01
Uvod
Mikro LED tehnologija, kao najsavremenija-ivica tehnologije displeja sljedeće-generacije, prima široku pažnju i istraživanja. U poređenju sa tradicionalnim displejima sa tečnim kristalima i organskim-diodama koje emituju svetlost (OLED), Micro LED diode nude veću osvetljenost, veći kontrast i širi spektar boja, dok troše manje energije i imaju duži životni vek. Ovo daje Micro LED diodama značajan potencijal u televizorima, pametnim telefonima, malim nosivim uređajima, u-ekranima vozila i AR/VR aplikacijama. Poređenje parametara između Micro LED, LCD i OLED.
Prijenos mase je ključni korak u prijenosu mikro LED čipova sa supstrata za rast na ciljni supstrat. Zbog velike gustine i male veličine mikro LED čipova, tradicionalni načini prijenosa se bore da ispune zahtjeve za visoko{1}}precizan prijenos. Postizanje niza displeja koji kombinuje Micro LED sa pogonom na strujno kolo zahteva višestruke prenose mase Micro LED čipova (barem sa safirne podloge → privremene podloge → nove podloge), sa velikim brojem čipova koji se prenose svaki put, zahtevajući visoku stabilnost i tačnost procesa prenosa. Laserski prijenos mase je tehnika za prijenos Micro LED čipova sa prirodnog safirnog supstrata na ciljnu podlogu. Prvo, čipovi se odvajaju od matične safirne podloge putem laserskog podizanja-off; zatim se vrši ablacija na ciljnoj podlozi kako bi se čipovi mogli prenijeti na podlogu sa ljepljivim materijalima (kao što je polidimetilsiloksan). Konačno, koristeći silu metalnog vezivanja na TFT zadnjoj ploči, čipovi se prenose sa PDM podloge na TFT zadnju ploču.
02
Tehnologija Laser Lift-Off
Prvi korak laserskog prijenosa mase je laserski lift-off (LLO). Prinos laserskog podizanja-direktno 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 proizvodnju. Postoje značajne razlike u neusklađenosti rešetki i koeficijentima termičkog širenja između Si i GaN, tako da se safirne podloge češće koriste u pripremi Micro LED čipova.
Pojasni razmak safira je 9,9eV, GaN je 3,39eV, a AlN je 6,2eV. Princip laserskog podizanja-off-a je korištenje lasera kratke-talasne dužine sa energijom fotona većom od pojasnog razmaka GaN, ali manjim od pojasa safira i AlN, koji zrači sa safirne strane. Laser prolazi kroz safir i AlN i apsorbuje ga površinski sloj GaN. Tokom ovog procesa, površina GaN prolazi kroz termičku dekompoziciju. Pošto je tačka topljenja Ga oko 30 stepeni, stvaraju se N2 i tečni Ga, a N2 izlazi, čime se mehanički odvaja epitaksijalni sloj GaN od safirne podloge. Reakcija dekompozicije koja se dešava na interfejsu može se predstaviti kao:
Prema formuli za energiju fotona, optimalna talasna dužina lasera koja ispunjava gore navedene uslove treba da bude u sledećem opsegu: 125 nm < 209 nm Manje ili jednako λ Manje ili jednako 365 nm. Istraživanja pokazuju da su širina laserskog impulsa, talasna dužina lasera i gustina laserske energije ključni faktori u postizanju procesa laserske ablacije.
Da bi se postigla puna-emisija u boji sa Micro LED diodama, potrebno je precizno rasporediti i integrirati crvene, zelene i plave mikro LED čipove na istoj podlozi kako bi se kreirali mali pikseli u boji visoke{1}}rezolucije. Međutim, LLO nije pogodan za selektivnu integraciju ne-ujednačenih crvenih, zelenih i plavih Micro LED uređaja. Štaviše, selektivna popravka malog broja oštećenih Micro LED čipova je ključna za poboljšanje prinosa proizvoda za prikaz. Stoga se pojavila tehnologija Laser Selective Lift-Off (SLLO). Ova tehnologija je pogodna za heterogenu integraciju i selektivnu popravku, bez potrebe za složenim serijskim procesima. Također može selektivno prenijeti neke unaprijed -specificirane LED diode i popraviti oštećene LED diode.
SLLO se postiže upotrebom lasera za selektivno odvajanje interfejsa između Micro LED čipova i podloge. Ultraljubičasto svjetlo se obično koristi kao izvor svjetlosti. Svjetlost kratke{2}}talasne dužine jače stupa u interakciju s materijalom, omogućavajući precizniji-proces podizanja. Osim toga, toplina koju generiše ultraljubičasto svjetlo tokom procesa podizanja-je relativno niska, što smanjuje rizik od termičkog oštećenja.
Uniqarta je predložila veliku-metodu paralelnog laserskog pilinga, kao što je prikazano na slici 4. Dodavanjem X-Y laserskog skenera na bazi jednog-impulsnog lasera, jedan laserski snop se difraktira u više snopova, omogućavajući -eksfolijaciju čipova velikih razmjera. Ova šema značajno povećava broj čipova koji se ljušte u jednom ciklusu, postižući brzinu ljuštenja od 100 M/h, tačnost prijenosa od ±34 μm i dobru sposobnost detekcije defekta, pogodnu za prijenos različitih veličina i materijala.
03
Laser Transfer Technology
Drugi korak laserskog masovnog prijenosa je laserski prijenos, koji prenosi raslojeni čip sa privremene podloge na stražnju ploču. Tehnologija laserskog-induciranog prijenosa naprijed (LIFT) koju je predložio Coherent je tehnika koja može postaviti različite funkcionalne materijale i strukture u korisnički-definirane obrasce, omogućavajući-veliko postavljanje struktura ili uređaja sa malim veličinama karakteristika. Trenutno je LIFT tehnologija uspješno ostvarila prijenos različitih elektronskih komponenti, veličine od 0,1 do preko 6 mm2. Slika 5 prikazuje tipičan proces LIFT. U procesu LIFT-a, laser prolazi kroz prozirnu podlogu i apsorbira ga sloj za dinamičko oslobađanje. Laserskom ablacijom ili vaporizacijom, visoki pritisak koji stvara sloj za dinamičko oslobađanje brzo se povećava, čime se čip prenosi sa pečata na supstrat koji prima.
Nakon poboljšanja, Uniqarta je razvila blister-baziranu na laseru-indukovanu tehnologiju prijenosa naprijed (BB-LIFT). Kao što je prikazano na slici 6, razlika je u tome što se tokom laserskog zračenja, samo mali dio DRL-a ablira kako bi se stvorio plin kako bi se osigurala energija udara. DRL može inkapsulirati udarni val iznutra stvaranjem proširenog blistera, gurajući čip nježnije prema podlozi koja prima, što može poboljšati preciznost prijenosa i smanjiti štetu.
Ne-ponovna upotreba pečata je važan faktor koji ograničava primjenu BB-LIFT-a. Da bi poboljšali isplativost, istraživači su razvili BB-LIFT tehniku za višekratnu upotrebu zasnovanu na dizajnu kalupa za višekratnu upotrebu, kao što je prikazano na slici 7. Pečat se sastoji od mikrošupljine sa metalnim slojem, sa zidovima šupljine i mikrostrukturiranog elastičnog ljepljivog kalupa koji se koristi za kapsuliranje i spajanje mikrocaviteta. Pod osvjetljenjem laserom od 808 nm, metalni sloj apsorbira laser i stvara toplinu, uzrokujući da se zrak unutar šupljine brzo širi, deformirajući pečat i uvelike smanjujući njegovo prianjanje. U ovom trenutku, udar nastao formiranjem mehurića olakšava odvajanje čipa od pečata.
Kod velikog-transfera, potrebna je jaka adhezija tokom preuzimanja-kako bi se osiguralo pouzdano stjecanje, dok prianjanje mora biti što je moguće niže tokom postavljanja da bi se postigao prijenos. Stoga, ključna tehnologija leži u poboljšanju omjera promjene adhezije. Istraživači su ugradili proširive mikrosfere u sloj ljepila i koristili laserski sistem grijanja za stvaranje vanjske termalne stimulacije. Tokom procesa-pokupljanja, male-ugrađene proširive mikrosfere osiguravaju ravnost površine sloja ljepila, dok se efekat na jako prianjanje sloja ljepila može zanemariti. Tokom procesa prijenosa, vanjska termička stimulacija od 90 stepeni koju generiše sistem laserskog grijanja brzo se prenosi na sloj ljepila, uzrokujući brzo širenje unutrašnjih mikrosfera, kao što je prikazano na slici 8. Ovo rezultira mikro-podiznom strukturom na površini, značajno smanjujući prianjanje površine i postižući pouzdano otpuštanje.
Da bi se postigao prijenos velikog-razmjera, istraživači su otkrili da prijenos ovisi o varijaciji u prianjanju između TRT-a i funkcionalnog uređaja, i da se kontrolira temperaturnim parametrima, kao što je prikazano na slici 9. Kada je temperatura ispod kritične temperature Tr, brzina oslobađanja energije TRT-a/funkcionalnog uređaja premašuje kritičnu brzinu oslobađanja energije funkcionalnog uređaja/izvornog supstrata, što uzrokuje pukotine do RT-a/izvornog supstrata, uzrokujući tu funkciju do RT-a/funkcionalnog uređaja. preuzimanje funkcionalnog uređaja. Tokom procesa prijenosa, lasersko grijanje podiže temperaturu iznad kritične temperature Tr, čineći brzinu oslobađanja energije TRT-a/funkcionalnog uređaja nižom od kritične brzine oslobađanja energije funkcionalnog uređaja/ciljnog supstrata, čime se uspješno prenosi funkcionalni uređaj na ciljnu podlogu.
