Micro LED 芯片的尺寸在實(shí)際應(yīng)用中呈現(xiàn)出較為廣泛的變化態(tài)勢(shì),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(shù)品,它們通過(guò)先進(jìn)的倒裝(Flip-Chip)技術(shù),精準(zhǔn)且穩(wěn)固地直接鍵合到基板之上。這一技術(shù)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(gè)結(jié)構(gòu)在垂直方向上的空間利用達(dá)到了更為高效的狀態(tài),仿佛是一場(chǎng)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(zhì)的基板,其厚度能夠像被精密校準(zhǔn)的儀器一般,精準(zhǔn)控制在 50 - 100 微米之間。這種基板不僅具有良好的熱導(dǎo)率,能迅速將 Micro LED 芯片產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出,還具備出色的機(jī)械穩(wěn)定性,如同堅(jiān)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(dòng),其厚度在 10 - 50 微米范圍內(nèi),能夠滿足一些對(duì)柔性有要求的特殊應(yīng)用場(chǎng)景,為顯示技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新的道路。此外,玻璃基板也時(shí)常被采用,其厚度處于 50 - 200 微米之間,具有較高的光學(xué)平整度和化學(xué)穩(wěn)定性,如同一面清澈的鏡子,適用于對(duì)顯示質(zhì)量要求較高的產(chǎn)品。
封裝層對(duì)于 Micro LED 器件的性能和壽命起著關(guān)鍵作用。熒光轉(zhuǎn)換層和光學(xué)膠的厚度在現(xiàn)有技術(shù)條件下可被巧妙地壓縮至 5 - 20 微米。這得益于先進(jìn)的制造工藝,例如噴墨打印技術(shù),它能夠以極高的精度,如同一位技藝嫻熟的畫(huà)師,將材料均勻地沉積在特定位置。或者原子層沉積技術(shù),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(jìn)行精細(xì)的雕琢,從而確保封裝層的質(zhì)量和性能。
驅(qū)動(dòng)電路集成方面,通過(guò)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(lái)的厚度增加問(wèn)題,通??晒?jié)省 0.1 - 0.3 毫米的寶貴空間。這不僅有利于實(shí)現(xiàn)器件的輕薄化設(shè)計(jì),讓整個(gè)設(shè)備更加輕盈便攜,還能提高信號(hào)傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性,確保信息的準(zhǔn)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(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了 10 微米級(jí)的柔性基板,例如超薄 PI 或 PET 材質(zhì)的基板。它們的出現(xiàn)為 Micro LED 倒裝 COB 技術(shù)的超薄化發(fā)展提供了新的可能性,仿佛為顯示技術(shù)的未來(lái)發(fā)展打開(kāi)了一扇新的大門(mén)。然而,要將這些超薄基板應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,還面臨著熱膨脹系數(shù)匹配的難題。因?yàn)樵诓煌臏囟拳h(huán)境下,基板與芯片之間的熱膨脹差異可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jìn)一步深入研究和解決。
無(wú)封裝化設(shè)計(jì)理念的提出為厚度的降低開(kāi)辟了新的途徑。通過(guò)將量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)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(lái)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(shí)也對(duì)量子點(diǎn)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(shù)也是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)方向。將驅(qū)動(dòng)電路與 Micro LED 芯片通過(guò)共晶焊接的方式集成在同一平面上,能夠進(jìn)一步減少垂直方向上的堆疊厚度,實(shí)現(xiàn)更為緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但這需要精確的工藝控制和嚴(yán)格的材料選擇,以確保兩者之間的電氣連接和熱傳導(dǎo)性能達(dá)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(chǎn)品領(lǐng)域,索尼 CLEDIS 顯示屏模組是一個(gè)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(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用水平。通過(guò)優(yōu)化各部件的結(jié)構(gòu)和材料選擇,在保證顯示性能和可靠性的前提下,實(shí)現(xiàn)了相對(duì)較薄的產(chǎn)品厚度,滿足了市場(chǎng)對(duì)高性能、輕薄型顯示產(chǎn)品的部分需求。
實(shí)驗(yàn)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(yīng)用。然而,目前該技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),主要原因在于超薄基板在大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中面臨的一些技術(shù)挑戰(zhàn),如一致性控制、良品率提升等問(wèn)題,還需要進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的跨越。
在一些極限實(shí)驗(yàn)中,單層 Micro LED 倒裝 COB 結(jié)構(gòu)在理想條件下可實(shí)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(huì)減少散熱層的配置或者采用一些較為脆弱的材料結(jié)構(gòu)。因此在實(shí)際應(yīng)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(diǎn)。
散熱需求是影響 Micro LED 倒裝 COB 技術(shù)厚度的重要因素之一。由于 Micro LED 芯片在高亮度工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,為了保證其正常運(yùn)行和延長(zhǎng)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(huì)增加 50 - 200 微米的厚度,雖然對(duì)于整體散熱效果至關(guān)重要,但也在一定程度上限制了產(chǎn)品的輕薄化進(jìn)程。
機(jī)械強(qiáng)度方面的考慮也不容忽視。超薄的設(shè)計(jì)雖然能夠帶來(lái)輕盈的外觀和良好的柔韌性,但也使得產(chǎn)品變得相對(duì)脆弱,容易在受到外力沖擊時(shí)發(fā)生脆裂。為了提高產(chǎn)品的可靠性,往往需要在一定程度上犧牲厚度,通過(guò)增加保護(hù)層或者采用更為堅(jiān)固的基板材料等方式來(lái)增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度,但這又會(huì)與追求極致輕薄的目標(biāo)產(chǎn)生沖突。
光學(xué)均勻性同樣是制約厚度進(jìn)一步降低的關(guān)鍵因素。當(dāng)結(jié)構(gòu)變得更薄時(shí),光在內(nèi)部的傳播路徑會(huì)相應(yīng)縮短,可能導(dǎo)致光程不足,進(jìn)而引發(fā)色偏或亮度不均等問(wèn)題,影響顯示效果的質(zhì)量。因此,在優(yōu)化厚度的同時(shí),需要精心設(shè)計(jì)光學(xué)結(jié)構(gòu),確保光線能夠在各個(gè)部位均勻分布,以提供高質(zhì)量的視覺(jué)體驗(yàn)。
總結(jié)來(lái)說(shuō),從理論上而言,Micro LED 倒裝 COB 技術(shù)僅包含芯片、基板和光學(xué)層時(shí),其厚度極限可達(dá) 0.05 - 0.1 毫米,這充分展示了該技術(shù)在理想狀態(tài)下的巨大潛力。然而,在實(shí)際量產(chǎn)過(guò)程中,考慮到散熱、機(jī)械強(qiáng)度、光學(xué)均勻性等多方面的因素,目前實(shí)際產(chǎn)品的厚度大多處于 0.3 - 1 毫米的范圍內(nèi),其中包括了散熱層和防護(hù)層等必要的結(jié)構(gòu)。
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