制约下一代显示技术Micro LED大规模商用的瓶颈,有望被这家企业打破。2023年12月19日,来自重庆中科摇橹船信息科技有限公司(下称摇橹船科技)的消息称:公司已成功研发出Micro LED晶圆检测设备,可帮助显示面板企业解决巨量芯片精准转移难、坏点检测难这两大导致Micro LED 技术难以大规模商用的“痛点”。本月,该设备将在国内某显示面板企业生产线上进行应用测试。

Micro LED被认为是颠覆产业的“终极显示技术”,也是未来显示技术的主流趋势和发展方向。相对应的Micro LED显示屏,几乎集合了OLED、LCD显示屏的优点,具有高分辨率、高对比度、高色彩饱和度、低功耗、寿命长等诸多优势,可广泛应用于手机等各种电子产品中,发展前景被行业普遍认可。早在2012年,全球首块Micro LED显示屏就已问世。但时至今日,Micro LED显示技术的大规模商用仍差“临门一脚”。

摇橹船科技相关负责人介绍,生产一块Micro LED显示屏,通常需要将单个尺寸小于50微米(比一根头发还细)的数百万个红、绿、蓝三色Micro LED芯片,从晶圆上依次精准转移到仅有几英寸甚至更小的驱动电路基板上,进行RGB(一种色彩模型,代表红、绿、蓝三种基本颜色的组合)排布,从而产生各种颜色。而在芯片制造环节,谁都无法保证每颗Micro LED芯片都是完好无缺的。因此,在转移之前,需要对几英寸大小晶圆上的数百万颗芯片进行检测,找出有缺陷的芯片,从而避免后续的巨量修复,降低成本。

相机采集芯片原图(wafer)

这两方面的工作,难度之大,让全球业内研究机构和企业一直未能取得重大突破。受此影响,目前已问世的Micro LED显示屏,像素良率较低,远远达不到业界公认的至少99.99999%的水平,影响观感。并且,成本之高,让人咂舌——据测算,仅是一块14英寸的Micro LED显示屏,成本价就超过7万元,电子产品制造企业用不起,消费者也用不起。

2年前,国内某显示面板企业与多家机器视觉企业进行了探讨,力图借助机器视觉技术实现突破。最终,该企业与摇橹船科技“志同道合”,携手踏上“破局”之路。经过反复论证,双方确定了攻克难关的方向:利用摇橹船科技的机器视觉技术,结合该显示面板企业的生产工艺,量身研发Micro LED晶圆检测设备来代替人眼,对巨量芯片坏点进行检测,并引导芯片转移装置转移巨量芯片。而要成功研发出这种设备,关键在于两点:在成像端,要打造出拥有超大视野的高精度显微成像系统;在算法端,要开发出能够满足芯片精准转移和检测的高水平算法。

对于被业界称为“智能视觉国家队”的摇橹船科技而言,在成像端,其拥有丰富的经验和深厚的技术沉淀,相关研发工作难度不大。但在算法端,难度却相当大。原因在于,针对Micro LED芯片的坏点检测,缺乏缺陷数据。同时,以往业内通用的芯片转移的标定方法,不适用于Micro LED芯片。针对这两道难关,摇橹船科技组建了一支20多人的研发团队。研发团队一方面采用异常检测算法,通过训练正常样本,让没有缺陷的样本去找缺陷芯片,解决了缺陷数据不足的问题。另一方面,他们设计了全新的标定板,创新推出了适用于Micro LED芯片转移定位的标定方法。

摇橹船科技Micro-LED晶圆外观检测系统

经过2年时间的反复尝试、打磨、迭代,研发团队成功研发出Micro LED晶圆检测设备。经实验室测试,该设备可以实现4-20倍连续变倍,在长工作距离及最高放大倍率下,景深超过15微米,视野达到2毫米,像素分辨率达到0.67微米,图像定位精度达到3个像素,定位精度水平远高于目前业内5个像素的最高水平。

这些指标综合在一起,是什么概念呢?“通俗地说,在可见光范围内,这套设备的‘视力’已达到理论极限,拥有两种不可思议的能力。”摇橹船科技相关负责人说。其一,在芯片检测环节,它对数百万颗放在几英寸大小晶圆上、比头发还细的Micro LED芯片的漏检率,小于0.01%,显著提高了芯片缺陷检测效果;其二,在芯片转移环节,其能够引导芯片转移装置将芯片转移精度控制在小于1微米的水平,确保每颗芯片位置都放得准。有了这两种能力,这套检测设备就能够帮助显示面板企业大大提升Micro LED显示屏像素良率,并将需要修复的芯片数量控制在极低水平,进而大幅度降低Micro LED显示屏生产成本,实现Micro LED显示技术的大规模商用。

据悉,本月,该设备将在国内某显示面板企业生产线上进行应用测试。如果一切顺利,2024年上半年有望在该企业投用。