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近幾年 mini-LED 的概念逐漸充斥了整個顯示市場。Mini-LED 是 LCD 背光的一個非常有趣的發(fā)展，不過目前還有許多問題要解決，比如該技術(shù)還需要進一步降低燈珠的成本，這樣 LCD 背光才可以大量使用。我們認(rèn)為基于 Mini-LED 的顯示器在不久的未來有望能夠獲得更多的市場份額。
據(jù)外媒報道，一家總部位于硅谷并從事 LED 領(lǐng)域工作的公司 Verticle，雖然已有 16 年的發(fā)展歷史，但好像一直都處于一種隱身模式。除了專利列表之外，網(wǎng)上很少能找到其他可以加深對該公司認(rèn)識的資料，但該公司正在開發(fā)的一項 Mini LED 切片技術(shù)引發(fā)關(guān)注。
降低成本
近些年，Mini-LED 以及 Micro-LED 概念和技術(shù)慢慢出現(xiàn)在大眾眼前，一時成為現(xiàn)下 OLED 技術(shù)強有力的競爭對手。Micro-LED 真正市場化尚需要時間，不過主打液晶顯示器背板應(yīng)用的 Mini-LED 技術(shù)已經(jīng)開始進入市場。設(shè)計人員使用 mini-LED 制作分區(qū)背光進而實現(xiàn)局部調(diào)光，這樣可以極大提高傳統(tǒng)液晶顯示器的動態(tài)對比度進而改善圖像質(zhì)量。
不過為了獲得滿意的分區(qū)效果和視頻質(zhì)量，Mini-LED 背光一般會用到非常多的 LED 芯片。例如，目前市場上傳言會使用 Mini-LED 背光的下一代 iPad Pro（12.9 英寸）屏幕就會用到 10,000 數(shù)量級的 LED 芯片。實際上，目前 Mini-LED 芯片的應(yīng)用成本還因為芯片良率、波長均齊和轉(zhuǎn)移良率等因素居高不下，所以，降低 Mini-LED 芯片的成本將是 Mini-LED 顯示器商業(yè)化的主要問題之一。
Verticle 公司指出，縮小芯片尺寸是降低 Mini-LED 制造成本的最有效方法之一。不過該公司同時也表示，由于芯片良率（工藝損傷）和極長的處理時間，當(dāng)前的芯片分離技術(shù)（例如，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的隱形激光切割工藝）限制了芯片尺寸的進一步縮小。這對于尺寸小于 100μm 的 Micro-LED 芯片更是如此。
針對這一限制的存在，該公司提出了一種創(chuàng)新的芯片分割技術(shù)“化學(xué)切割（Chemical Dicing）”。據(jù)介紹，這種技術(shù)可以在大幅度減小 mini-LED 芯片尺寸的同時而不會損壞芯片。該公司表示，使用“化學(xué)切割”工藝，他們可以通過極大增加每個晶圓的芯片產(chǎn)出數(shù)量來大幅降低整個芯片的制造成本。此外這種技術(shù)同時還會帶來更窄的芯片街道劃片寬度（Street Scribe Width）。
這種化學(xué)切割技術(shù)對芯片的無損性質(zhì)非常重要，因為它通過濕法化學(xué)的方式蝕刻出芯片街道進而實現(xiàn)裂片。相比較于傳統(tǒng)的熱或機械方式，它不會產(chǎn)生額外的熱或聲沖擊波，所以也就不會產(chǎn)生傳統(tǒng)方式會帶來的芯片損失。使用化學(xué)切割方法，芯片切屑邊緣周圍不會出現(xiàn)損傷，按 Verticle 說，這意味著有效區(qū)域和芯片切割邊緣的距離可以做到小于 2 微米。也就是說，這種方案可以擴大晶圓的有效面積，這讓相同尺寸的 LED 芯片可以發(fā)出更多的光，當(dāng)然，這也就意味著會降低成本。
與傳統(tǒng)基于倒裝芯片技術(shù)的 mini-LED 工藝相比，新方案下芯片尺寸和街道寬度的縮小讓晶圓的 DPW（Die per Wafer，每塊晶圓上產(chǎn)出的芯片）增加接近 8 倍。實際上，傳統(tǒng)基于倒裝芯片技術(shù)的 mini-LED 工藝下的芯片尺寸較大且芯片街道寬度更寬。
為什么 LED 應(yīng)該是矩形的？
Verticle 公司指出，除了上述使用化學(xué)切割方法，他們還可以通過設(shè)計芯片切割形狀來進一步增加芯片的 DPW。與傳統(tǒng)只能在直線方向上分離芯片（即只能分離出正方形或矩形這樣的芯片）的常規(guī)芯片切割方法不同，化學(xué)切割方法還可以實現(xiàn)自由形狀的芯片（例如正六邊形）成型和切割。由于提高了分塊效率（Tiling Efficiency）并增加了可用晶圓面積，基于化學(xué)切割方法制作的正六邊形芯片方案可以讓芯片的 DPW 進一步增大 20％以上。
Verticle 公司說，使用這種獨特的化學(xué)切割方法，他們在世界上首次實現(xiàn)了正六邊形芯片的制造。據(jù)他們聲稱，這種六邊形芯片所具有的對稱性可以幫助芯片更好地分散電流，減少電流擁擠效應(yīng)。正因為此，與傳統(tǒng)方形或矩形芯片相比，這種正六邊形形狀的芯片可以產(chǎn)生更高的光輸出。
另外，在封裝之后，六角形形狀芯片的光輸出同樣還會進一步增強。這種六角形芯片產(chǎn)生的光束輪廓非常接近光學(xué)設(shè)計中使用的圓形透鏡的圓形形狀，這樣可以讓芯片的發(fā)光輪廓在圓形透鏡矯正后依舊保持不變。相反，當(dāng)與圓形透鏡組合使用時，常見方形或矩形芯片原來產(chǎn)生的光束輪廓通常會在通過透鏡后失真。
最后，Verticle 還告訴我們，他們還可以同時蝕刻一批次中的多個晶圓，這樣可以讓芯片切割的吞吐量進一步提高，這一數(shù)量比隱形激光切割方式大 500 倍（如表 2）所示。
