01
Uvod
Tehnologija mikro LED kot vrhunsko-področje tehnologije zaslonov naslednje-generacije je deležna široke pozornosti in raziskav. V primerjavi s tradicionalnimi zasloni s tekočimi kristali in organskimi svetlečimi -diodami (OLED) ponujajo mikro LED večjo svetlost, večji kontrast in širši barvni razpon, hkrati pa porabijo manj energije in imajo daljšo življenjsko dobo. To daje mikro LED-jem pomemben potencial v televizorjih, pametnih telefonih, majhnih nosljivih napravah, v-zaslonih v vozilih in aplikacijah AR/VR. Primerjava parametrov med Micro LED, LCD in OLED.
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 zahteve za visoko-natančen prenos. Doseganje niza zaslonov, ki združuje Micro LED s pogonom vezja, zahteva večkratne prenose mase mikro LED čipov (vsaj iz safirnega substrata → začasni substrat → nov substrat), pri čemer se vsakič prenese veliko število čipov, kar zahteva visoko stabilnost in natančnost postopka prenosa. Laserski masni prenos je tehnika za prenos čipov Micro LED iz naravnega safirnega substrata na ciljni substrat. Prvič, čipi so ločeni od izvorne safirne podlage z laserskim dvigom; nato se na ciljnem substratu izvede ablacija, da se čipi prenesejo na substrat z lepilnimi materiali (kot je polidimetilsiloksan). Na koncu se čipi s pomočjo kovinske vezne sile na hrbtni plošči TFT prenesejo s substrata PDM na hrbtno ploščo TFT.
02
Tehnologija laserskega dviga-Off
Prvi korak laserskega prenosa mase je laserski dvig -off (LLO). Izkoristek laserskega dviga-neposredno določa končni izkoristek celotnega postopka laserskega prenosa. Mikro LED običajno uporabljajo substrate, kot sta silicij in safir, za gojenje epitaksialnih plasti GaN za izdelavo. Med Si in GaN obstajajo znatne razlike v neskladju mreže in koeficientu toplotnega raztezanja, zato se safirni substrati pogosteje uporabljajo pri pripravi čipov Micro LED.
Pasovni pas safirja je 9,9 eV, GaN 3,39 eV in AlN 6,2 eV. Načelo laserskega dviga-je uporaba laserja s kratko-valovno dolžino z energijo fotona, ki je večja od pasovne vrzeli GaN, vendar manjša od pasovne vrzeli safirja in AlN, ki seva s strani safirja. Laser prehaja skozi safir in AlN ter ga absorbira površinska plast GaN. Med tem procesom se površina GaN termično razgradi. Ker je tališče Ga približno 30 stopinj, nastaneta N2 in tekoči Ga, N2 pa uhaja, s čimer mehansko loči epitaksialno plast GaN od safirne podlage. Reakcijo razgradnje, ki se pojavi na vmesniku, lahko predstavimo kot:
V skladu s formulo za energijo fotona 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.
Da bi dosegli polno-barvno oddajanje z mikro LED diodami, je treba natančno razporediti in integrirati rdeče, zelene in modre čipe mikro LED na istem substratu, da ustvarite drobne slikovne pike barvnega zaslona visoke-ločljivosti. Vendar LLO ni primeren 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 Laser Selective Lift-Off (SLLO). Ta tehnologija je primerna za heterogeno integracijo in selektivno popravilo, ne da bi zahtevali zapletene šaržne procese. Prav tako lahko selektivno prenese nekaj vnaprej-določenih LED in popravi poškodovane LED.
SLLO se doseže z uporabo laserja za selektivno ločevanje vmesnika med mikro LED čipi in podlago. Ultravijolična svetloba se običajno uporablja kot vir svetlobe. Svetloba kratke-valovne dolžine močneje vpliva na material, kar omogoča natančnejši-postopek dviganja. Poleg tega je toplota, ki jo ustvari ultravijolična svetloba med postopkom dviganja, razmeroma nizka, kar zmanjšuje tveganje toplotnih poškodb.
Uniqarta je predlagala-metodo vzporednega laserskega pilinga velikega obsega, kot je prikazano na sliki 4. Z dodajanjem laserskega skenerja X-Y na podlagi laserja z enim-impulzom se en sam laserski žarek razbije v več žarkov, kar omogoča luščenje ostružkov velikega- obsega. Ta shema znatno poveča število ostružkov, odluščenih v enem samem zagonu, pri čemer doseže hitrost luščenja 100 M/h, natančnost prenosa ±34 μm in dobro sposobnost zaznavanja napak, primerno za prenos različnih trenutnih velikosti in materialov.
03
Tehnologija laserskega prenosa
Drugi korak laserskega masivnega prenosa je laserski prenos, ki prenese razlojeni čip iz začasne podlage na hrbtno ploščo. Tehnologija lasersko-induciranega naprednega prenosa (LIFT), ki jo predlaga Coherent, je tehnika, ki lahko umesti različne funkcionalne materiale in strukture v uporabni-določene vzorce, kar omogoča-umestitev struktur ali naprav v velikem obsegu z majhnimi velikostmi funkcij. 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. Z lasersko ablacijo ali uparjanjem 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 (BB-LIFT), ki temelji-na osnovi laserja. Kot je prikazano na sliki 6, je razlika v tem, da se med laserskim obsevanjem le majhen del DRL odstrani, da se ustvari plin, ki zagotovi energijo udarca. DRL lahko inkapsulira udarni val v notranjost tako, da ustvari razširjen pretisni omot, s čimer 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 tehniko BB-LIFT za večkratno uporabo, ki temelji na zasnovi kalupov za večkratno uporabo, kot je prikazano na sliki 7. Žig je sestavljen iz mikrovotline s kovinsko plastjo, s stenami votline in mikrostrukturiranega elastičnega lepilnega kalupa, ki se uporablja za inkapsulacijo mikrovotline in lepljenje čipa. Pod osvetlitvijo z laserjem 808 nm kovinska plast absorbira laser in ustvarja toploto, zaradi česar se zrak v votlini hitro razširi, deformira žig in močno zmanjša njegovo oprijemljivost. Na tej točki udarec, ki nastane zaradi nastajanja mehurčkov, olajša ločitev čipa od žiga.
Pri-prenosu velikega obsega je med pobiranjem potreben močan oprijem-za zagotovitev zanesljivega zajema, medtem ko mora biti oprijem med namestitvijo čim manjši, da se doseže prenos. Zato je ključna tehnologija v izboljšanju preklopnega razmerja adhezije. Raziskovalci so v lepilni sloj vdelali razširljive mikrosfere in uporabili laserski ogrevalni sistem za ustvarjanje zunanje toplotne stimulacije. Med-postopkom pobiranja majhne-velike vdelane razširljive mikrosfere zagotavljajo ravnost površine lepilne plasti, medtem ko je mogoče zanemariti učinek na močan oprijem lepilne plasti. Med postopkom prenosa se 90-stopinjska zunanja toplotna stimulacija, ki jo 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 mikro-dvižna 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 variacije 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, stopnja sproščanja energije TRT/funkcionalne naprave presega kritično stopnjo sproščanja energije substrata funkcionalne naprave/vira, kar povzroči širjenje razpok na vmesniku TRT/funkcionalne naprave in s tem pobiranje nadgradnjo funkcionalne naprave. Med postopkom prenosa lasersko segrevanje dvigne temperaturo nad kritično temperaturo Tr, zaradi česar je stopnja sproščanja energije TRT/funkcionalne naprave nižja od kritične stopnje sproščanja energije funkcionalne naprave/ciljne podlage, s čimer se funkcionalna naprava uspešno prenese na ciljno podlago.
