1.Η τεχνολογία Micro LED, ως πεδίο αιχμής στην τεχνολογία οθόνης επόμενης-γενιάς, τυγχάνει ευρείας προσοχής και έρευνας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές οθόνες υγρών κρυστάλλων και τις οργανικές διόδους εκπομπής{3}του φωτός (OLED), το Micro LED προσφέρει υψηλότερη φωτεινότητα, υψηλότερη αντίθεση και ευρύτερη χρωματική γκάμα, ενώ έχει επίσης χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Αυτό δίνει στο Micro LED τεράστιες δυνατότητες σε τομείς όπως τηλεοράσεις, smartphone, μικρού μεγέθους-έξυπνα φορητά, σε-οθόνες αυτοκινήτου και AR/VR. Η σύγκριση παραμέτρων μεταξύ Micro LED, LCD και OLED φαίνεται στο Σχήμα 1.
Η μεταφορά μάζας είναι ένα βασικό βήμα για τη μεταφορά τσιπ Micro LED από το υπόστρωμα ανάπτυξης στο υπόστρωμα-στόχο. Λόγω της υψηλής πυκνότητας και του μικρού μεγέθους των τσιπ Micro LED, οι παραδοσιακές μέθοδοι μεταφοράς δυσκολεύονται να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις υψηλής ακρίβειας. Η επίτευξη συστοιχίας οθόνης που συνδυάζει Micro LED με προγράμματα οδήγησης κυκλώματος απαιτεί πολλαπλές μεταφορές μάζας των τσιπ Micro LED (τουλάχιστον από υπόστρωμα ζαφείρι σε προσωρινό υπόστρωμα σε νέο υπόστρωμα), με μεγάλο αριθμό τσιπ να μεταφέρεται κάθε φορά, θέτοντας υψηλές απαιτήσεις στη σταθερότητα και την ακρίβεια της διαδικασίας μεταφοράς. Η μεταφορά μάζας με λέιζερ είναι μια τεχνολογία για τη μεταφορά τσιπ Micro LED από το φυσικό υπόστρωμα ζαφείρι στο υπόστρωμα-στόχο. Πρώτον, τα τσιπ διαχωρίζονται από το φυσικό υπόστρωμα ζαφείρι μέσω απολέπισης με λέιζερ. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται μια επεξεργασία αφαίρεσης στο υπόστρωμα-στόχος για να μεταφερθούν τα τσιπ σε ένα υπόστρωμα με ένα κολλώδες υλικό (όπως πολυδιμεθυλσιλοξάνη). Τέλος, τα τσιπ μεταφέρονται από το υπόστρωμα PDM στο πίσω επίπεδο TFT χρησιμοποιώντας τη δύναμη συγκόλλησης μετάλλου στο πίσω επίπεδο TFT.
02 Τεχνολογία Laser Peeling
Το πρώτο βήμα της μαζικής μεταφοράς με λέιζερ είναι το ξεφλούδισμα με λέιζερ (LLO). Η απόδοση του peeling με λέιζερ καθορίζει άμεσα την τελική απόδοση ολόκληρης της διαδικασίας μεταφοράς λέιζερ. Τα Micro LED συνήθως χρησιμοποιούν υποστρώματα όπως το Si και το ζαφείρι για την ανάπτυξη των επιταξιακών στρωμάτων GaN για προετοιμασία. Υπάρχουν σημαντικά ζητήματα όπως η μεγάλη αναντιστοιχία πλέγματος και οι διαφορές στους συντελεστές θερμικής διαστολής μεταξύ υλικών Si και GaN. Ως εκ τούτου, τα υποστρώματα από ζαφείρι χρησιμοποιούνται πιο συχνά κατά την προετοιμασία τσιπ Micro LED. Το διάκενο του ζαφείρι είναι 9,9 eV, το GaN είναι 3,39 eV και το AlN είναι 6,2 eV. Η αρχή του ξεφλουδίσματος με λέιζερ περιλαμβάνει τη χρήση λέιζερ μικρού-μήκους κύματος με ενέργεια φωτονίων μεγαλύτερη από το ενεργειακό διάκενο GaN αλλά μικρότερη από τα διάκενα ζώνης του ζαφείρι και του AlN, που ακτινοβολούνται από την πλευρά του ζαφείρι. Το λέιζερ περνά μέσα από το ζαφείρι και το AlN και στη συνέχεια απορροφάται από την επιφάνεια GaN. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η επιφάνεια GaN υφίσταται θερμική αποσύνθεση και δεδομένου ότι το σημείο τήξης του Ga είναι περίπου 30 μοίρες, δημιουργείται N2 και υγρό Ga, με το N2 στη συνέχεια να διαφεύγει, επιτυγχάνοντας έτσι τον διαχωρισμό της επιταξιακής στρώσης GaN από το υπόστρωμα ζαφείρι μέσω μηχανικής δύναμης. Η αντίδραση αποσύνθεσης που λαμβάνει χώρα στη διεπιφάνεια μπορεί να αναπαρασταθεί ως:
Σύμφωνα με τον τύπο για την ενέργεια φωτονίων, το βέλτιστο μήκος κύματος λέιζερ που πληροί τις παραπάνω συνθήκες θα πρέπει να εμπίπτει στο ακόλουθο εύρος: 125 nm < 209 nm Λιγότερο ή ίσο με λ Μικρότερο ή ίσο με 365 nm. Η έρευνα δείχνει ότι το πλάτος του παλμού λέιζερ, το μήκος κύματος του λέιζερ και η πυκνότητα ενέργειας του λέιζερ είναι βασικοί παράγοντες για την επίτευξη της διαδικασίας κατάλυσης με λέιζερ.
Για να πραγματοποιήσετε πλήρη-έγχρωμο φωτισμό Micro LED, είναι απαραίτητο να τακτοποιήσετε και να ενσωματώσετε με ακρίβεια τα τσιπ Micro LED σε κόκκινο, πράσινο και μπλε χρώμα στο ίδιο υπόστρωμα για να δημιουργήσετε ένα μικρό, έγχρωμο pixel υψηλής ανάλυσης-. Η μέθοδος Laser Lift-Off (LLO) δεν είναι κατάλληλη για την επιλεκτική ενσωμάτωση μη-μη ομοιόμορφων κόκκινων, πράσινων και μπλε συσκευών Micro LED. Επιπλέον, η επιλεκτική επισκευή ενός μικρού αριθμού κατεστραμμένων τσιπ Micro LED είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της απόδοσης των προϊόντων οθόνης. Ως εκ τούτου, εμφανίστηκε η τεχνολογία Επιλεκτικής ανύψωσης λέιζερ-Απενεργοποίησης (SLLO). Αυτή η τεχνολογία είναι εφαρμόσιμη σε ετερογενή ενοποίηση και επιλεκτική επισκευή, χωρίς την ανάγκη περίπλοκης διαδικασίας επεξεργασίας κατά παρτίδες. Μπορεί επίσης να μεταφέρει επιλεκτικά συγκεκριμένα{10}προκαθορισμένα LED και να επισκευάζει κατεστραμμένα LED. Το SLLO λειτουργεί χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ για να αποκολλήσει επιλεκτικά τα τσιπ Micro LED από τη διεπαφή με το υπόστρωμα. Το υπεριώδες φως χρησιμοποιείται συνήθως ως πηγή φωτός. Το φως μικρότερου μήκους κύματος αλληλεπιδρά πιο έντονα με τα υλικά, επιτρέποντας μια πιο ακριβή διαδικασία απολέπισης. Επιπλέον, η θερμότητα που παράγεται κατά τη διαδικασία αποφλοίωσης με υπεριώδες φως είναι σχετικά χαμηλή, μειώνοντας τον κίνδυνο θερμικής βλάβης.
Η Uniqarta έχει προτείνει μια-μέθοδο παράλληλης αποφλοίωσης λέιζερ μεγάλης κλίμακας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Προσθέτοντας έναν σαρωτή λέιζερ X-Y στο λέιζερ ενός παλμού, μια μεμονωμένη δέσμη λέιζερ διαθλάται σε πολλαπλές ακτίνες λέιζερ, επιτρέποντας το ξεφλούδισμα σε μεγάλη- κλίμακα των τσιπ. Αυτό το σχήμα αυξάνει σημαντικά τον αριθμό των τσιπ που ξεφλουδίζονται σε μία μόνο λειτουργία, επιτυγχάνοντας ρυθμό αποφλοίωσης 100 M/h, με ακρίβεια μεταφοράς ±34 μm, και διαθέτει καλές δυνατότητες ανίχνευσης ελαττωμάτων, καθιστώντας το κατάλληλο για τη μεταφορά διαφόρων μεγεθών και υλικών επί του παρόντος.
3 Τεχνολογία μεταφοράς λέιζερ
Το δεύτερο βήμα της μαζικής μεταφοράς με λέιζερ είναι η μεταφορά με λέιζερ, η οποία περιλαμβάνει τη μεταφορά των απογυμνωμένων τσιπ από το προσωρινό υπόστρωμα στο πίσω επίπεδο. Η τεχνολογία-επαγόμενης μπροστινής μεταφοράς με λέιζερ (LIFT) που προτείνεται από την Coherent είναι μια μέθοδος που μπορεί να τοποθετήσει διάφορα λειτουργικά υλικά και δομές σε μοτίβα που καθορίζονται από τον χρήστη, επιτρέποντας την τοποθέτηση σε μεγάλη-κλίμακα δομών ή συσκευών μικρού μεγέθους χαρακτηριστικών. Επί του παρόντος, η τεχνολογία LIFT έχει επιτύχει με επιτυχία τη μεταφορά διαφόρων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, με μεγέθη που κυμαίνονται από 0,1 έως πάνω από 6 mm². Το σχήμα 5 δείχνει μια τυπική διαδικασία LIFT. Στη διαδικασία LIFT, το λέιζερ περνά μέσα από το διαφανές υπόστρωμα και απορροφάται από το στρώμα δυναμικής απελευθέρωσης. Λόγω της επίδρασης αφαίρεσης ή εξάτμισης του λέιζερ, η υψηλή πίεση που δημιουργείται από το στρώμα δυναμικής απελευθέρωσης αυξάνεται γρήγορα, μεταφέροντας έτσι το τσιπ από τη σφραγίδα στο υπόστρωμα υποδοχής.
Μετά από βελτιώσεις, η Uniqarta ανέπτυξε μια τεχνολογία μεταφοράς προς τα εμπρός με λέιζερ-που βασίζεται σε φουσκάλες (BB-LIFT). Όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, η διαφορά είναι ότι κατά τη διάρκεια της ακτινοβολίας λέιζερ, μόνο ένα μικρό τμήμα του DRL αφαιρείται και παράγει αέριο για να παρέχει ενέργεια κρούσης. Το DRL μπορεί να ενθυλακώσει το κρουστικό κύμα μέσα σε μια διαστελλόμενη κυψέλη, πιέζοντας απαλά το τσιπ προς το υπόστρωμα υποδοχής, κάτι που μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια μεταφοράς και να μειώσει τη ζημιά.
Η μη-μη επαναχρησιμοποίηση της σφραγίδας είναι ένας σημαντικός παράγοντας που περιορίζει την εφαρμογή του BB-LIFT. Για να βελτιώσουν την{3}}αποτελεσματικότητα κόστους, οι ερευνητές ανέπτυξαν μια επαναχρησιμοποιήσιμη τεχνολογία BB-LIFT που βασίζεται στο σχεδιασμό επαναχρησιμοποιήσιμων γραμματοσήμων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 7. Η σφραγίδα αποτελείται από μικροκοιλότητες με μεταλλικό στρώμα, με τα τοιχώματα της κοιλότητας και ένα ελαστικό καλούπι κόλλας με μικροδομές που χρησιμοποιούνται για την ενθυλάκωση των τσιπ. Όταν ακτινοβολείται από ένα λέιζερ 808 nm, το μεταλλικό στρώμα απορροφά το λέιζερ και παράγει θερμότητα, προκαλώντας την ταχεία διαστολή του αέρα μέσα στην κοιλότητα, οδηγώντας σε παραμόρφωση της σφραγίδας και μειώνοντας σημαντικά την πρόσφυσή της. Σε αυτό το σημείο, το σοκ που δημιουργείται από τις φυσαλίδες προκαλεί την αποκόλληση του τσιπ από τη σφραγίδα.
Στη μεταφορά-μεγάλης κλίμακας, απαιτείται ισχυρή πρόσφυση κατά τη συλλογή για να διασφαλιστεί η αξιόπιστη σύλληψη. κατά την τοποθέτηση, η πρόσφυση πρέπει να είναι όσο το δυνατόν ελάχιστη για να επιτευχθεί η μεταφορά, επομένως ο πυρήνας της τεχνολογίας βρίσκεται στη βελτίωση της αναλογίας μεταγωγής της δύναμης πρόσφυσης. Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν διογκώσιμες μικροσφαίρες στο συγκολλητικό στρώμα και χρησιμοποίησαν ένα σύστημα θέρμανσης με λέιζερ για να δημιουργήσουν εξωτερικά θερμικά ερεθίσματα. Κατά τη διαδικασία συλλογής, οι μικροσφαίρες μικροσφαιρών-ενσωματωμένες εξασφαλίζουν την επίπεδη επιφάνεια της συγκολλητικής στρώσης, ενώ η επίδραση στην ισχυρή πρόσφυση της συγκολλητικής στρώσης μπορεί να παραμεληθεί. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μεταφοράς, το εξωτερικό θερμικό ερέθισμα 90 μοιρών που δημιουργείται από το σύστημα θέρμανσης λέιζερ μεταφέρεται γρήγορα στο συγκολλητικό στρώμα, προκαλώντας την ταχεία διαστολή των εσωτερικών μικροσφαιρών, όπως φαίνεται στο Σχήμα 8. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πολυεπίπεδη μικρο-τραχύ δομή στην επιφάνεια, μειώνοντας σημαντικά την επιφανειακή πρόσφυση και την αξιοπιστία.
Για να επιτευχθεί μεταφορά-μεγάλης κλίμακας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η μεταφορά εξαρτάται από την αλλαγή στην πρόσφυση μεταξύ του TRT και της λειτουργικής συσκευής και ελέγχεται από παραμέτρους θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στο Σχήμα 9. Όταν η θερμοκρασία είναι κάτω από την κρίσιμη θερμοκρασία Tr, ο ρυθμός απελευθέρωσης ενέργειας του TRT/λειτουργικής συσκευής είναι μεγαλύτερος από τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της substracratete στη λειτουργική συσκευή προς την πηγή/ Διεπαφή TRT/λειτουργικής συσκευής, επιτρέποντας έτσι την παραλαβή της λειτουργικής συσκευής. Κατά τη διαδικασία μεταφοράς, η θερμοκρασία αυξάνεται πάνω από την κρίσιμη θερμοκρασία Tr με θέρμανση με λέιζερ και ο ρυθμός απελευθέρωσης ενέργειας της TRT/λειτουργικής συσκευής είναι μικρότερος από τον κρίσιμο ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας της λειτουργικής συσκευής/υποστρώματος στόχου, επιτρέποντας στη λειτουργική συσκευή να μεταφερθεί επιτυχώς στο υπόστρωμα στόχο.
