01
Uvod
Micro LED tehnologija, kao najnovije-područje tehnologije zaslona sljedeće-generacije, privlači široku pozornost i istraživanja. U usporedbi s tradicionalnim zaslonima s tekućim kristalima i organskim svjetlo-diodama (OLED), mikro LED diode nude veću svjetlinu, veći kontrast i širi raspon boja, a istovremeno troše manje energije i imaju duži vijek trajanja. To mikro LED diodama daje značajan potencijal u televizorima, pametnim telefonima, malim nosivim uređajima, u-zaslonima u vozilima i AR/VR aplikacijama. Usporedba parametara između Micro LED, LCD i OLED.
Prijenos mase ključni je korak u prijenosu Micro LED čipova sa supstrata za rast na ciljni supstrat. Zbog velike gustoće i male veličine mikro LED čipova, tradicionalne metode prijenosa teško ispunjavaju zahtjeve za visoko-preciznim prijenosom. Postizanje niza zaslona koji kombinira Micro LED s pogonom sklopa zahtijeva višestruke prijenose mase Micro LED čipova (barem od safirne podloge → privremene podloge → nove podloge), s velikim brojem prebačenih čipova svaki put, zahtijevajući visoku stabilnost i točnost procesa prijenosa. Laserski prijenos mase je tehnika za prijenos Micro LED čipova s izvorne safirne podloge na ciljnu podlogu. Prvo, čipovi se odvajaju od izvorne safirne podloge laserskim podizanjem; zatim se izvodi ablacija na ciljnoj podlozi kako bi se omogućilo prenošenje čipsa na podlogu s ljepljivim materijalima (kao što je polidimetilsiloksan). Naposljetku, korištenjem sile spajanja metala na stražnjoj ploči TFT-a, čipovi se prenose s podloge PDM na stražnju ploču TFT-a.
02
Laser Lift-Off tehnologija
Prvi korak laserskog prijenosa mase je lasersko podizanje (LLO). Prinos laserskog podizanja izravno određuje konačni prinos cijelog procesa laserskog prijenosa. Mikro LED diode obično koriste supstrate kao što su Si i safir za uzgoj GaN epitaksijalnih slojeva za izradu. Postoje značajne razlike u rešetki i koeficijentu toplinske ekspanzije između Si i GaN, pa se safirni supstrati češće koriste u pripremi mikro LED čipova.
Širina pojasa safira je 9,9 eV, GaN je 3,39 eV, a AlN je 6,2 eV. Načelo laserskog podizanja-je upotreba lasera kratke-valne duljine s energijom fotona većom od GaN razmaka pojasa, ali manjom od razmaka pojasa safira i AlN, koji zrači sa strane safira. Laser prolazi kroz safir i AlN i apsorbira ga GaN površinski sloj. Tijekom ovog procesa površinski GaN prolazi kroz toplinsku razgradnju. Budući da je talište Ga oko 30 stupnjeva, stvaraju se N2 i tekući Ga, a N2 izlazi, čime se mehanički odvaja epitaksijalni sloj GaN od safirne podloge. Reakcija razgradnje koja se odvija na granici može se predstaviti kao:
Prema formuli za energiju fotona, optimalna valna duljina lasera koja zadovoljava gore navedene uvjete trebala bi biti u sljedećem rasponu: 125 nm < 209 nm Manje ili jednako λ Manje ili jednako 365 nm. Istraživanja pokazuju da su širina laserskog pulsa, laserska valna duljina i gustoća laserske energije ključni čimbenici u postizanju procesa laserske ablacije.
Da bi se postigla puna{0}}emisija boja s mikro LED diodama, potrebno je precizno rasporediti i integrirati crvene, zelene i plave mikro LED čipove na istu podlogu kako bi se stvorili sićušni pikseli u boji visoke-razlučivosti. Međutim, LLO nije prikladan za selektivnu integraciju ne-jednolikih crvenih, zelenih i plavih mikro LED uređaja. Štoviše, selektivno popravljanje malog broja oštećenih mikro LED čipova ključno je za poboljšanje učinka zaslonskih proizvoda. Stoga se pojavila tehnologija Laser Selective Lift-Off (SLLO). Ova je tehnologija prikladna za heterogenu integraciju i selektivne popravke, bez potrebe za složenim šaržnim procesima. Također može selektivno prenijeti neke unaprijed-navedene LED diode i popraviti oštećene LED diode.
SLLO se postiže korištenjem lasera za selektivno odvajanje sučelja između mikro LED čipova i podloge. Kao izvor svjetlosti obično se koristi ultraljubičasto svjetlo. Svjetlo kratke-valne duljine jače stupa u interakciju s materijalom, omogućujući precizniji-proces podizanja. Osim toga, toplina koju stvara ultraljubičasto svjetlo tijekom procesa podizanja je relativno niska, smanjujući rizik od toplinskog oštećenja.
Uniqarta je predložila metodu-paralelne laserske eksfolijacije velikih razmjera, kao što je prikazano na slici 4. Dodavanjem X-Y laserskog skenera na temelju jednog-pulsnog lasera, jedna laserska zraka difragira se u više zraka, omogućujući-ljuštenje krhotina u velikim-razmjerima. Ova shema značajno povećava broj ljuštenih strugotina u jednom ciklusu, postižući brzinu ljuštenja od 100 M/h, točnost prijenosa od ±34 μm i dobru sposobnost otkrivanja nedostataka, prikladnu za prijenos različitih trenutnih veličina i materijala.
03
Tehnologija laserskog prijenosa
Drugi korak laserskog masovnog prijenosa je laserski prijenos, koji prenosi slojeviti čip s privremene podloge na stražnju ploču. Tehnologija laser-induciranog prijenosa naprijed (LIFT) koju predlaže Coherent je tehnika koja može postaviti različite funkcionalne materijale i strukture u -korisnički definirane uzorke, omogućujući-postavljanje struktura ili uređaja u velikim razmjerima s malim veličinama značajki. Trenutno je LIFT tehnologija uspješno postigla prijenos različitih elektroničkih komponenti, s veličinama u rasponu od 0,1 do preko 6 mm2. Slika 5 prikazuje tipičan LIFT proces. U procesu LIFT, laser prolazi kroz prozirnu podlogu i apsorbira ga sloj za dinamičko otpuštanje. Kroz lasersku ablaciju ili isparavanje, visoki tlak koji stvara sloj za dinamičko odvajanje brzo se povećava, prenoseći tako čip s pečata na prihvatnu podlogu.
Nakon poboljšanja, Uniqarta je razvila blister{0}}laser-tehnologiju prijenosa naprijed (BB-LIFT). Kao što je prikazano na slici 6, razlika leži u tome što se tijekom laserskog zračenja samo mali dio DRL-a ablaira kako bi se proizveo plin koji daje energiju udarca. DRL može inkapsulirati udarni val iznutra stvaranjem proširenog mjehura, gurajući čip nježnije prema primajućoj podlozi, što može poboljšati točnost prijenosa i smanjiti štetu.
Ne-ponovna upotreba pečata važan je faktor koji ograničava primjenu BB-LIFT-a. Kako bi poboljšali -učinkovitost troškova, istraživači su razvili tehniku BB-LIFT za višekratnu upotrebu koja se temelji na dizajnu kalupa za višekratnu upotrebu, kao što je prikazano na slici 7. Pečat se sastoji od mikrošupljine s metalnim slojem, sa stijenkama šupljine i mikrostrukturiranog elastičnog ljepljivog kalupa koji se koristi za kapsuliranje mikrošupljine i spajanje čipa. Pod osvjetljenjem laserom od 808 nm, metalni sloj apsorbira laser i stvara toplinu, uzrokujući brzo širenje zraka unutar šupljine, deformirajući pečat i uvelike smanjujući njegovo prianjanje. U ovom trenutku, udar koji stvara stvaranje mjehurića olakšava odvajanje čipa od pečata.
Kod prijenosa velikih-razmjera potrebno je jako prianjanje tijekom podizanja-kako bi se osiguralo pouzdano prikupljanje, dok prianjanje mora biti što niže tijekom postavljanja da bi se postigao prijenos. Stoga ključna tehnologija leži u poboljšanju omjera prebacivanja prianjanja. Istraživači su u ljepljivi sloj ugradili proširive mikrosfere i upotrijebili laserski sustav grijanja za generiranje vanjske toplinske stimulacije. Tijekom-procesa skupljanja, ugrađene proširive mikrosfere male-veličine osiguravaju ravnost površine ljepljivog sloja, dok se učinak na jako prianjanje ljepljivog sloja može zanemariti. Tijekom procesa prijenosa, vanjska toplinska stimulacija od 90 stupnjeva koju stvara laserski sustav grijanja brzo se prenosi na ljepljivi sloj, uzrokujući brzo širenje unutarnjih mikrosfera, kao što je prikazano na slici 8. To rezultira strukturom mikro-podizanja na površini, značajno smanjujući prianjanje površine i postižući pouzdano otpuštanje.
Da bi se postigao prijenos velikih-razmjera, istraživači su otkrili da prijenos ovisi o varijacijama u adheziji između TRT-a i funkcionalnog uređaja, a kontroliraju ga temperaturni parametri, kao što je prikazano na slici 9. Kada je temperatura ispod kritične temperature Tr, brzina otpuštanja energije TRT-a/funkcionalnog uređaja premašuje kritičnu brzinu otpuštanja energije supstrata funkcionalnog uređaja/izvora, uzrokujući širenje pukotina na sučelju TRT-a/funkcionalnog uređaja, čime se skuplja poboljšati funkcionalni uređaj. Tijekom procesa prijenosa, lasersko zagrijavanje podiže temperaturu iznad kritične temperature Tr, čineći brzinu otpuštanja energije TRT/funkcionalnog uređaja nižom od kritične brzine otpuštanja energije funkcionalnog uređaja/ciljne podloge, čime se funkcionalni uređaj uspješno prenosi na ciljnu podlogu.
