1.Technologia Micro LED, jako pionierska dziedzina technologii wyświetlania-nowej generacji, cieszy się dużym zainteresowaniem i jest przedmiotem badań. W porównaniu z tradycyjnymi wyświetlaczami ciekłokrystalicznymi i organicznymi-diodami elektroluminescencyjnymi (OLED), technologia Micro LED zapewnia wyższą jasność, wyższy kontrast i szerszą gamę kolorów, a jednocześnie charakteryzuje się niższym zużyciem energii i dłuższą żywotnością. Daje to ogromny potencjał technologii Micro LED w takich dziedzinach, jak telewizory, smartfony,-małe inteligentne urządzenia do noszenia,-ekrany samochodowe i AR/VR. Porównanie parametrów pomiędzy Micro LED, LCD i OLED pokazano na rysunku 1.
Transfer masy jest kluczowym krokiem w przenoszeniu chipów Micro LED z podłoża wzrostowego na podłoże docelowe. Ze względu na dużą gęstość i mały rozmiar chipów Micro LED, tradycyjne metody transferu nie są w stanie spełnić wysokich wymagań dotyczących precyzji. Uzyskanie układu wyświetlaczy łączącego diody Micro LED ze sterownikami obwodów wymaga wielokrotnych transferów masy chipów Micro LED (przynajmniej z podłoża szafirowego na podłoże tymczasowe na nowe podłoże), przy czym za każdym razem przenoszona jest duża liczba chipów, co stawia wysokie wymagania w zakresie stabilności i precyzji procesu transferu. Laserowy transfer masy to technologia przenoszenia chipów Micro LED z natywnego podłoża szafirowego na podłoże docelowe. Najpierw wióry oddzielane są od natywnego podłoża szafirowego za pomocą peelingu laserowego; następnie na docelowym podłożu przeprowadza się ablację w celu przeniesienia wiórów na podłoże z lepkim materiałem (takim jak polidimetylosiloksan). Na koniec chipy są przenoszone z podłoża PDM na płytę montażową TFT przy użyciu siły wiązania metalu na płycie montażowej TFT.
02Technologia peelingu laserowego
Pierwszym etapem laserowego przenoszenia objętości jest peeling laserowy (LLO). Wydajność peelingu laserowego bezpośrednio determinuje ostateczną wydajność całego procesu transferu laserowego. Mikrodiody LED zazwyczaj wykorzystują podłoża takie jak Si i szafir do hodowania warstw epitaksjalnych GaN w celu przygotowania. Istnieją istotne problemy, takie jak duże niedopasowanie sieci i różnice we współczynnikach rozszerzalności cieplnej pomiędzy materiałami Si i GaN; dlatego podłoża szafirowe są częściej stosowane podczas przygotowywania chipów Micro LED. Szczelina wzbroniona szafiru wynosi 9,9 eV, GaN wynosi 3,39 eV, a AlN wynosi 6,2 eV. Zasada peelingu laserowego polega na użyciu-laserów o krótkiej długości fali o energii fotonów większej niż pasmo wzbronione energii GaN, ale mniejszej niż przerwy wzbronione szafiru i AlN, promieniujących od strony szafiru. Laser przechodzi przez szafir i AlN, a następnie jest absorbowany przez powierzchniowy GaN. Podczas tego procesu powierzchnia GaN ulega rozkładowi termicznemu, a ponieważ temperatura topnienia Ga wynosi około 30 stopni, powstają N2 i ciekły Ga, przy czym N2 następnie ucieka, osiągając w ten sposób oddzielenie warstwy epitaksjalnej GaN od szafirowego podłoża za pomocą siły mechanicznej. Reakcję rozkładu zachodzącą na granicy faz można przedstawić jako:
Zgodnie ze wzorem na energię fotonów optymalna długość fali lasera spełniająca powyższe warunki powinna mieścić się w przedziale: 125 nm < 209 nm Mniejsza lub równa λ Mniejsza lub równa 365 nm. Badania pokazują, że szerokość impulsu laserowego, długość fali lasera i gęstość energii lasera są kluczowymi czynnikami wpływającymi na przebieg procesu ablacji laserowej.
Aby uzyskać pełnokolorowe-oświetlenie Micro LED, konieczne jest precyzyjne rozmieszczenie i zintegrowanie chipów Micro LED w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim na tym samym podłożu, aby utworzyć mały piksel wyświetlacza kolorowego-o wysokiej rozdzielczości. Metoda Laser Lift-Off (LLO) nie nadaje się do selektywnej integracji-jednolitych urządzeń Micro LED w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim. Co więcej, selektywna naprawa niewielkiej liczby uszkodzonych chipów Micro LED ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności produktów wyświetlających. Dlatego pojawiła się technologia selektywnego-wyłączenia lasera (SLLO). Technologia ta ma zastosowanie do heterogenicznej integracji i selektywnej naprawy, bez konieczności stosowania skomplikowanej procedury przetwarzania wsadowego. Może także selektywnie przenosić określone-wyznaczone diody LED i naprawiać uszkodzone diody LED. SLLO wykorzystuje promieniowanie laserowe do selektywnego odrywania chipów Micro LED od powierzchni styku z podłożem. Jako źródło światła zwykle stosuje się światło ultrafioletowe. Światło o krótszej długości fali silniej oddziałuje z materiałami, umożliwiając bardziej precyzyjny proces obierania. Dodatkowo ciepło powstające podczas procesu obierania światłem ultrafioletowym jest stosunkowo niskie, co zmniejsza ryzyko uszkodzeń termicznych.
Firma Uniqarta zaproponowała metodę równoległego złuszczania laserowego na dużą{{0}skalę, jak pokazano na rysunku 4. Dodanie skanera laserowego X-Y do lasera jednoimpulsowego powoduje ugięcie pojedynczej wiązki lasera na wiele wiązek laserowych, co umożliwia-odrywanie wiórów na dużą skalę. Schemat ten znacznie zwiększa liczbę wiórów łuszczonych w jednej operacji, osiągając prędkość obierania 100 M/h, z dokładnością transferu ± 34 μm i posiada dobre możliwości wykrywania defektów, dzięki czemu nadaje się obecnie do przenoszenia różnych rozmiarów i materiałów.
3Technologia transferu laserowego
Drugim etapem laserowego transferu masy jest transfer laserowy, który polega na przeniesieniu pozbawionych wiórów chipów z tymczasowego podłoża na płytę montażową. Technologia transferu do przodu-indukowanego laserem (LIFT) zaproponowana przez firmę Coherent to metoda umożliwiająca umieszczanie różnych materiałów i struktur funkcjonalnych w-wzorach zdefiniowanych przez użytkownika, co pozwala na umieszczanie-na dużą skalę struktur lub urządzeń o małych rozmiarach. Obecnie w technologii LIFT z powodzeniem udało się przenieść różne komponenty elektroniczne o rozmiarach od 0,1 do ponad 6 mm². Rysunek 5 przedstawia typowy proces LIFT. W procesie LIFT laser przechodzi przez przezroczyste podłoże i jest absorbowany przez warstwę dynamicznego uwalniania. Ze względu na ablacyjny lub odparowujący efekt lasera, wysokie ciśnienie generowane przez dynamiczną warstwę rozdzielającą gwałtownie wzrasta, przenosząc w ten sposób chip ze stempla na podłoże przyjmujące.
Po udoskonaleniach firma Uniqarta opracowała technologię transferu do przodu-indukowanego laserem, opartą na pęcherzach (BB-LIFT). Jak pokazano na rysunku 6, różnica polega na tym, że podczas napromieniowania laserowego tylko niewielka część DRL ulega ablacji i wytwarza gaz zapewniający energię uderzenia. DRL może zamknąć falę uderzeniową w rozszerzającym się blistrze, delikatnie popychając chip w kierunku podłoża odbiorczego, co może poprawić dokładność transferu i zmniejszyć uszkodzenia.
Istotnym czynnikiem ograniczającym zastosowanie BB-LIFT jest brak-ponownego użycia znaczka. Aby poprawić-opłacalność, badacze opracowali technologię BB-LIFT wielokrotnego użytku opartą na konstrukcji stempli wielokrotnego użytku, jak pokazano na rysunku 7. Stempel składa się z mikrowgłębień z warstwą metalu, ścianek wnęki oraz elastycznej formy klejącej z mikrostrukturami używanymi do hermetyzacji mikrownęk i spajania chipa. Napromieniowana laserem o długości fali 808 nm warstwa metalu absorbuje laser i wytwarza ciepło, co powoduje gwałtowne rozszerzanie się powietrza wewnątrz wnęki, co prowadzi do deformacji stempla i znacznie zmniejsza jego przyczepność. W tym momencie wstrząs wywołany pęcherzykami powoduje odklejenie się chipa od stempla.
W przypadku przenoszenia-na dużą skalę podczas zbierania wymagana jest duża przyczepność, aby zapewnić niezawodne wychwytywanie; podczas umieszczania adhezja musi być jak najmniejsza, aby osiągnąć transfer, dlatego też istota technologii polega na poprawie współczynnika przełączania siły adhezji. Naukowcy osadzili rozszerzalne mikrosfery w warstwie kleju i wykorzystali laserowy system ogrzewania do wygenerowania zewnętrznych bodźców termicznych. Podczas procesu pobierania małe-osadzone, rozszerzalne mikrokulki zapewniają płaskość powierzchni warstwy kleju, przy czym można pominąć wpływ na silną przyczepność warstwy kleju. Jednakże podczas procesu przenoszenia zewnętrzny bodziec termiczny o temperaturze 90 stopni generowany przez laserowy system ogrzewania szybko przenosi się na warstwę kleju, powodując szybkie rozszerzanie się wewnętrznych mikrosfer, jak pokazano na rysunku 8. W rezultacie powstaje warstwowa-chropowata struktura na powierzchni, co znacznie zmniejsza przyczepność powierzchni i zapewnia niezawodne uwalnianie.
Aby osiągnąć transfer na dużą-skalę, badacze odkryli, że transfer zależy od zmiany przyczepności pomiędzy TRT a urządzeniem funkcjonalnym i jest kontrolowany przez parametry temperatury, jak pokazano na rysunku 9. Gdy temperatura jest niższa od temperatury krytycznej Tr, szybkość uwalniania energii przez TRT/urządzenie funkcjonalne jest większa niż krytyczna szybkość uwalniania energii przez urządzenie funkcjonalne/podłoże źródłowe, co powoduje tendencję do rozprzestrzeniania się pęknięć na styku TRT/urządzenie funkcjonalne, umożliwiając w ten sposób wybranie urządzenia funkcjonalnego. Podczas procesu przenoszenia temperatura wzrasta powyżej temperatury krytycznej Tr w wyniku ogrzewania laserowego, a szybkość uwalniania energii TRT/urządzenia funkcjonalnego jest mniejsza niż krytyczna szybkość uwalniania energii urządzenia funkcjonalnego/podłoża docelowego, umożliwiając pomyślne przeniesienie urządzenia funkcjonalnego na podłoże docelowe.
