1. Technológia Micro LED ako hraničná oblasť v technológii displejov ďalšej{1}}generácie sa teší veľkej pozornosti a výskumu. V porovnaní s tradičnými displejmi z tekutých kryštálov a organickými -diodami emitujúcimi svetlo (OLED) ponúka Micro LED vyšší jas, vyšší kontrast a širší farebný rozsah, pričom má tiež nižšiu spotrebu energie a dlhšiu životnosť. To dáva Micro LED obrovský potenciál v oblastiach, ako sú televízory, smartfóny, malé{5}}inteligentné nositeľné zariadenia,-obrazovky automobilov a AR/VR. Porovnanie parametrov medzi Micro LED, LCD a OLED je znázornené na obrázku 1.
Prenos hmoty je kľúčovým krokom pri prenose mikro LED čipov z rastového substrátu do cieľového substrátu. Vďaka vysokej hustote a malej veľkosti čipov Micro LED sa tradičné metódy prenosu snažia splniť vysoké požiadavky na presnosť. Dosiahnutie zobrazovacieho poľa, ktoré kombinuje Micro LED s ovládačmi obvodov, vyžaduje viacnásobné hromadné prenosy čipov Micro LED (aspoň zo zafírového substrátu na dočasný substrát na nový substrát), pričom zakaždým sa prenáša veľké množstvo čipov, čo kladie vysoké nároky na stabilitu a presnosť procesu prenosu. Laserový prenos hmoty je technológia na prenos mikro LED čipov z natívneho zafírového substrátu na cieľový substrát. Najprv sa čipy oddelia od natívneho zafírového substrátu pomocou laserového odlupovania; potom sa na cieľovom substráte uskutoční ablačné ošetrenie, aby sa čipy preniesli na substrát s lepivým materiálom (ako je polydimetylsiloxán). Nakoniec sa čipy prenesú zo substrátu PDM na základnú dosku TFT pomocou sily spájania kovu na základnú dosku TFT.
02 Technológia laserového odlupovania
Prvým krokom laserového hromadného prenosu je laserový peeling (LLO). Výťažnosť laserového peelingu priamo určuje výslednú výťažnosť celého procesu laserového prenosu. Mikro LED zvyčajne používajú substráty ako Si a zafír na rast epitaxných vrstiev GaN na prípravu. Existujú významné problémy, ako je veľký nesúlad mriežok a rozdiely v koeficientoch tepelnej rozťažnosti medzi Si materiálmi a GaN; preto sa pri príprave mikro LED čipov častejšie používajú zafírové substráty. Bandgap zafíru je 9,9 eV, GaN je 3,39 eV a AlN je 6,2 eV. Princíp laserového odlupovania spočíva v použití laserov s krátkou vlnovou dĺžkou{8}} s energiou fotónov vyššou ako je energetická bandgap GaN, ale menšou ako bandgaps zafíru a AlN, vyžarujúcich zo zafírovej strany. Laser prechádza cez zafír a AlN, potom je absorbovaný povrchom GaN. Počas tohto procesu dochádza k tepelnému rozkladu povrchového GaN a keďže teplota topenia Ga je približne 30 stupňov, generuje sa N2 a kvapalné Ga, pričom N2 následne uniká, čím sa dosiahne oddelenie epitaxnej vrstvy GaN od zafírového substrátu mechanickou silou. Rozkladná reakcia prebiehajúca na rozhraní môže byť reprezentovaná ako:
Podľa vzorca pre energiu fotónov by optimálna vlnová dĺžka lasera, ktorá spĺňa vyššie uvedené podmienky, mala spadať do nasledujúceho rozsahu: 125 nm < 209 nm Menšia alebo rovná λ Menšia alebo rovná 365 nm. Výskum ukazuje, že šírka laserového pulzu, vlnová dĺžka lasera a hustota laserovej energie sú kľúčovými faktormi pri dosahovaní procesu laserovej ablácie.
Na realizáciu plnofarebného osvetlenia Micro LED je potrebné presne usporiadať a integrovať čipy Micro LED v červenej, zelenej a modrej farbe na rovnakom substráte, aby sa vytvoril malý pixel farebného displeja s-vysokým rozlíšením. Metóda Laser Lift-Off (LLO) nie je vhodná na selektívnu integráciu-nejednotných červených, zelených a modrých zariadení Micro LED. Okrem toho selektívna oprava malého počtu poškodených mikro LED čipov je rozhodujúca pre zvýšenie výťažnosti zobrazovacích produktov. Preto sa objavila technológia selektívneho vypnutia lasera- (SLLO). Táto technológia je použiteľná na heterogénnu integráciu a selektívnu opravu bez potreby zložitého postupu dávkového spracovania. Môže tiež selektívne prenášať špecifické vopred{10}}určené diódy LED a opraviť poškodené diódy LED. SLLO funguje pomocou laserového žiarenia na selektívne odlupovanie čipov Micro LED z rozhrania so substrátom. Ako zdroj svetla sa zvyčajne používa ultrafialové svetlo. Svetlo s kratšou vlnovou dĺžkou silnejšie interaguje s materiálmi, čo umožňuje presnejší proces odlupovania. Okrem toho je teplo generované počas procesu odlupovania ultrafialovým svetlom relatívne nízke, čím sa znižuje riziko tepelného poškodenia.
Spoločnosť Uniqarta navrhla metódu paralelného laserového odlupovania vo veľkom -meradle, ako je znázornené na obrázku 4. Pridaním laserového skenera X{2}}Y k jednopulznému laseru sa jeden laserový lúč difraktuje na viacero laserových lúčov, čo umožňuje-odlupovanie čipov vo veľkom rozsahu. Táto schéma výrazne zvyšuje počet čipov odlúpnutých v jednej operácii, pričom dosahuje rýchlosť odlupovania 100 M/h s presnosťou prenosu ±34 μm a má dobré schopnosti detekcie defektov, vďaka čomu je v súčasnosti vhodná na prenos rôznych veľkostí a materiálov.
3 Technológia laserového prenosu
Druhým krokom laserového masívneho prenosu je laserový prenos, ktorý zahŕňa prenos odizolovaných čipov z dočasného substrátu na základnú dosku. Technológia laserového-dopredného prenosu (LIFT) navrhnutá spoločnosťou Coherent je metóda, ktorá dokáže umiestniť rôzne funkčné materiály a štruktúry do používateľsky -definovaných vzorov, čo umožňuje-umiestňovanie štruktúr alebo zariadení malých rozmerov. V súčasnosti technológia LIFT úspešne dosiahla prenos rôznych elektronických komponentov s veľkosťou od 0,1 do viac ako 6 mm². Obrázok 5 ukazuje typický proces LIFT. V procese LIFT prechádza laser cez priehľadný substrát a je absorbovaný dynamickou uvoľňovacou vrstvou. V dôsledku ablačného alebo vaporizačného efektu lasera sa vysoký tlak generovaný dynamickou uvoľňovacou vrstvou rýchlo zvyšuje, čím sa čip prenáša z pečiatky na prijímací substrát.
Po vylepšeniach Uniqarta vyvinula laserom-indukovanú technológiu dopredného prenosu založenú na blistroch (BB-LIFT). Ako je znázornené na obrázku 6, rozdiel je v tom, že počas ožarovania laserom sa odstráni iba malá časť DRL a vytvára sa plyn, ktorý poskytuje energiu nárazu. DRL môže zapuzdriť rázovú vlnu v rozširujúcom sa blistri a jemne tlačiť čip smerom k prijímaciemu substrátu, čo môže zlepšiť presnosť prenosu a znížiť poškodenie.
Nemožnosť{0}}opätovného použitia známky je významným faktorom obmedzujúcim použitie BB-LIFT. Na zlepšenie nákladovej-efektívnosti výskumníci vyvinuli technológiu opakovane použiteľných BB-LIFT založenú na dizajne opakovane použiteľných pečiatok, ako je znázornené na obrázku 7. Pečiatka pozostáva z mikrodutín s kovovou vrstvou, so stenami dutín a elastickou lepiacou formou s mikroštruktúrami používanými na zapuzdrenie mikrodutín a spojenie čipu. Kovová vrstva pri ožiarení laserom s vlnovou dĺžkou 808 nm absorbuje laser a generuje teplo, čím sa vzduch vo vnútri dutiny rýchlo rozpína, čo vedie k deformácii razidla a výrazne znižuje jeho priľnavosť. V tomto momente otras generovaný bublaním spôsobí odpojenie čipu od známky.
Pri prenose vo veľkom-rozsahu je potrebná silná priľnavosť počas zberu, aby sa zabezpečilo spoľahlivé zachytenie; pri ukladaní musí byť priľnavosť čo najmenšia, aby sa dosiahol prenos, jadro technológie teda spočíva v zlepšení pomeru prepínania priľnavosti. Výskumníci vložili expandovateľné mikroguľôčky do lepiacej vrstvy a použili laserový vykurovací systém na generovanie vonkajších tepelných stimulov. Počas procesu odoberania malé -veľké vložené expandovateľné mikroguľôčky zabezpečujú rovinnosť povrchu lepiacej vrstvy, pričom vplyv na silnú priľnavosť lepiacej vrstvy možno zanedbať. Počas procesu prenosu sa však vonkajší tepelný stimul 90 stupňov generovaný laserovým vykurovacím systémom rýchlo prenesie na vrstvu lepidla, čo spôsobí rýchle roztiahnutie vnútorných mikroguľôčok, ako je znázornené na obrázku 8. Výsledkom je vrstvená mikro-zdrsnená štruktúra na povrchu, čo výrazne znižuje priľnavosť povrchu a dosahuje spoľahlivé uvoľnenie.
Na dosiahnutie-prenosu vo veľkom rozsahu výskumníci zistili, že prenos závisí od zmeny adhézie medzi TRT a funkčným zariadením a je riadený teplotnými parametrami, ako je znázornené na obrázku 9. Keď je teplota pod kritickou teplotou Tr, rýchlosť uvoľňovania energie TRT/funkčného zariadenia je väčšia ako rýchlosť uvoľňovania kritickej energie rozhrania funkčného zariadenia/zdroja, čo spôsobuje, že praskliny majú tendenciu šíriť sa na funkčnom zariadení/funkčnom zariadení. Počas procesu prenosu sa teplota zvýši nad kritickú teplotu Tr laserovým ohrevom a rýchlosť uvoľňovania energie TRT/funkčného zariadenia je menšia ako rýchlosť uvoľňovania kritickej energie funkčného zariadenia/cieľového substrátu, čo umožňuje úspešné prenesenie funkčného zariadenia na cieľový substrát.
