01
Úvod
Technológia Micro LED ako špičková -špičková oblasť technológie displejov novej{1}}generácie sa teší veľkej pozornosti a výskumu. V porovnaní s tradičnými displejmi z tekutých kryštálov a diódami vyžarujúcimi organické svetlo (OLED) ponúkajú Micro LED vyšší jas, vyšší kontrast a širší farebný gamut, pričom spotrebujú menej energie a majú dlhšiu životnosť. To dáva Micro LED významný potenciál v televízoroch, smartfónoch, malých nositeľných zariadeniach, na obrazovkách vozidiel- a aplikáciách AR/VR. Porovnanie parametrov medzi Micro LED, LCD a OLED.
Prenos hmoty je kľúčovým krokom pri prenose mikro LED čipov z rastového substrátu do cieľového substrátu. Vzhľadom na vysokú hustotu a malú veľkosť čipov Micro LED majú tradičné metódy prenosu ťažkosti pri splnení požiadaviek na vysoko-presný prenos. Dosiahnutie zobrazovacieho poľa kombinujúceho Micro LED s obvodovým pohonom vyžaduje viacnásobné hromadné prenosy mikro LED čipov (aspoň zo zafírového substrátu → dočasného substrátu → nového substrátu), pričom zakaždým sa prenáša veľké množstvo čipov, čo si vyžaduje vysokú stabilitu a presnosť procesu prenosu. Laserový prenos hmoty je technika prenosu mikro LED čipov z natívneho zafírového substrátu na cieľový substrát. Po prvé, čipy sa oddelia od natívneho zafírového substrátu pomocou laserového odstránenia; potom sa na cieľovom substráte vykoná ablácia, aby sa umožnil prenos čipov na substrát s adhezívnymi materiálmi (ako je polydimetylsiloxán). Nakoniec pomocou sily spájania kovu na základnej doske TFT sa čipy prenesú zo substrátu PDM na základnú dosku TFT.
02
Technológia Laser Lift-Off
Prvým krokom laserového prenosu hmoty je laserové{0}}vypnutie (LLO). Výťažnosť laserového zdvíhania-priamo určuje konečný výťažok celého procesu laserového prenosu. Mikro LED zvyčajne používajú substráty, ako je Si a zafír, na rast epitaxných vrstiev GaN na výrobu. Medzi Si a GaN sú výrazné rozdiely v mriežke a koeficientoch tepelnej rozťažnosti, takže zafírové substráty sa častejšie používajú pri príprave čipov Micro LED.
Bandgap zafíru je 9,9 eV, GaN je 3,39 eV a AlN je 6,2 eV. Princípom-vypínania lasera je použitie lasera s krátkou{5}}vlnovou dĺžkou s energiou fotónov vyššou ako je bandgap GaN, ale menšou ako bandgaps zafíru a AlN, vyžarujúceho zo zafírovej strany. Laser prechádza cez zafír a AlN a je absorbovaný povrchovou vrstvou GaN. Počas tohto procesu dochádza k tepelnému rozkladu povrchového GaN. Pretože teplota topenia Ga je približne 30 stupňov, generuje sa N2 a kvapalné Ga a N2 uniká, čím sa epitaxná vrstva GaN mechanicky oddeľuje od zafírového substrátu. Rozkladná reakcia prebiehajúca na rozhraní môže byť reprezentovaná ako:
Podľa vzorca pre energiu fotónu by optimálna vlnová dĺžka lasera, ktorá spĺňa vyššie uvedené podmienky, mala byť v nasledujúcom 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 dosiahnutie plného{0}}vyžarovania farieb pomocou mikro LED je potrebné presne usporiadať a integrovať červené, zelené a modré mikro LED čipy na rovnakom substráte, aby sa vytvorili maličké farebné pixely s vysokým{1}}rozlíšením. LLO však nie je vhodný 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 Laser Selective Lift-Off (SLLO). Táto technológia je vhodná pre heterogénnu integráciu a selektívnu opravu bez toho, aby vyžadovala zložité dávkové procesy. Môže tiež selektívne preniesť niektoré vopred{9}}určené diódy LED a opraviť poškodené diódy LED.
SLLO sa dosahuje použitím lasera na selektívne oddelenie rozhrania medzi čipmi Micro LED a substrátom. Ako zdroj svetla sa bežne používa ultrafialové svetlo. Svetlo s krátkou{2}}vlnovou dĺžkou silnejšie interaguje s materiálom, čo umožňuje presnejší-proces zdvíhania. Okrem toho je teplo generované ultrafialovým svetlom počas procesu zdvíhania-relatívne nízke, čím sa znižuje riziko tepelného poškodenia.
Uniqarta navrhla veľkoplošnú-metódu paralelnej laserovej exfoliácie, ako je znázornené na obrázku 4. Pridaním laserového skenera X-Y založeného na jednom-pulznom laseri sa jeden laserový lúč difraktuje na viacero lúčov, čo umožňuje-odlupovanie čipu vo veľkom meradle. Táto schéma výrazne zvyšuje počet čipov exfoliovaných v jednom chode, čím sa dosahuje rýchlosť exfoliácie 100 M/h, presnosť prenosu ±34 μm a dobrá schopnosť detekcie defektov, vhodná na prenos rôznych veľkostí prúdu a materiálov.
03
Technológia laserového prenosu
Druhým krokom laserového masívneho prenosu je laserový prenos, ktorý prenáša delaminovaný čip z dočasného substrátu na základnú dosku. Technológia laserového-dopredného prenosu (LIFT) navrhnutá spoločnosťou Coherent je technika, ktorá dokáže umiestniť rôzne funkčné materiály a štruktúry do používateľsky -definovaných vzorov, čo umožňuje-umiestňovanie štruktúr alebo zariadení s malými rozmermi prvkov. 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. Prostredníctvom laserovej ablácie alebo odparovania sa vysoký tlak generovaný dynamickou uvoľňovacou vrstvou rýchlo zvyšuje, čím sa čip prenáša z pečiatky na prijímací substrát.
Po vylepšeniach spoločnosť Uniqarta vyvinula blistrovú -laserom{1}}indukovanú technológiu dopredného prenosu (BB-LIFT). Ako je znázornené na obrázku 6, rozdiel spočíva v tom, že počas laserového ožarovania sa odstráni iba malá časť DRL, aby sa vytvoril plyn na poskytnutie energie nárazu. DRL môže zapuzdriť rázovú vlnu vo vnútri vytvorením expandovaného blistra, čím sa čip jemnejšie zatlačí smerom k prijímaciemu substrátu, čo môže zlepšiť presnosť prenosu a znížiť poškodenie.
Nemožnosť{0}}opätovného použitia známky je dôležitým faktorom obmedzujúcim použitie BB-LIFT. Aby sa zlepšila nákladová-efektívnosť, výskumníci vyvinuli znovu použiteľnú techniku BB{4}}LIFT založenú na dizajne opakovane použiteľných foriem, ako je znázornené na obrázku 7. Pečiatka pozostáva z mikrodutiny s kovovou vrstvou, so stenami dutiny a mikroštruktúrovanej elastickej lepiacej formy, ktorá sa používa na zapuzdrenie mikrodutiny a spojenie čipu. Pri osvetlení laserom 808 nm kovová vrstva absorbuje laser a generuje teplo, čo spôsobuje, že vzduch vo vnútri dutiny sa rýchlo rozširuje, deformuje pečiatku a výrazne znižuje jej priľnavosť. V tomto bode náraz generovaný tvorbou bublín uľahčuje oddelenie čipu od známky.
Pri prenose vo veľkom-rozsahu je potrebná silná priľnavosť počas odoberania-, aby sa zabezpečila spoľahlivá akvizícia, pričom na dosiahnutie prenosu musí byť priľnavosť počas umiestňovania čo najnižšia. Preto kľúčová technológia spočíva v zlepšení pomeru spínania adhézie. Výskumníci vložili expandovateľné mikroguľôčky do lepiacej vrstvy a použili laserový vykurovací systém na generovanie vonkajšej tepelnej stimulácie. Počas procesu naberania-zabezpečujú malé-vložené expandovateľné mikroguľôčky rovinnosť povrchu lepiacej vrstvy, pričom vplyv na silnú priľnavosť lepiacej vrstvy možno zanedbať. Počas procesu prenosu sa 90-stupňová vonkajšia tepelná stimulácia generovaná laserovým vykurovacím systémom rýchlo prenesie do adhéznej vrstvy, čo spôsobí rýchle roztiahnutie vnútorných mikroguľôčok, ako je znázornené na obrázku 8. Výsledkom je mikro-zdvíhacia 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 presahuje rýchlosť uvoľňovania kritickej energie funkčného zariadenia/zdrojového substrátu, čo spôsobuje šírenie trhlín na rozhraní TRT/funkčného zariadenia. Počas procesu prenosu laserový ohrev zvyšuje teplotu nad kritickú teplotu Tr, čím sa rýchlosť uvoľňovania energie TRT/funkčného zariadenia znižuje ako rýchlosť uvoľňovania kritickej energie funkčného zariadenia/cieľového substrátu, čím sa funkčné zariadenie úspešne prenáša na cieľový substrát.
