1. Technologie Micro LED jako hraniční obor v technologii displejů příští{1}}generace získává širokou pozornost a výzkum. Ve srovnání s tradičními displeji z tekutých krystalů a organickými -diodami emitujícími světlo (OLED) nabízí Micro LED vyšší jas, vyšší kontrast a širší barevný gamut a zároveň má nižší spotřebu energie a delší životnost. To dává Micro LED obrovský potenciál v oblastech, jako jsou televize, chytré telefony, malá-chytrá nositelná zařízení,-obrazovky automobilů a AR/VR. Porovnání parametrů mezi Micro LED, LCD a OLED je znázorněno na obrázku 1.
Přenos hmoty je klíčovým krokem při přenosu mikro LED čipů z růstového substrátu do cílového substrátu. Vzhledem k vysoké hustotě a malé velikosti čipů Micro LED se tradiční metody přenosu potýkají s požadavky na vysokou přesnost. Dosažení zobrazovacího pole, které kombinuje Micro LED s obvodovými ovladači, vyžaduje vícenásobné přenosy hmoty čipů Micro LED (alespoň ze safírového substrátu na dočasný substrát na nový substrát), přičemž pokaždé je přeneseno velké množství čipů, což klade vysoké nároky na stabilitu a přesnost procesu přenosu. Laserový přenos hmoty je technologie pro přenos mikro LED čipů z nativního safírového substrátu do cílového substrátu. Nejprve se čipy oddělí od nativního safírového substrátu pomocí laserového peelingu; poté se na cílovém substrátu provede ablační ošetření, aby se čipy přenesly na substrát s lepivým materiálem (jako je polydimethylsiloxan). Nakonec jsou čipy přeneseny z PDM substrátu na TFT základní desku pomocí síly kovového spoje na TFT základní desce.
02 Technologie laserového peelingu
Prvním krokem laserového hromadného přenosu je laserový peeling (LLO). Výtěžnost laserového peelingu přímo určuje konečnou výtěžnost celého procesu laserového přenosu. Mikro LED obvykle používají substráty jako Si a safír k růstu epitaxních vrstev GaN pro přípravu. Existují významné problémy, jako je velký nesoulad mřížky a rozdíly v koeficientech tepelné roztažnosti mezi materiály Si a GaN; proto se při přípravě mikro LED čipů častěji používají safírové substráty. Bandgap safíru je 9,9 eV, GaN je 3,39 eV a AlN je 6,2 eV. Princip laserového peelingu spočívá v použití krátkovlnných laserů s energií fotonů větší než je bandgap energie GaN, ale menší než bandgap safíru a AlN, ozařujících ze safírové strany. Laser prochází safírem a AlN, poté je absorbován povrchem GaN. Během tohoto procesu dochází k tepelnému rozkladu povrchového GaN, a protože teplota tání Ga je asi 30 stupňů, vzniká N2 a kapalný Ga, přičemž N2 následně uniká, čímž je dosaženo oddělení epitaxní vrstvy GaN od safírového substrátu pomocí mechanické síly. Rozkladná reakce probíhající na rozhraní může být reprezentována jako:
Podle vzorce pro energii fotonů by optimální vlnová délka laseru, která splňuje výše uvedené podmínky, měla spadat do následujícího rozsahu: 125 nm < 209 nm menší nebo rovna λ menší nebo rovna 365 nm. Výzkum ukazuje, že šířka laserového pulzu, vlnová délka laseru a hustota laserové energie jsou klíčovými faktory pro dosažení procesu laserové ablace.
K realizaci plně-barevného osvětlení Micro LED je nutné přesně uspořádat a integrovat čipy Micro LED v červené, zelené a modré barvě na stejném substrátu, aby se vytvořil malý-barevný pixel displeje s vysokým rozlišením. Metoda Laser Lift-Off (LLO) není vhodná pro selektivní integraci-nestejnoměrných červených, zelených a modrých Micro LED zařízení. Kromě toho je selektivní oprava malého počtu poškozených mikro LED čipů zásadní pro zlepšení výtěžnosti zobrazovacích produktů. Proto se objevila technologie Selective Laser Lift-Off (SLLO). Tato technologie je použitelná pro heterogenní integraci a selektivní opravy, bez nutnosti složitého dávkového zpracování. Může také selektivně přenášet specifické předem{10}}určené LED diody a opravovat poškozené LED. SLLO funguje pomocí laserového ozařování k selektivnímu odlupování mikro LED čipů z rozhraní se substrátem. Jako zdroj světla se obvykle používá ultrafialové světlo. Světlo s kratší vlnovou délkou silněji interaguje s materiály, což umožňuje přesnější proces odlupování. Kromě toho je teplo generované během procesu odlupování ultrafialovým světlem relativně nízké, což snižuje riziko tepelného poškození.
Společnost Uniqarta navrhla metodu paralelního laserového odlupování ve velkém{0}}měřítku, jak je znázorněno na obrázku 4. Přidáním laserového skeneru X-Y k jednopulsnímu laseru se jeden laserový paprsek ohýbá do několika laserových paprsků, což umožňuje-odlupování čipů ve velkém měřítku. Toto schéma výrazně zvyšuje počet čipů odloupaných v jedné operaci, dosahuje rychlosti odlupování 100 M/h, s přesností přenosu ±34 μm a má dobré schopnosti detekce defektů, díky čemuž je v současnosti vhodné pro přenos různých velikostí a materiálů.
3 Technologie laserového přenosu
Druhým krokem laserového masivního přenosu je laserový přenos, který zahrnuje přenos odizolovaných čipů z dočasného substrátu na základní desku. Technologie laserem-indukovaného dopředného přenosu (LIFT) navržená společností Coherent je metoda, která dokáže umístit různé funkční materiály a struktury do uživatelem-definovaných vzorů, což umožňuje-umisťování struktur nebo zařízení malých rozměrů ve velkém měřítku. V současné době technologie LIFT úspěšně dosáhla přenosu různých elektronických součástek o velikostech od 0,1 do více než 6 mm². Obrázek 5 ukazuje typický proces LIFT. V procesu LIFT laser prochází transparentním substrátem a je absorbován dynamickou uvolňovací vrstvou. V důsledku ablativního nebo odpařovacího účinku laseru se vysoký tlak generovaný dynamickou uvolňovací vrstvou rychle zvyšuje, čímž se čip přenáší z razítka na přijímací substrát.
Po vylepšení Uniqarta vyvinula laserem-indukovanou technologii dopředného přenosu založenou na blistrech (BB-LIFT). Jak je znázorněno na obrázku 6, rozdíl je v tom, že během laserového ozařování je odstraněna pouze malá část DRL a vytváří plyn, který poskytuje energii nárazu. DRL může zapouzdřit rázovou vlnu do rozšiřujícího se blistru a jemně tlačí čip směrem k přijímajícímu substrátu, což může zlepšit přesnost přenosu a snížit poškození.
Ne-opětovné použití razítka je významným faktorem omezujícím použití BB-LIFT. Aby se zlepšila nákladová-efektivita, výzkumníci vyvinuli opakovaně použitelnou technologii BB{4}}LIFT založenou na designu opakovaně použitelných razítek, jak je znázorněno na obrázku 7. Razítko se skládá z mikrodutin s kovovou vrstvou, se stěnami dutiny a elastickou lepicí formou s mikrostrukturami používanými k zapouzdření mikrodutin a spojení čipu. Kovová vrstva při ozáření laserem 808 nm absorbuje laser a generuje teplo, což způsobuje rychlou expanzi vzduchu uvnitř dutiny, což vede k deformaci razítka a výrazně snižuje jeho přilnavost. V tomto okamžiku ráz generovaný bubláním způsobí oddělení čipu od razítka.
Při přenosu ve velkém-měřítku je během vychystávání vyžadována silná přilnavost, aby bylo zajištěno spolehlivé zachycení; při umístění musí být adheze co nejmenší, aby se dosáhlo přenosu, proto jádro technologie spočívá ve zlepšení poměru přepínání adhezní síly. Výzkumníci vložili expandovatelné mikrokuličky do adhezivní vrstvy a použili laserový zahřívací systém k vytvoření externích tepelných stimulů. Během procesu odebírání zajišťují malé -rozměrové zapuštěné expandovatelné mikrokuličky rovinnost povrchu vrstvy lepidla, přičemž vliv na silnou adhezi vrstvy lepidla lze zanedbat. Během procesu přenosu se však vnější tepelný stimul 90 stupňů generovaný laserovým zahřívacím systémem rychle přenese na adhezivní vrstvu, což způsobí rychlou expanzi vnitřních mikrokuliček, jak je znázorněno na obrázku 8. Výsledkem je vrstvená mikro-zdrsněná struktura na povrchu, což výrazně snižuje přilnavost povrchu a dosahuje spolehlivého uvolňování.
Aby bylo dosaženo velkého-přenosu, výzkumníci zjistili, že přenos závisí na změně adheze mezi TRT a funkčním zařízením a je řízen teplotními parametry, jak je znázorněno na obrázku 9. Když je teplota pod kritickou teplotou Tr, je rychlost uvolňování energie TRT/funkčního zařízení větší než rychlost uvolňování kritické energie substrátu funkčního zařízení/zdroje, což způsobuje, že se na funkčním zařízení mohou šířit praskliny/funkce. Během procesu přenosu se teplota zvýší nad kritickou teplotu Tr laserovým ohřevem a rychlost uvolňování energie TRT/funkčního zařízení je menší než rychlost uvolňování kritické energie funkčního zařízení/cílového substrátu, což umožňuje úspěšnému přenosu funkčního zařízení na cílový substrát.
