Mini/Micro LED顯示用PSPI材料：材料世界網

蘇育央、楊智仁 / 工研院材化所

根據研究顯示，Micro LED大尺寸顯示將走向家庭影院和高端商用顯示市場，預計2022年Micro LED大尺寸顯示晶片收入將達到5,400萬美元。推估到2026年，收入將增長到45億美元，年複合增長率為204%。此外，樂觀預期隨著技術障礙的突破，Micro LED大尺寸顯示器的發展將在2026年至2030年達到頂峰，Micro LED晶片的年營收有機會達到數百億美元。而這下一世代的顯示器中，除Mini/Micro LED本身元件外，關鍵材料的演變更是重要，例如感光材料更微小的解析度提升以及熱應力翹曲的問題等。本文將以淺而易懂方式說明Mini/Micro LED應用與關鍵材料之一的PSPI材料。

【內文精選】

前言

Mini LED和Micro LED均基於無機LED，而兩者常以LED尺寸區分。Mini LED被認為是毫米範圍內的LED，而Micro LED則處於微米範圍內；但實際上，區分並沒有那麼嚴格，普遍認為Micro LED的尺寸在100 μm以下，甚至在50 μm以下，而Mini LED的尺寸要大得多。另一差異點是LED厚度和基板。Mini LED的厚度通常超過100 μm，這主要是由於LED基板的存在；而Micro LED通常是無基板的，因此成品LED非常薄。

從Mini LED到Micro LED顯示器，LED尺寸和厚度進一步減小，涉及的製造工藝和供應鏈也會有所不同。Mini LED顯示器快速滲透，無論是背光還是發光顯示器，都有利於供應鏈的建立，有助於技術和經驗的積累。Micro LED顯示器具有廣色域、高亮度、低功耗、優異的穩定性，以及長壽命、寬視角、高動態範圍、高對比度、透明性、無縫連接、傳感器集成能力等優勢。

關鍵材料

目前Mini/Micro LED的目標就是優化製造技術與降低生產成本。除了LED光源是最主要的關鍵元件之外，擴散板及導光板亦是背光模組上游關鍵材料之一，材料與元件的整合至關重要。且由於晶片尺寸更小，需要增強的外部量子效率(EQE)和半導體等級設備來處理，因此，不僅只有供應鏈之間的合作對於LED晶片製造、Micro LED的巨量轉移、測試和維修有著關鍵影響，材料和設備供應商合作也可能是Mini/Micro LED顯示器生產的可行解決方案，材料將扮演著引導產品世代交替的腳色。例如在Mini LED背板的製程，會先在玻璃背板上進行白色油墨印刷，並經過黏合LED後進行保護工程，最後再黏軟性印刷電路板(FPC)。而玻璃背板上的白色反射油墨，是一種可圖化的感光材料，主要功能是反射LED所發出的光，反射率越高，亮度表現越佳，電壓出力值相對降低，達到更好的節能效果。

PSPI近期研究成果

感光材料可針對曝光光源設計為適用一般UV (Broadband UV)曝光或無光罩數位曝光（Digital Lithography Technology; DLT，波長403 nm或405 nm）的感光材料。另因應元件尺寸微小化與堆疊設計的需求，需降低材料在塗佈時產生的熱應力翹曲，以及提升材料的絕緣特性、降低其介電損耗，故以小於180˚C的低溫成型感光性聚醯亞胺(Photosenstitive Polyimide; PSPI)，取代現有需以250˚ C或350˚ C乾燥成膜的PSPI材料也很重要。

PSPI具有較佳耐熱性與柔軟性，可應用於FCCL作為介電層(Dielectric Layer)，PSPI亦可應用於元件作為線路重組層(Redistribution Layer; RDL)，經由FIB微結構分析可確認兩端銅線接點都有連接並裸露出，如圖二所示，表示PSPI有優異的耐化性可以通過銅線蝕刻製程未有脫落或斷裂發生，並與銅線路堆疊密著良好。

圖二、(a) RDL元件OM圖；(b) FIB-接點1；(c) FIB-接點2

感光材料經過感光的調控，可應用於無光罩數位曝光技術上、具有快速驗證等優點。DLT的特色除了精度高以外，客製化為更大優勢，並省去傳統上每一道製程就需開一組新光罩的時間和成本。工研院材料與化工研究所團隊亦針對適用波長403 nm或405 nm的DLT開發感光材料，由圖三可看出，所開發之PSPI材料可以達高深寬比>1，解析度為L/S = 2 μm/2 μm。

PSPI可應用於間隔每顆Micro LED發光元件的Matrix Wall。LED顯示器面板傳統上是採用黑色Matrix (BM)，因應發光演色上的演進與突破，淺色如白色、灰色的遮光性(Optical Density; OD)益受重視---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。