1. Mikro-LED-teknik, som ett gränsområde inom nästa-generations displayteknik, får stor uppmärksamhet och forskning. Jämfört med traditionella LCD-skärmar och organiska ljus-dioder (OLED) erbjuder Micro LED högre ljusstyrka, högre kontrast och ett bredare färgomfång, samtidigt som de har lägre energiförbrukning och längre livslängd. Detta ger Micro LED en enorm potential inom områden som tv-apparater, smartphones, smarta bärbara enheter i små-storlekar, i-bilskärmar och AR/VR. Parameterjämförelsen mellan Micro LED, LCD och OLED visas i figur 1.
Massöverföring är ett nyckelsteg för att överföra Micro LED-chips från tillväxtsubstratet till målsubstratet. På grund av den höga densiteten och den lilla storleken på Micro LED-chips, kämpar traditionella överföringsmetoder för att uppfylla de höga precisionskraven. För att uppnå en bildskärmsuppsättning som kombinerar Micro LEDs med kretsdrivrutiner krävs flera massöverföringar av Micro LED-chipsen (åtminstone från safirsubstrat till temporärt substrat till nytt substrat), med ett stort antal chips som överförs varje gång, vilket ställer höga krav på överföringsprocessens stabilitet och precision. Laser mass transfer är en teknologi för att överföra Micro LED-chips från det ursprungliga safirsubstratet till målsubstratet. Först separeras chipsen från det naturliga safirsubstratet via laserpeeling; sedan utförs en ablationsbehandling på målsubstratet för att överföra chipsen till ett substrat med ett klibbigt material (såsom polydimetylsiloxan). Slutligen överförs chipsen från PDM-substratet till TFT-bakplanet med hjälp av metallbindningskraften på TFT-bakplanet.
02Laser peeling-teknik
Det första steget av laserbulköverföring är laserpeeling (LLO). Utbytet av laserpeeling bestämmer direkt det slutliga utbytet av hela laseröverföringsprocessen. Mikrolysdioder använder vanligtvis substrat som Si och safir för att odla GaN epitaxiella lager för förberedelse. Det finns betydande problem såsom stor gallermissanpassning och skillnader i termiska expansionskoefficienter mellan Si-material och GaN; därför används safirsubstrat oftare vid framställning av Micro LED-chips. Bandgapet för safir är 9,9 eV, GaN är 3,39 eV och AlN är 6,2 eV. Principen för laserpeeling innebär att man använder korta-lasrar med fotonenergi som är större än GaN-energibandgapet men mindre än bandgapen för safir och AlN, som strålar från safirsidan. Lasern passerar genom safir och AlN och absorberas sedan av ytan GaN. Under denna process genomgår GaN på ytan termisk sönderdelning, och eftersom smältpunkten för Ga är cirka 30 grader genereras N2 och flytande Ga, varvid N2 därefter försvinner, och därigenom uppnås separationen av GaN-epitaxialskiktet från safirsubstratet genom mekanisk kraft. Nedbrytningsreaktionen som sker vid gränssnittet kan representeras som:
Enligt formeln för fotonenergi bör den optimala laservåglängden som uppfyller ovanstående villkor falla inom följande område: 125 nm < 209 nm Mindre än eller lika med λ Mindre än eller lika med 365 nm. Forskning visar att laserpulsbredd, laservåglängd och laserenergitäthet är nyckelfaktorer för att uppnå laserablationsprocessen.
För att realisera -mikro LED-belysning i full färg är det nödvändigt att exakt ordna och integrera Micro LED-chips i rött, grönt och blått på samma substrat för att skapa en liten,-färgskärmspixel med hög upplösning. Metoden Laser Lift-Off (LLO) är inte lämplig för selektiv integrering av icke-enhetliga röda, gröna och blå Micro LED-enheter. Att selektivt reparera ett litet antal skadade Micro LED-chips är dessutom avgörande för att förbättra utbytet av displayprodukter. Därför har tekniken för Selective Laser Lift-Off (SLLO) dykt upp. Denna teknik är tillämpbar för heterogen integration och selektiv reparation, utan behov av en komplex batchbearbetningsprocedur. Den kan också selektivt överföra specifika förutsedda{10}}lysdioder och reparera skadade lysdioder. SLLO fungerar genom att använda laserbestrålning för att selektivt ta bort mikro-LED-chips från gränssnittet med substratet. Ultraviolett ljus används vanligtvis som ljuskälla. Ljuset med kortare våglängd interagerar starkare med materialen, vilket möjliggör en mer exakt skalningsprocess. Dessutom är värmen som genereras under skalningsprocessen med ultraviolett ljus relativt låg, vilket minskar risken för termiska skador.
Uniqarta har föreslagit en storskalig- parallell laserpeelingmetod, som visas i figur 4. Genom att lägga till en X-Y-laserskanner till enkelpulslasern, diffrakteras en enda laserstråle till flera laserstrålar, vilket möjliggör stor-skalning av chips. Detta schema ökar avsevärt antalet spån som skalas i en enda operation, vilket uppnår en skalningshastighet på 100 M/h, med en överföringsnoggrannhet på ±34 μm, och har goda defektdetekteringsförmåga, vilket gör den lämplig för överföring av olika storlekar och material för närvarande.
3Laseröverföringsteknik
Det andra steget av massiv laseröverföring är laseröverföring, vilket innebär att överföra de avskalade chipsen från det tillfälliga substratet till bakplanet. Den laser-inducerade framåtöverföringstekniken (LIFT) som föreslås av Coherent är en metod som kan placera olika funktionella material och strukturer i användardefinierade-mönster, vilket möjliggör stor-placering av strukturer eller enheter med liten funktionsstorlek. För närvarande har LIFT-tekniken framgångsrikt uppnått överföringen av olika elektroniska komponenter, med storlekar från 0,1 till över 6 mm². Figur 5 visar en typisk LIFT-process. I LIFT-processen passerar lasern genom det transparenta substratet och absorberas av det dynamiska släppskiktet. På grund av laserns ablativa eller förångningseffekt ökar det höga trycket som genereras av det dynamiska släppskiktet snabbt, och överför därigenom chipet från stämpeln till det mottagande substratet.
Efter förbättringar utvecklade Uniqarta en laser-inducerad framåtöverföringsteknik baserad på blåsor (BB-LIFT). Såsom visas i figur 6 är skillnaden att under laserbestrålning, ablateras endast en liten del av DRL och producerar gas för att ge stötenergi. DRL kan kapsla in stötvågen i en expanderande blister och försiktigt trycka chipet mot det mottagande substratet, vilket kan förbättra överföringsnoggrannheten och minska skadorna.
Stämpelns icke-återanvändbarhet är en betydande faktor som begränsar tillämpningen av BB-LIFT. För att förbättra kostnads-effektiviteten utvecklade forskare en återanvändbar BB-LIFT-teknik baserad på designen av återanvändbara stämplar, som visas i figur 7. Stämpeln består av mikrohåligheter med ett metallskikt, med hålrumsväggarna och en elastisk limform med mikrostrukturer som används för att kapsla in mikrospånen och binda in mikrospånen. När det bestrålas av en 808 nm-laser absorberar metallskiktet lasern och genererar värme, vilket gör att luften inuti kaviteten expanderar snabbt, vilket leder till deformering av stämpeln och avsevärt minskar dess vidhäftning. Vid denna tidpunkt gör chocken som genereras av bubbling att chipet lossnar från stämpeln.
Vid stor-överföring krävs en stark vidhäftning under plockning för att säkerställa tillförlitlig fångst; under placeringen måste vidhäftningen vara så minimal som möjligt för att uppnå överföring, så kärnan i tekniken ligger i att förbättra vidhäftningskraftens växlingsförhållande. Forskare bäddade in expanderbara mikrosfärer i det adhesiva lagret och använde ett laservärmesystem för att generera externa termiska stimuli. Under plockningsprocessen säkerställer de små-inbäddade expanderbara mikrosfärerna att limskiktets yta är plan, medan effekten på det adhesiva lagrets starka vidhäftning kan försummas. Men under överföringsprocessen överförs den externa termiska stimulansen på 90 grader som genereras av laservärmesystemet snabbt till det adhesiva lagret, vilket gör att de inre mikrosfärerna expanderar snabbt, som visas i figur 8. Detta resulterar i en skiktad mikro-grov struktur på ytan, vilket avsevärt minskar ytvidhäftningen och uppnår tillförlitlig frisättning.
För att uppnå storskalig överföring fann forskare att överföringen beror på förändringen i vidhäftning mellan TRT och den funktionella enheten, och styrs av temperaturparametrar, som visas i figur 9. När temperaturen är under den kritiska temperaturen Tr, är energiutsläppshastigheten för TRT/funktionell enhet större än den kritiska energiutsläppshastigheten för den funktionella enheten/källan, vilket leder till att TRT-substratet spänner till att fungera. gränssnitt, vilket gör att den funktionella enheten kan plockas upp. Under överföringsprocessen höjs temperaturen över den kritiska temperaturen Tr genom laseruppvärmning, och energifrisättningshastigheten för TRT/funktionsanordningen är mindre än den kritiska energifrisättningshastigheten för den funktionella anordningen/målsubstratet, vilket gör att den funktionella anordningen framgångsrikt kan överföras till målsubstratet.
