01
Zavedení
Technologie Micro LED jako špičková -obor technologie displejů nové{1}}generace získává širokou pozornost a výzkum. Ve srovnání s tradičními displeji z tekutých krystalů a organickými -diodami emitujícími světlo (OLED) nabízejí Micro LED vyšší jas, vyšší kontrast a širší barevný gamut, přičemž také spotřebují méně energie a mají delší životnost. Díky tomu mají Micro LED významný potenciál v televizorech, chytrých telefonech, malých nositelných zařízeních, na obrazovkách vozidel a v aplikacích AR/VR. Porovnání parametrů mezi Micro LED, LCD a OLED.
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 mají tradiční metody přenosu potíže se splněním požadavků na vysoce-přesný přenos. Dosažení zobrazovacího pole kombinující Micro LED s obvodovým pohonem vyžaduje vícenásobné přenosy hmoty Micro LED čipů (alespoň ze safírového substrátu → dočasného substrátu → nového substrátu), přičemž pokaždé je přeneseno velké množství čipů, což vyžaduje vysokou stabilitu a přesnost procesu přenosu. Laserový přenos hmoty je technika pro přenos mikro LED čipů z nativního safírového substrátu na cílový substrát. Za prvé, čipy jsou odděleny od nativního safírového substrátu pomocí laserového -odpojení; poté se na cílovém substrátu provede ablace, aby se umožnil přenos čipů na substrát s adhezivními materiály (jako je polydimethylsiloxan). Nakonec jsou čipy přeneseny ze substrátu PDM na základní desku TFT pomocí síly spojující kov na základní desce TFT.
02
Technologie Laser Lift-Off
Prvním krokem laserového přenosu hmoty je laserové{0}}vypnutí (LLO). Výtěžnost laserového zvedání-off přímo určuje konečný výtěžek celého procesu laserového přenosu. Mikro LED obvykle používají substráty, jako je Si a safír, k růstu GaN epitaxních vrstev pro výrobu. Mezi Si a GaN jsou značné rozdíly v mřížkách a koeficientech tepelné roztažnosti, takže safírové substráty se častěji používají při přípravě čipů Micro LED.
Bandgap safíru je 9,9 eV, GaN je 3,39 eV a AlN je 6,2 eV. Principem laserového zvedání-off je použití laseru s krátkou{5}}vlnnou délkou s energií fotonů větší než GaN bandgap, ale menší než bandgaps safíru a AlN, ozařující ze safírové strany. Laser prochází safírem a AlN a je absorbován povrchovou vrstvou GaN. Během tohoto procesu dochází k tepelnému rozkladu povrchového GaN. Protože teplota tání Ga je asi 30 stupňů, vzniká N2 a kapalné Ga a N2 uniká, čímž se mechanicky odděluje epitaxní vrstva GaN od safírového substrátu. 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 být v následujícím 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 dosažení plného-barevného vyzařování pomocí Micro LED je nutné přesně uspořádat a integrovat červené, zelené a modré mikro LED čipy na stejném substrátu, aby se vytvořily drobné,-barevné pixely displeje s vysokým rozlišením. LLO však není vhodný pro selektivní integraci -nejednotných červených, zelených a modrých zařízení Micro LED. Kromě toho je selektivní oprava malého počtu poškozených mikro LED čipů zásadní pro zlepšení výtěžnosti zobrazovacích produktů. Proto se objevila technologie Laser Selective Lift-Off (SLLO). Tato technologie je vhodná pro heterogenní integraci a selektivní opravy bez nutnosti složitých dávkových procesů. Může také selektivně přenést některé předem{9}}určené LED diody a opravit poškozené LED.
SLLO je dosaženo použitím laseru k selektivnímu oddělení rozhraní mezi mikro LED čipy a substrátem. Jako zdroj světla se běžně používá ultrafialové světlo. Světlo s krátkou -vlnnou délkou silněji interaguje s materiálem, což umožňuje přesnější proces zvednutí-. Kromě toho je teplo generované ultrafialovým světlem během procesu odtahování-poměrně nízké, což snižuje riziko tepelného poškození.
Společnost Uniqarta navrhla velkoplošnou-metodu paralelní laserové exfoliace, jak je znázorněno na obrázku 4. Přidáním laserového skeneru X-Y založeného na jediném-pulsním laseru se jeden laserový paprsek difraktuje na několik paprsků, což umožňuje odlupování čipu ve velkém-rozsahu. Toto schéma výrazně zvyšuje počet čipů exfoliovaných v jednom běhu, dosahuje rychlosti exfoliace 100 M/h, přesnost přenosu ±34 μm a dobrou schopnost detekce defektů, vhodné pro přenos různých velikostí proudu a materiálů.
03
Technologie laserového přenosu
Druhým krokem laserového masivního přenosu je laserový přenos, který přenáší delaminovaný čip z dočasného substrátu na backplane. Technologie laserem-indukovaného dopředného přenosu (LIFT) navržená společností Coherent je technika, která dokáže umístit různé funkční materiály a struktury do uživatelsky -definovaných vzorů, což umožňuje velkoplošné-umístění struktur nebo zařízení s malými rozměry prvků. 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. Prostřednictvím laserové ablace nebo odpařování se vysoký tlak generovaný dynamickou uvolňovací vrstvou rychle zvyšuje, čímž se čip přenáší z razítka na přijímací substrát.
Po vylepšeních vyvinula Uniqarta technologii dopředného přenosu (BB-LIFT) na bázi blistrů{0}}na bázi laseru{1}}. Jak je znázorněno na obrázku 6, rozdíl spočívá v tom, že během laserového ozařování je odstraněna pouze malá část DRL, aby se vytvořil plyn pro poskytnutí energie nárazu. DRL může zapouzdřit rázovou vlnu uvnitř vytvořením rozšířeného blistru, který tlačí čip jemněji směrem k přijímajícímu substrátu, což může zlepšit přesnost přenosu a snížit poškození.
Ne-opětovné použití razítka je důležitým faktorem omezujícím použití BB-LIFT. Aby se zlepšila nákladová-efektivita, výzkumníci vyvinuli znovu použitelnou techniku BB-LIFT založenou na designu opakovaně použitelných forem, jak je znázorněno na obrázku 7. Razítko se skládá z mikrodutiny s kovovou vrstvou, se stěnami dutiny a mikrostrukturovanou elastickou lepicí formou používanou k zapouzdření mikrodutiny a spojení čipu. Při osvětlení laserem 808 nm kovová vrstva absorbuje laser a generuje teplo, což způsobuje, že vzduch uvnitř dutiny se rychle rozpíná, deformuje razítko a výrazně snižuje jeho přilnavost. V tomto okamžiku náraz generovaný tvorbou bublin usnadňuje oddělení čipu od razítka.
Při přenosu ve velkém-měřítku je vyžadována silná adheze během vyzvednutí-, aby bylo zajištěno spolehlivé zachycení, zatímco adheze musí být během umístění co nejnižší, aby bylo dosaženo přenosu. Klíčová technologie proto spočívá ve zlepšení spínacího poměru adheze. Výzkumníci vložili do adhezivní vrstvy expandovatelné mikrokuličky a použili laserový topný systém k vytvoření vnější tepelné stimulace. Během procesu nabírání-zabezpečují malé-vestavěné roztažitelné mikrokuličky rovinnost povrchu lepicí vrstvy, přičemž vliv na silnou adhezi lepicí vrstvy lze zanedbat. Během procesu přenosu se 90stupňová vnější tepelná stimulace generovaná laserovým zahřívacím systémem rychle přenese do adhezivní vrstvy, což způsobí rychlou expanzi vnitřních mikrokuliček, jak je znázorněno na obrázku 8. Výsledkem je mikro-struktura na povrchu, která výrazně snižuje přilnavost k povrchu a dosahuje spolehlivého uvolnění.
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, rychlost uvolňování energie TRT/funkčního zařízení překračuje rychlost uvolňování kritické energie funkčního zařízení/zdrojového substrátu, což způsobuje šíření trhlin na rozhraní TRT/zařízení Během procesu přenosu zvýší laserový ohřev teplotu nad kritickou teplotu Tr, čímž se rychlost uvolňování energie TRT/funkčního zařízení sníží než rychlost uvolňování kritické energie funkčního zařízení/cílového substrátu, čímž se funkční zařízení úspěšně přenese na cílový substrát.
