1. Tehnologija mikro LED kot mejno področje v tehnologiji zaslonov naslednje-generacije je deležna široke pozornosti in raziskav. V primerjavi s tradicionalnimi zasloni s tekočimi kristali in organskimi svetlečimi -diodami (OLED) Micro LED ponuja večjo svetlost, večji kontrast in širši barvni razpon, hkrati pa ima manjšo porabo energije in daljšo življenjsko dobo. To daje mikro LED ogromen potencial na področjih, kot so televizorji, pametni telefoni, majhne-pametne nosljive naprave, zasloni v-avtomobilih in AR/VR. Primerjava parametrov med mikro LED, LCD in OLED je prikazana na sliki 1.
Prenos mase je ključni korak pri prenosu mikro LED čipov iz rastnega substrata na ciljni substrat. Zaradi visoke gostote in majhne velikosti čipov Micro LED tradicionalni načini prenosa težko izpolnjujejo visoke zahteve glede natančnosti. Doseganje niza zaslonov, ki združuje mikro LED diode z gonilniki vezja, zahteva večkratne prenose mase čipov mikro LED (vsaj iz substrata safirja na začasni substrat na nov substrat), pri čemer se vsakič prenese veliko število čipov, kar postavlja visoke zahteve glede stabilnosti in natančnosti procesa prenosa. Laserski masni prenos je tehnologija za prenos mikro LED čipov iz naravnega safirnega substrata na ciljni substrat. Prvič, z laserskim luščenjem se čipi ločijo od naravnega safirnega substrata; nato se na ciljnem substratu izvede ablacijska obdelava, da se odrezki prenesejo na substrat z lepljivim materialom (kot je polidimetilsiloksan). Nazadnje se čipi prenesejo s substrata PDM na hrbtno ploščo TFT z uporabo sile kovinske vezi na hrbtni plošči TFT.
02 Tehnologija laserskega pilinga
Prvi korak laserskega prenosa mase je laserski piling (LLO). Izkoristek laserskega pilinga neposredno določa končni izkoristek celotnega postopka laserskega prenosa. Mikro LED običajno uporabljajo substrate, kot sta silicij in safir, za gojenje epitaksialnih plasti GaN za pripravo. Obstajajo pomembna vprašanja, kot so velika neusklajenost mreže in razlike v koeficientih toplotnega raztezanja med materiali Si in GaN; zato se pri pripravi čipov Micro LED pogosteje uporabljajo safirni substrati. Pasovna režo safirja je 9,9 eV, GaN 3,39 eV in AlN 6,2 eV. Načelo laserskega luščenja vključuje uporabo laserjev s kratko-valovno dolžino z energijo fotonov, ki je večja od energijskega pasovnega razmika GaN, vendar manjša od pasovnih pasov safirja in AlN, ki sevajo s strani safirja. Laser prehaja skozi safir in AlN, nato pa ga absorbira površina GaN. Med tem postopkom se površinski GaN termično razgradi in ker je tališče Ga približno 30 stopinj, nastaneta N2 in tekoči Ga, pri čemer N2 nato uhaja, s čimer dosežemo ločitev epitaksialne plasti GaN od safirne podlage z mehansko silo. Reakcijo razgradnje, ki se pojavi na vmesniku, lahko predstavimo kot:
V skladu s formulo za energijo fotonov bi morala biti optimalna valovna dolžina laserja, ki izpolnjuje zgornje pogoje, v naslednjem območju: 125 nm < 209 nm Manjše ali enako λ Manjše ali enako 365 nm. Raziskave kažejo, da so širina laserskega impulza, laserska valovna dolžina in gostota laserske energije ključni dejavniki pri doseganju postopka laserske ablacije.
Za uresničitev polno-barvne osvetlitve Micro LED je treba natančno razporediti in integrirati čipe Micro LED v rdeči, zeleni in modri barvi na istem substratu, da ustvarite majhno barvno slikovno sliko visoke-ločljivosti. Metoda Laser Lift{3}}Off (LLO) ni primerna za selektivno integracijo ne-enotnih rdečih, zelenih in modrih naprav Micro LED. Poleg tega je selektivno popravilo majhnega števila poškodovanih čipov Micro LED ključnega pomena za izboljšanje izkoristka zaslonskih izdelkov. Zato se je pojavila tehnologija Selective Laser Lift-Off (SLLO). Ta tehnologija je uporabna za heterogeno integracijo in selektivna popravila brez potrebe po zapletenem postopku serijske obdelave. Prav tako lahko selektivno prenese določene predhodno{10}}označene diode LED in popravi poškodovane diode LED. SLLO deluje z uporabo laserskega obsevanja za selektivno luščenje čipov Micro LED z vmesnika s substratom. Ultravijolična svetloba se običajno uporablja kot vir svetlobe. Svetloba s krajšo valovno dolžino močneje vpliva na materiale, kar omogoča natančnejši postopek luščenja. Poleg tega je toplota, ki nastane med postopkom luščenja z ultravijolično svetlobo, razmeroma nizka, kar zmanjšuje tveganje toplotnih poškodb.
Uniqarta je predlagala-metodo vzporednega laserskega luščenja velikega obsega, kot je prikazano na sliki 4. Z dodajanjem laserskega skenerja X-Y laserju z enim impulzom se en sam laserski žarek razbije v več laserskih žarkov, kar omogoča-lupljenje ostružkov velikega obsega. Ta shema bistveno poveča število ostružkov, oluščenih v eni sami operaciji, pri čemer doseže hitrost luščenja 100 M/h, z natančnostjo prenosa ±34 μm in ima dobre zmožnosti odkrivanja napak, zaradi česar je trenutno primerna za prenos različnih velikosti in materialov.
3Tehnologija laserskega prenosa
Drugi korak laserskega masivnega prenosa je laserski prenos, ki vključuje prenos ogoljenih čipov z začasne podlage na hrbtno ploščo. Tehnologija lasersko-induciranega naprednega prenosa (LIFT), ki jo predlaga Coherent, je metoda, ki lahko postavi različne funkcionalne materiale in strukture v uporabni-določene vzorce, kar omogoča-postavitev majhnih struktur ali naprav v velikem obsegu. Trenutno je tehnologija LIFT uspešno dosegla prenos različnih elektronskih komponent z velikostmi od 0,1 do več kot 6 mm². Slika 5 prikazuje tipičen postopek LIFT. Pri procesu LIFT gre laser skozi prozorno podlago in ga absorbira dinamična ločilna plast. Zaradi ablativnega ali vaporizacijskega učinka laserja se visok tlak, ki ga ustvari dinamična sprostitvena plast, hitro poveča, s čimer se čip prenese iz žiga na sprejemno podlago.
Po izboljšavah je Uniqarta razvila lasersko-tehnologijo prenosa naprej, ki temelji na pretisnih omotih (BB-LIFT). Kot je prikazano na sliki 6, je razlika v tem, da se med laserskim obsevanjem le majhen del DRL ablira in proizvaja plin, ki zagotavlja energijo udarca. DRL lahko zajame udarni val v širijoč se pretisni omot in nežno potisne čip proti sprejemnemu substratu, kar lahko izboljša natančnost prenosa in zmanjša škodo.
Ne-ponovna uporabnost žiga je pomemben dejavnik, ki omejuje uporabo BB-LIFT. Da bi izboljšali stroškovno-učinkovitost, so raziskovalci razvili tehnologijo BB-LIFT za večkratno uporabo, ki temelji na zasnovi štampiljk za večkratno uporabo, kot je prikazano na sliki 7. Žig je sestavljen iz mikrovotlin s kovinsko plastjo, s stenami votline in elastičnim lepilnim kalupom z mikrostrukturami, ki se uporablja za inkapsulacijo mikrovotlin in lepljenje čipa. Ko je obsevana z laserjem 808 nm, kovinska plast absorbira laser in ustvarja toploto, zaradi česar se zrak v votlini hitro razširi, kar vodi do deformacije štampiljke in znatno zmanjša njeno oprijemljivost. Na tej točki udarec, ki nastane zaradi mehurčkov, povzroči, da se čip odlepi od žiga.
Pri prenosu v-velikem obsegu je med trganjem potreben močan oprijem, da se zagotovi zanesljivo zajemanje; med namestitvijo mora biti adhezija čim manjša, da se doseže prenos, zato je jedro tehnologije v izboljšanju preklopnega razmerja sile adhezije. Raziskovalci so v lepilni sloj vdelali razširljive mikrosfere in uporabili laserski ogrevalni sistem za ustvarjanje zunanjih toplotnih dražljajev. Med postopkom pobiranja majhne-velike vgrajene razširljive mikrosfere zagotavljajo ravnost površine lepilne plasti, medtem ko lahko zanemarimo učinek na močan oprijem lepilne plasti. Vendar pa se med postopkom prenosa zunanji toplotni dražljaj 90 stopinj, ki ga ustvari laserski ogrevalni sistem, hitro prenese na lepilno plast, zaradi česar se notranje mikrosfere hitro razširijo, kot je prikazano na sliki 8. Posledica tega je večplastna mikro-hrapava struktura na površini, kar znatno zmanjša oprijem površine in doseže zanesljivo sprostitev.
Da bi dosegli-prenos v velikem obsegu, so raziskovalci ugotovili, da je prenos odvisen od spremembe oprijema med TRT in funkcionalno napravo ter je nadzorovan s temperaturnimi parametri, kot je prikazano na sliki 9. Ko je temperatura pod kritično temperaturo Tr, je stopnja sproščanja energije TRT/funkcionalne naprave večja od kritične stopnje sproščanja energije substrata funkcionalne naprave/vira, kar povzroči, da se na vmesniku TRT/funkcionalna naprava širijo razpoke, torej omogoča prevzem funkcionalne naprave. Med postopkom prenosa se temperatura dvigne nad kritično temperaturo Tr z laserskim segrevanjem, hitrost sproščanja energije TRT/funkcionalne naprave pa je manjša od kritične hitrosti sproščanja energije funkcionalne naprave/ciljne podlage, kar omogoča uspešen prenos funkcionalne naprave na ciljno podlago.
