基于傳統(tǒng)色轉(zhuǎn)換LED器件，色域限制在約90%NTSC以內(nèi)，顯示效果已經(jīng)難以進一步地突破。采用量子點等新型發(fā)光材料所制成的LED器件，通過色轉(zhuǎn)換過程可實現(xiàn)紅、藍(lán)及綠波段較窄的發(fā)射半波寬（＜20 nm），色域可以超過120%NTSC，被視為下一代最有潛力的顯示技術(shù)之 一。但是，目前量子點LED器件仍缺乏有效封裝設(shè)計，在色轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及芯片集成方面仍普遍沿用傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)，因此，限制了器件發(fā)光效率與穩(wěn)定性的提升。

based on traditional color conversion LED devices, the color gamut is limited to around 90% NTSC, and the display effect has been difficult to further breakthrough. LED devices made of new luminescent materials such as quantum dots can achieve narrower emission half widths (less than 20 nm) in the red, blue, and green wavelength bands through the color conversion process. The color gamut can exceed 120% NTSC, which is considered one of the most promising next-generation display technologies. However, currently quantum dot LED devices still lack effective packaging design, and the color conversion structure and chip integration are still commonly used in traditional packaging structures, which limits the improvement of device emission efficiency and stability.

2023年7月5日，上海芯元基半導(dǎo)體采用化學(xué)剝離GaN技術(shù)，通過特殊設(shè)計的光學(xué)反射層及量子點色轉(zhuǎn)換技術(shù)，實現(xiàn)了高良率、高效純紅光倒裝結(jié)構(gòu)和正裝結(jié)構(gòu)的量子點MiniLED芯片。該項重大技術(shù)的突破將有效降低紅光芯片的成本，提高產(chǎn)品的性價比，或?qū)⑷嫣崴倭孔狱c顯示技術(shù)的商業(yè)化進程。

The breakthrough in technology by ChipFoundation Semiconductor on July 5, 2023,3, involves the use of chemical lift-off GaN from sapphire technique, along with a specially designed optical reflector and quantum dot color conversion technology. This breakthrough enables the production of high-efficiency, high-purity red light flip-chip quantum dot MiniLED chips and horizontal structure quantum dot MiniLED chips. The significant advancement is expected to effectively reduce the cost of red light chips, improve product cost-effectiveness, and potentially accelerate the commercialization process of quantum dot display technology.

Figure 1: Structural schematic diagram

倒裝結(jié)構(gòu)量子點芯片技術(shù)方面，芯元基將剝離后的GaN芯片的出光面，用量子點膠水貼合到已經(jīng)加工好的特殊光學(xué)反射層基板上，該光學(xué)反射層，對激發(fā)光源的波長具有高反射率，對量子點發(fā)光的波段具有非常高的透光率，以此來實現(xiàn)紅光量子點更好激發(fā)，實現(xiàn)了紅光量子點厚度小于１微米的情況下，量子點完全激發(fā)后，紅光芯片無漏藍(lán)光等現(xiàn)象。量子點芯片加工過程中，我們采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制程，結(jié)合光罩對準(zhǔn)方法，在像素的側(cè)壁做有高密度的介質(zhì)層，實現(xiàn)量子點的完全密封，解決量子點在可靠度方面的顧慮。

In the flip-chip quantum dot chip technology, the chip substrate will lift off. ChipFoundation Semiconductor utilizes quantum dot glue to attach  the light-emitting surface of the GaN chip to a pre-fabricated special optical reflection layer substrate. This optical reflector has a high reflectivity for the excitation wavelength of the light source and a very high transmittance for the emission wavelength of the quantum dot, thus achieving efficient excitation of the red light quantum dots. By doing so, the quantum dot thickness can be reduced to less than 1 micrometer while ensuring that the red light chip is fully excited without leakage of blue light or other phenomena. During the processing of the quantum dot chips, a standard semiconductor process is used, combined with mask alignment methods, to create a high-density dielectric layer on the sidewall of the pixel, achieving complete sealing of the quantum dots and addressing concerns about their reliability.

Figure 2: Optical Reflection Layer Design

產(chǎn)品的特性曲線如下：（芯片尺寸：2*4mil/50*100um）

特性曲線：

Forward Voltage Vs Forward current

Forward current Vs Relative Luminous Intensity

Forward current Vs Dominant Wavelength

產(chǎn)品的發(fā)光情況及良率如下表：

表一：發(fā)光測試情況及良率：

后續(xù)，芯元基半導(dǎo)體將以此技術(shù)為基礎(chǔ)，進一步開發(fā)與量子點色轉(zhuǎn)換層相關(guān)顯示器件技術(shù)，以達(dá)到未來高分辨率顯示系統(tǒng)的實際需求。基于該量子點技術(shù)方案，芯元基半導(dǎo)體正在為國際知名機構(gòu)開發(fā)尺寸小于0.2mm*0.2mm的量子點MIP器件。

In the future, ChipFoundation Semiconductor will further develop display device technologies related to quantum dot color conversion layers based on this technology to meet the practical requirements of high-resolution display systems.based on this quantum dot technology scheme,  ChipFoundation  Semiconductor is currently developing quantum dot MIP(Micro LED in Package) devices with dimensions smaller than 0.2mm*0.2mm for internationally renowned institutions.

芯元基的量子點MIP技術(shù)，在GaN晶圓的每個子像素的側(cè)壁均做有金屬電極結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)除了有利于像素的共陰極設(shè)計外，也可以更好的解決獨立子像素間的光串?dāng)_問題,在RGB量子點模板上（QDCC），采用特定結(jié)構(gòu)設(shè)計的光學(xué)反射鏡，實現(xiàn)紅光、綠光的高效激發(fā)。所有的制程均采用標(biāo)準(zhǔn)的晶圓加工工藝，不需要巨量轉(zhuǎn)移工藝，直接將晶圓芯片和QDCC模板鍵合，可更容易降低MIP的產(chǎn)業(yè)成本的同時，實現(xiàn)高可靠性的像素單元。

The ChipFoundation's quantum dot MIP technology has a metal electrode structure on the N-GaN sidewall of each sub pixel of the wafer .  In the RGB quantum dot color conversion (QDCC) template, an optically reflective mirror with a specific structural design is used to achieve efficient excitation of red and green light. All processes are carried out using standard wafer fabrication techniques, eliminating the need for massive transfer processes. The wafer chip can be directly bonded to the QDCC template, making it easier to reduce the production cost of MIP while achieving high reliability of the pixel unit.

值得一提的是，當(dāng)前Mini/Micro LED已經(jīng)成為新興產(chǎn)業(yè)的突破口，是繼LED戶內(nèi)外顯示屏、LED小間距之后LED顯示技術(shù)升級的新產(chǎn)品，具有“薄膜化，微小化，陣列化”的優(yōu)勢，未來將進入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用導(dǎo)入期。2023年7月19-20日，在NEPCON China 2023期間舉辦將為期兩天的“2023 Mini LED芯片及封測解決方案論壇”。期間，上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司創(chuàng)始人&總經(jīng)理郝茂盛將出席論壇，并分享《Micro LED芯片制備的關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新應(yīng)用》的主題報告，敬請期待！

郝茂盛，中科院半導(dǎo)體所光電材料和器件工學(xué)博士(1995)，“浦江人才計劃”，“上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人”“蘇州科技領(lǐng)軍人才”。日本國立名古屋工業(yè)大學(xué)和德島大學(xué)博士后。新加坡先進材料研究院（IMRE) Senior Research Fellow。2002年獲得日本名古屋工業(yè)大學(xué)大學(xué)客員副教授資格，負(fù)責(zé)由日本大洋酸素資助的GaN基MOCVD外延項目。2008年加入上海藍(lán)光科技有限公司，任技術(shù)副總經(jīng)理，分管公司的新品研發(fā)，生產(chǎn)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量工作，負(fù)責(zé)國家及地方專項課題、公司內(nèi)部研發(fā)課題推進，主管技術(shù)中心、技術(shù)質(zhì)量部。在國際著名期刊上發(fā)論文70多篇，大都被《SCI》收錄，被廣泛引用。以關(guān)鍵發(fā)明人身份申報專利119項，已獲授權(quán)46項。在國外工作期間作為負(fù)責(zé)人或主要完成人參與科研項目5項，回國后已完成省部級科研項目9項。2014年創(chuàng)辦上海芯元基半導(dǎo)體科技有限公司并任董事長，全面負(fù)責(zé)公司的戰(zhàn)略發(fā)展方向、技術(shù)研發(fā)、公司運營等。

 

附論壇信息

論壇時間：2023年7月19-20日

論壇地點：上海世博展覽館·NEPCON論壇區(qū)

主題：協(xié)同創(chuàng)新 產(chǎn)業(yè)共贏

指導(dǎo)單位：

中關(guān)村半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CSA）

主辦單位：

中國國際貿(mào)易促進委員會電子信息行業(yè)分會

勵展博覽集團、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)、半導(dǎo)體照明網(wǎng)

承辦單位：

北京麥肯橋新材料生產(chǎn)力促進中心有限公司

會議亮點：

MiniLED市場爆發(fā)在即，工藝改進為設(shè)備企業(yè)帶來新機遇。MiniLED指由尺寸介于50-200μm之間的芯片構(gòu)成的LED器件。相比芯片尺寸大于200μm的傳統(tǒng)LED，MiniLED在前道制造和后道封裝環(huán)節(jié)均有工藝改進。

前道制造：MiniLED芯片前道制造通常包括襯底、外延、芯片加工三大環(huán)節(jié)，其中芯片加工又包括光刻、刻蝕、濺射、蒸鍍、測試分選等工序。針對設(shè)備而言：1）由于MiniLED芯片外延環(huán)節(jié)對波長均勻性和缺陷控制提出新的要求，更高產(chǎn)能和更高良率的MOCVD設(shè)備需求有望上升。2）芯片加工完成后，面對更大規(guī)模的芯片數(shù)量，測試分選設(shè)備需要提高產(chǎn)能和效率。

后道封裝：MiniLED后道封裝工藝通常包括固晶、回流焊、測試、返修、封膠、烘烤等流程。針對設(shè)備而言：1）Pick&Place和刺晶為目前固晶機的主要方案，高精度、高速度固晶機成為MiniLED的優(yōu)選。2）MiniLED返修是難點，設(shè)備路線標(biāo)準(zhǔn)不一，設(shè)備商多方探索。

Mini LED時代，芯片微縮化增加了封裝難度，促成了不同封裝技術(shù)的開發(fā)，SMD、IMD、COB、COG(Chip On Glass)等路線百花齊放。倒裝COB有望成為Mini LED主流的封裝方式。大會結(jié)合NEPCON China 2023展區(qū)首創(chuàng)的Mini LED驅(qū)動模組SMT產(chǎn)線、背光模組COB工藝產(chǎn)線，針對Mini LED的產(chǎn)品、解決方案、關(guān)鍵零組件、制程材料、生產(chǎn)設(shè)備（巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備）、 AOI檢測設(shè)備、驅(qū)動IC芯片等展出。并將邀請品牌終端廠、面板廠、背光、模組企業(yè)代表，LED芯片廠商蒞臨分享。誠邀產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)參會，共同探討Mini/Micro-LED協(xié)同技術(shù)創(chuàng)新策略、行業(yè)趨勢、工藝問題、技術(shù)路線、商業(yè)化進程等進行討論，加快全球Mini/Micro LED產(chǎn)業(yè)化及商業(yè)化應(yīng)用進程！

·現(xiàn)場“沉浸式”了解Mini LED生產(chǎn)線布局和工藝

·NEPCON首創(chuàng)Mini LED驅(qū)動模組SMT產(chǎn)線+背光模組COB工藝產(chǎn)線

·前瞻Mini/Micro LED顯示技術(shù)及產(chǎn)業(yè)趨勢

·研判全球Mini/Micro LED顯示產(chǎn)業(yè)市場

·聚焦新一代顯示技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用進展

·探討關(guān)鍵材料、設(shè)備及工藝技術(shù)瓶頸及產(chǎn)業(yè)化

·聚焦Mini/Micro LED產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新

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