01
Introduktion
Mikro LED-teknik, som ett banbrytande-område inom nästa-generations displayteknik, får stor uppmärksamhet och forskning. Jämfört med traditionella LCD-skärmar och organiska ljus-emitterande dioder (OLED) erbjuder mikrolysdioder högre ljusstyrka, högre kontrast och ett bredare färgomfång, samtidigt som de förbrukar mindre ström och har en längre livslängd. Detta ger Micro LEDs betydande potential i tv-apparater, smartphones, små bärbara enheter, i-fordonsskärmar och AR/VR-applikationer. En jämförelse av parametrar mellan Micro LED, LCD och OLED.
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 kraven för hög-precisionsöverföring. Att uppnå en bildskärmsuppsättning som kombinerar Micro LED med kretsdrift kräver flera massöverföringar av Micro LED-chips (åtminstone från safirsubstrat → tillfälligt substrat → nytt substrat), med ett stort antal chips som överförs varje gång, vilket kräver hög stabilitet och noggrannhet i överföringsprocessen. Lasermassöverföring är en teknik för att överföra Micro LED-chips från det ursprungliga safirsubstratet till målsubstratet. För det första separeras chipsen från det naturliga safirsubstratet genom laserlyft-av; sedan utförs ablation på målsubstratet för att möjliggöra att chipsen kan överföras till ett substrat med adhesiva material (såsom polydimetylsiloxan). Slutligen, med hjälp av metallbindningskraften på TFT-bakplanet, överförs chipsen från PDM-substratet till TFT-bakplanet.
02
Laser Lift-Off-teknik
Det första steget av lasermassaöverföring är laserlift-av (LLO). Utbytet av laserlyft-av bestämmer direkt det slutliga utbytet av hela laseröverföringsprocessen. Mikrolysdioder använder vanligtvis substrat som Si och safir för att odla GaN epitaxiella lager för tillverkning. Det finns betydande skillnader i gitterfel och termisk expansionskoefficient mellan Si och GaN, så safirsubstrat används 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 laserlift-av är att använda en laser med kort-våglängd med fotonenergi som är större än GaN-bandgapet men mindre än bandgapen för safir och AlN, som strålar från safirsidan. Lasern passerar genom safiren och AlN och absorberas av GaN-ytskiktet. Under denna process genomgår ytan GaN termisk nedbrytning. Eftersom smältpunkten för Ga är cirka 30 grader genereras N2 och flytande Ga, och N2 försvinner, vilket mekaniskt separerar GaN-epitaxialskiktet från safirsubstratet. Nedbrytningsreaktionen som sker vid gränssnittet kan representeras som:
Enligt formeln för fotonenergi bör den optimala laservåglängden som uppfyller ovanstående villkor vara 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 uppnå full-färgemission med mikrolysdioder är det nödvändigt att exakt arrangera och integrera röda, gröna och blåa mikrolysdioder på samma substrat för att skapa små,-färgskärmspixlar med hög upplösning. LLO är dock 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 Laser Selective Lift-Off-teknik (SLLO) dykt upp. Denna teknologi är lämplig för heterogen integration och selektiv reparation, utan att kräva komplexa batchprocesser. Den kan också selektivt överföra vissa för-specificerade lysdioder och reparera skadade lysdioder.
SLLO uppnås genom att använda en laser för att selektivt separera gränssnittet mellan Micro LED-chipsen och substratet. Ultraviolett ljus används vanligtvis som ljuskälla. Ljus med kort-våglängd interagerar starkare med materialet, vilket möjliggör en mer exakt lyftprocess-. Dessutom är värmen som genereras av ultraviolett ljus under lyft-av-processen relativt låg, vilket minskar risken för termiska skador.
Uniqarta har föreslagit en stor-metod för parallell laserexfoliering, som visas i figur 4. Genom att lägga till en X-Y-laserskanner på basis av en enkel-pulslaser, diffrakteras en enda laserstråle till flera strålar, vilket möjliggör stor-chipexfoliering. Detta schema ökar avsevärt antalet marker som exfolieras i en enda körning, vilket uppnår en exfolieringshastighet på 100 M/h, en överföringsnoggrannhet på ±34 μm och god defektdetekteringsförmåga, lämplig för överföring av olika strömstorlekar och material.
03
Laseröverföringsteknik
Det andra steget av massiv laseröverföring är laseröverföring, som överför det delaminerade chipet från det tillfälliga substratet till bakplanet. Den laser-inducerade framåtöverföringstekniken (LIFT) som föreslås av Coherent är en teknik som kan placera olika funktionella material och strukturer i användardefinierade-mönster, vilket möjliggör stor-placering av strukturer eller enheter med små funktionsstorlekar. 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. Genom laserablation eller förångning 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 blister-baserad laser-inducerad framåtöverföringsteknik (BB-LIFT). Såsom visas i figur 6 ligger skillnaden i att under laserbestrålning, ablateras endast en liten del av DRL för att generera gas för att ge stötenergi. DRL kan kapsla in chockvågen inuti genom att skapa en expanderad blister, som trycker chipet mer försiktigt mot det mottagande substratet, vilket kan förbättra överföringsnoggrannheten och minska skadorna.
Stämpelns icke-återanvändbarhet är en viktig faktor som begränsar tillämpningen av BB-LIFT. För att förbättra kostnads-effektiviteten har forskare utvecklat en återanvändbar BB-LIFT-teknik baserad på designen av återanvändbara formar, som visas i figur 7. Stämpeln består av ett mikrohålrum med ett metallskikt, med hålrumsväggar och en mikrostrukturerad elastisk limform som används för att kapsla in mikrospånet och binda ihop mikrospånet. Under belysning av en 808 nm laser absorberar metallskiktet lasern och genererar värme, vilket gör att luften inuti kaviteten snabbt expanderar, vilket deformerar stämpeln och minskar dess vidhäftning avsevärt. Vid denna tidpunkt underlättar stöten som genereras av bubbelbildning frigörandet av chipet från stämpeln.
Vid stor-överföring krävs stark vidhäftning under upptagning- för att säkerställa tillförlitlig upptagning, medan vidhäftningen måste vara så låg som möjligt under placeringen för att uppnå överföring. Därför ligger nyckelteknologin i att förbättra vidhäftningsförhållandet. Forskare har bäddat in expanderbara mikrosfärer i det adhesiva lagret och använt ett laservärmesystem för att generera extern termisk stimulering. Under upphämtningen- säkerställer de små-inbäddade expanderbara mikrosfärerna att limskiktets yta är plan, medan effekten på limskiktets starka vidhäftning kan försummas. Under överföringsprocessen överförs den 90 graders externa termiska stimuleringen 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 mikro{10}}lyftstruktur på ytan, vilket avsevärt minskar ytvidhäftningen och uppnår tillförlitlig frisättning.
För att uppnå storskalig överföring fann forskare att överföringen beror på variationen 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, överstiger energifrisättningshastigheten för TRT/funktionell enhet den kritiska energifrisättningshastigheten för den funktionella enheten/källans substrat, vilket orsakar sprickor/sprickor i gränssnittet TRT, vilket leder till sprickor i TRT. upp den funktionella enheten. Under överföringsprocessen höjer laseruppvärmning temperaturen över den kritiska temperaturen Tr, vilket gör energifrisättningshastigheten för TRT/funktionsanordningen lägre än den kritiska energifrisättningshastigheten för den funktionella anordningen/målsubstratet, och överför därigenom den funktionella anordningen till målsubstratet.
