉換層和光學膠的厚度在現(xiàn)有技術條件下可被巧妙地壓縮至 5 - 20 微米。這得益于先進的制造工藝,例如噴墨打印技術,它能夠以極高的精度,如同一位技藝嫻熟的畫師,將材料均勻地沉積在特定位置?;蛘咴訉映练e技術,它可以在原子尺度上精確控制材料的厚度和成分,就像在微觀層面進行精細的雕琢,從而確保封裝層的質量和性能。
驅動電路集成方面,通過采用 Micro IC 或 TFT 背板,并將其直接集成在基板上,能夠有效避免額外 PCB 堆疊所帶來的厚度增加問題,通??晒?jié)省 0.1 - 0.3 毫米的寶貴空間。這不僅有利于實現(xiàn)器件的輕薄化設計,讓整個設備更加輕盈便攜,還能提高信號傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性,確保信息的準確傳遞。
在追求更薄厚度的道路上,超薄基板的研究取得了顯著進展。實驗室中已經成功實現(xiàn)了 10 微米級的柔性基板,例如超薄 PI 或 PET 材質的基板。它們的出現(xiàn)為 Micro LED 倒裝 COB 技術的超薄化發(fā)展提供了新的可能性,仿佛為顯示技術的未來發(fā)展打開了一扇新的大門。然而,要將這些超薄基板應用于實際生產中,還面臨著熱膨脹系數(shù)匹配的難題。因為在不同的溫度環(huán)境下,基板與芯片之間的熱膨脹差異可能導致結構的變形或損壞,這就像在微觀世界中,不同材料的“性格”差異需要進一步深入研究和解決。
無封裝化設計理念的提出為厚度的降低開辟了新的途徑。通過將量子點色轉換層直接沉積在 Micro LED 表面,其厚度可以控制在小于 5 微米。這種設計省去了傳統(tǒng)的熒光膠封裝環(huán)節(jié),不僅減少了厚度,還可能帶來更高的色彩純度和發(fā)光效率,讓顯示效果更加絢麗多彩。但同時也對量子點材料的制備工藝和穩(wěn)定性提出了更高的要求,需要科研人員不斷探索和創(chuàng)新。
混合集成技術也是當前研究的一個熱點方向。將驅動電路與 Micro LED 芯片通過共晶焊接的方式集成在同一平面上,能夠進一步減少垂直方向上的堆疊厚度,實現(xiàn)更為緊湊的結構設計。但這需要精確的工藝控制和嚴格的材料選擇,以確保兩者之間的電氣連接和熱傳導性能達到最佳狀態(tài),如同搭建一座精密的微觀橋梁。
在商業(yè)化產品領域,索尼 CLEDIS 顯示屏模組是一個具有代表性的范例,其整體厚度約為 0.3 毫米,并且包含了散熱層。這一成果展示了 Micro LED 倒裝 COB 技術在實際生產中的應用水平。通過優(yōu)化各部件的結構和材料選擇,在保證顯示性能和可靠性的前提下,實現(xiàn)了相對較薄的產品厚度,滿足了市場對高性能、輕薄型顯示產品的部分需求。
實驗室中的成果同樣令人矚目,三星展示的柔性 Micro LED 原型厚度小于 0.1 毫米,這一驚人的成就基于超薄 PI 基板的應用。然而,目前該技術尚未實現(xiàn)量產,主要原因在于超薄基板在大規(guī)模生產過程中面臨的一些技術挑戰(zhàn),如一致性控制、良品率提升等問題,還需要進一步的研究和開發(fā)才能實現(xiàn)從實驗室到量產的跨越。
在一些極限實驗中,單層 Micro LED 倒裝 COB 結構在理想條件下可實現(xiàn) 80 微米(0.08 毫米)的超薄厚度。但這種極限狀態(tài)下往往需要犧牲一定的可靠性和散熱能力,例如可能會減少散熱層的配置或者采用一些較為脆弱的材料結構。因此在實際應用中需要綜合考慮各方面因素,找到性能與厚度之間的最佳平衡點。
散熱需求是影響 Micro LED 倒裝 COB 技術厚度的重要因素之一。由于 Micro LED 芯片在高亮度工作時會產生大量的熱量,為了保證其正常運行和延長使用壽命,通常需要附加散熱層,如銅箔或石墨烯等材料制成的散熱層。這些散熱層的加入會增加 50 - 200 微米的厚度,雖然對于整體散熱效果至關重要,但也在一定程度上限制了產品的輕薄化進程。
機械強度方面的考慮也不容忽視。超薄的設計雖然能夠帶來輕盈的外觀和良好的柔韌性,但也使得產品變得相對脆弱,容易在受到外力沖擊時發(fā)生脆裂。為了提高產品的可靠性,往往需要在一定程度上犧牲厚度,通過增加保護層或者采用更為堅固的基板材料等方式來增強機械強度,但這又會與追求極致輕薄的目標產生沖突。
光學均勻性同樣是制約厚度進一步降低的關鍵因素。當結構變得更薄時,光在內部的傳播路徑會相應縮短,可能導致光程不足,進而引發(fā)色偏或亮度不均等問題,影響顯示效果的質量。因此,在優(yōu)化厚度的同時,需要精心設計光學結構,確保光線能夠在各個部位均勻分布,以提供高質量的視覺體驗。
總結來說,從理論上而言,Micro LED 倒裝 COB 技術僅包含芯片、基板和光學層時,其厚度極限可達 0.05 - 0.1 毫米,這充分展示了該技術在理想狀態(tài)下的巨大潛力。然而,在實際量產過程中,考慮到散熱、機械強度、光學均勻性等多方面的因素,目前實際產品的厚度大多處于 0.3 - 1 毫米的范圍內,其中包括了散熱層和防護層等必要的結構。
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