Công nghệ DEP-ISP đạt tỷ lệ lắp ráp MicroLED 99,8%
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kookmin, Hàn Quốc vừa phát triển một phương pháp lắp ráp MicroLED mới có tên DEP-ISP, cho phép thực hiện nhiều công đoạn như sắp xếp chip, kiểm soát hướng và sửa lỗi trong cùng một quy trình. Kết quả thử nghiệm cho thấy tỷ lệ lắp ráp trung bình sau sửa lỗi đạt 99,8%, trong khi tỷ lệ căn chỉnh hướng chip đạt 100%.
Đây là kết quả đáng quan tâm bởi một trong những trở ngại lớn của MicroLED hiện nay nằm ở quá trình đưa số lượng lớn chip LED siêu nhỏ lên bề mặt hiển thị. Khi kích thước chip giảm và mật độ điểm ảnh tăng, yêu cầu về tốc độ chuyển chip, độ chính xác và khả năng phát hiện lỗi cũng tăng theo. DEP-ISP được nhóm nghiên cứu tại Kookmin University phát triển để giải quyết đồng thời nhiều vấn đề trong công đoạn này.
DEP-ISP là gì và hoạt động như thế nào?
DEP-ISP là viết tắt của Dielectrophoretic Injection-Suction Printing, một phương pháp kết hợp lực điện di điện môi với cơ chế bơm và hút chất lưu để kiểm soát chip MicroLED. Thay vì chỉ chuyển chip từ nguồn sang substrate, phương pháp này có thể tác động lên cả vị trí và hướng của chip trong quá trình lắp ráp.
Khi các chip MicroLED được đưa vào khu vực lắp ráp, điện trường tạo ra lực điện di điện môi và mô-men xoắn để đưa chip tới vị trí subpixel đã xác định, đồng thời hỗ trợ căn chỉnh hướng. Những chip nằm đúng vị trí được giữ lại, còn chip sai vị trí hoặc sai hướng có thể được loại bỏ bằng lực chất lưu tạo ra trong quá trình hút. Sau đó, chip mới được đưa vào để lấp vị trí còn thiếu.
Cách làm này cho phép nhiều bước vốn có thể phải xử lý riêng biệt được đưa về cùng một nền tảng. Quá trình không chỉ dừng ở việc đưa chip lên bề mặt mà còn bao gồm căn chỉnh, loại bỏ chip không đạt yêu cầu và bổ sung chip mới.
Bài toán khó nằm ở hàng triệu chip LED siêu nhỏ
Với màn hình LED thông thường, việc bố trí các phần tử phát sáng đã đòi hỏi độ chính xác cao. Khi chuyển sang MicroLED, bài toán phức tạp hơn đáng kể do kích thước chip rất nhỏ và số lượng chip cần xử lý lớn. Một màn hình độ phân giải cao có thể cần lượng lớn phần tử phát sáng được đặt chính xác tại các vị trí đã thiết kế trên substrate.
Sai số không chỉ đến từ tọa độ của chip. Chip còn phải được đặt đúng hướng và hoạt động bình thường sau quá trình lắp ráp. Nếu tỷ lệ chip lỗi chỉ chiếm một phần nhỏ nhưng tổng số chip trên màn hình rất lớn, số lượng điểm ảnh cần sửa chữa vẫn có thể trở thành vấn đề đáng kể đối với sản xuất hàng loạt.
Đây là lý do mass transfer, hay công nghệ chuyển chip hàng loạt, trở thành một trong những mắt xích quan trọng của MicroLED. Một quy trình chỉ có tốc độ cao nhưng tỷ lệ lỗi lớn sẽ làm tăng khối lượng kiểm tra và sửa chữa sau đó. Ngược lại, một phương pháp có độ chính xác cao nhưng tốc độ thấp cũng khó đáp ứng sản xuất công nghiệp. Bài toán thực tế là phải cân bằng được cả tốc độ, độ chính xác và khả năng xử lý lỗi.
DEP-ISP có thể sửa lỗi ngay trong quá trình lắp ráp
Điểm đáng chú ý trong nghiên cứu của Kookmin University là DEP-ISP không tách việc sửa lỗi thành một quy trình hoàn toàn độc lập. Các chip đã được căn chỉnh chính xác có thể được giữ tại vị trí nhờ lực điện di điện môi, trong khi chip bị đặt sai được tách ra bằng dòng chất lưu. Vị trí vừa được giải phóng sau đó có thể tiếp tục nhận chip mới.
Nhờ cơ chế này, quá trình lắp ráp có thể diễn ra theo chuỗi liên tục gồm đưa chip vào vị trí, căn chỉnh, giữ chip đạt yêu cầu, loại bỏ chip sai và bổ sung chip thay thế. Đây là hướng tiếp cận có ý nghĩa đối với MicroLED bởi khi mật độ điểm ảnh tăng, khả năng sửa lỗi ngay trong quá trình lắp ráp có thể giúp giảm bớt các bước xử lý phía sau.
Trong các thử nghiệm lặp lại được nhóm nghiên cứu thực hiện, tỷ lệ lắp ráp trung bình sau sửa lỗi đạt 99,8% và khả năng căn chỉnh hướng chip đạt 100%. Các kết quả này cho thấy DEP-ISP có thể kiểm soát chip với độ chính xác cao trong điều kiện nghiên cứu.
Tuy vậy, con số 99,8% chưa đồng nghĩa công nghệ đã sẵn sàng để đưa trực tiếp vào dây chuyền sản xuất MicroLED thương mại. Khi chuyển từ phòng thí nghiệm sang quy mô công nghiệp, hệ thống còn phải đáp ứng nhiều yêu cầu khác như tốc độ xử lý, độ ổn định khi vận hành liên tục, diện tích substrate, khả năng tự động hóa và chi phí sản xuất.
Từ thử nghiệm đến khả năng sản xuất MicroLED quy mô lớn
Một trong những hướng tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tự động hóa quá trình bơm và hút. Ở hệ thống hiện tại, một phần công đoạn này vẫn cần thao tác thủ công. Trong tương lai, các thành phần như bơm, van và bộ phân phối nhiều đầu phun có thể được tích hợp để tăng mức độ tự động hóa và xử lý nhiều vị trí hơn.
Nhóm nghiên cứu cũng hướng tới việc áp dụng DEP-ISP trên substrate có diện tích lớn. Đây sẽ là bước quan trọng nếu công nghệ muốn tiến gần hơn tới sản xuất thực tế, bởi khi diện tích và độ phân giải màn hình tăng, số lượng chip cần lắp ráp cũng tăng rất nhanh. Một phương pháp phù hợp với mẫu thử nhỏ chưa chắc đã duy trì được tốc độ và tỷ lệ chính xác khi mở rộng lên dây chuyền công nghiệp.
Vì vậy, giá trị hiện tại của nghiên cứu nằm ở việc chứng minh một phương pháp có thể kết hợp lắp ráp, định hướng và sửa lỗi chip trên cùng nền tảng. Khả năng thương mại hóa sẽ còn phụ thuộc vào việc DEP-ISP có duy trì được những kết quả này khi tăng tốc độ và quy mô hay không.
DEP-ISP có ý nghĩa gì với ngành màn hình LED?
Những công nghệ như DEP-ISP thường không xuất hiện trong bảng thông số mà khách hàng nhìn thấy khi lựa chọn màn hình. Người dùng chủ yếu quan tâm đến pixel pitch, độ phân giải, độ sáng, độ tương phản, tần số quét, độ bền hay khả năng bảo trì. Tuy nhiên, để tạo ra những màn hình có mật độ điểm ảnh ngày càng cao, phía sau sản phẩm là cả một chuỗi công nghệ liên quan đến chế tạo chip, mass transfer, đóng gói, kiểm tra và sửa lỗi.
Điều này càng rõ khi ngành LED liên tục tiến tới pixel pitch nhỏ hơn. Các dòng Fine Pitch LED hiện đã được ứng dụng trong phòng điều hành, IOC, NOC, SOC, Control Room, phòng họp, hội trường, studio và showroom. Khi kích thước điểm ảnh tiếp tục giảm, yêu cầu đối với chip và quy trình sản xuất cũng tăng lên, đặc biệt ở những công nghệ hướng tới MicroLED.
Với thị trường hiển thị chuyên nghiệp, DEP-ISP vì thế nên được nhìn nhận như một công nghệ nằm ở phía sản xuất, thay vì một công nghệ màn hình độc lập. Nếu quy trình này có thể được tự động hóa, mở rộng lên substrate lớn và duy trì tỷ lệ lắp ráp cao, nó có thể góp phần tháo gỡ một trong những khó khăn của quá trình sản xuất MicroLED.
Tại Việt Nam, các hệ thống màn hình LED Fine Pitch đang ngày càng được sử dụng trong những không gian cần diện tích hiển thị lớn, khả năng vận hành liên tục và quan sát ở khoảng cách gần. Việc theo dõi những bước tiến ở cấp độ sản xuất như DEP-ISP cũng giúp hình dung rõ hơn hướng phát triển tiếp theo của ngành LED khi pixel pitch tiếp tục được thu nhỏ.
DEP-ISP vẫn còn một chặng đường trước khi thương mại hóa
Kết quả 99,8% sau sửa lỗi và tỷ lệ căn chỉnh hướng chip 100% là những thông số tích cực trong nghiên cứu của Kookmin University, nhưng khả năng ứng dụng thực tế vẫn cần được kiểm chứng ở quy mô lớn hơn. Tốc độ sản xuất, mức độ tự động hóa, khả năng mở rộng diện tích và chi phí sẽ là những yếu tố quyết định liệu phương pháp này có thể tiến từ phòng thí nghiệm tới dây chuyền sản xuất hay không.
Dù vậy, DEP-ISP cho thấy một hướng xử lý khá rõ cho bài toán MicroLED: thay vì chỉ tập trung tăng tốc độ chuyển chip, quy trình sản xuất có thể đồng thời kiểm soát hướng và sửa lỗi ngay trong lúc lắp ráp. Nếu hướng tiếp cận này tiếp tục được hoàn thiện, nó có thể trở thành một trong những công nghệ hỗ trợ quá trình sản xuất màn hình MicroLED có mật độ điểm ảnh cao trong những năm tới.