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激光工艺在MicroLED显示屏生产的运用
文章来源:本站编辑 发布时间:2022-05-18 13:57:12 浏览次数:

MicroLED的潜力与挑战

     MicroLED(μLED)是一类新兴器件,具有打造未来显示屏的巨大潜力,十分值得期待。这些器件通常基于氮化镓(GaN),目前的尺寸在 20~50µm 范围内,并有望缩小到 10µm 或更小。在蓝宝石晶元生长基板上使用现有的GaN制造技术,能够产出几个微米间距的高密度μLED。


     微米尺寸、高亮度和高制造密度的结合,使μLED极大地拓展显示屏市场,使其不局限于目前使用的 OLED 和 LCD 技术。例如,μLED 可为 AR/VR 应用创建微型(例如,<1")高清显示屏。与此同时,它们也可用于室内和室外的超大尺寸显示屏。


     使用 μLED能够以高性价比生产大型显示屏,因为随着芯片尺寸的缩小,给定尺寸晶元上生长的芯片数量将大大增加。因此,对于像素间距比芯片尺寸大得多的大型显示屏,影响显示屏成本的主要因素将变为像素总数。相反,对OLED 和其他技术而言,影响显示屏成本的主要因素是显示屏面积。

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                         图 1:大型直视 MicroLED 显示屏图示。

      但是,在广泛部署 μLED 之前,有几项技术挑战需要克服。一是从外延片分离晶粒,二是以微米级的精度和可靠性将晶粒传送到基板。并且,这些工艺必须与维修/更换方案兼容,以解决不可避免的瑕疵晶粒问题。同时,它们必须与自动化兼容并确保高产出,因为 LED 行业的目标是将当前的总体成本降低 20 倍。μLED顺应了微型化趋势,不需要为减小尺寸而耗费大量成本改进工具。


激光工艺背景

     具有纳秒脉冲持续时间的高能紫外光激光,用于激光加工有多项独特优势,可以应对μLED加工过程中的挑战。短波长紫外光可以直接烧蚀界面和表面的材料薄层,而不会深入到材料中。结合较窄的脉冲宽度,这种冷光烧蚀工艺可以避免引起热冲击和对底层材料的损坏。高脉冲能量具有独特的多用途工艺优势,由于光束可用于投射光掩膜,因此每个脉冲可以处理数百甚至数千个晶粒。因此,显示屏行业广泛使用这些类型的激光器作为批量生产工具,来生产用于 OLED 和高性能 LCD 显示屏的 TFT 硅背板——毫无疑问,下一代 μLED显示屏也会继续采用这一技术。


目前,激光工艺为 μLED 显示屏生产带来的优势包括:

  • 激光剥离技术(LLO)将成品 μLED 晶粒从蓝宝石外延片剥离;

  • μLED 的激光修复功能可以解决良率问题并降低缺陷率;

  • 准分子激光退火(ELA)用于制造 LTPS-TFT 背板;

  • 按不同的聚合程度进行激光切割。


以下是其中一些领域的最新重要发展


      激光剥离技术(LLO)可以将成品 μLED 晶粒从蓝宝石外延片剥离,通常将蓝宝石作为最佳生长基板来批量制造 GaN μLED。但是,随后必须将薄LED 与蓝宝石分开,以便为垂直结构 LED 创建第二个接触点。此外,对于下游加工过程而言,蓝宝石体积过于庞大,其厚度是 μLED 芯片的50~100倍。这就需要从蓝宝石基板上移走高密度 μLED,并将其转移到临时载体上。


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                                                                                                                                                  图 2:用于从蓝宝石晶外延片上剥离 GaN 膜的 LLO 工艺示意图。

激光微精细加工工艺技术主要是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。它具有精准对位(加工精度可达0.01mm)、激光切割的切割面无毛刺、激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中的特点。“精准对位,一次扫描”是最近的一项技术进步,它消除了激光线边缘上的芯片被部分照亮的可能性。精细对准是使用闭环的智能视觉系统实现的,该系统使用芯片的棋盘图案使晶元相对于光束对准。这样可以确保激光场的边缘始终与走道的中间重合,并且永远不会横穿芯片。


 在激光微精细加工工艺中,将紫外光激光束通过光掩膜投射到蓝宝石晶元之前,会将其形状改变为具有“平顶”的矩形光束。这种均匀的强度可以确保在加工区域内的每个点上施加相同的力。光学器件经过配置,使得每个高能脉冲都会剥离大面积芯片。激光微精细加工工艺在LLO 中应用高能量、紫外光准分子激光脉冲,因此具备这种独特的多用途优势。


激光微精细加工工艺还有其他几个特性也对其运作十分关键。例如,即使贴附在载体上的晶粒与TFT基板之间的间隙接近于零,也必须管理和控制冲力,以成功转移每个晶粒,同时确保放置准确且无损坏。具体而言,必须在整个显示屏上优化力的大小和方向,并保持一致,以便确保传输工艺质量。

      激光微精细加工工艺可以轻松支持比目前试生产更小的晶粒(<5μm)和更狭窄的间距。实际上,由于紫外光波长较短,将来可以实现微米级分辨率。较小的晶粒所需的只是一个不同的投影掩膜。该工艺的第一步是在晶元上找到并去除缺陷晶粒。但是,这样会在临时载体上留下空缺(原本由缺陷晶粒所占据)。因此,必须在最终基板上重新填充这些空缺。将该工艺仅应用于选定区域,或仅应用于单个晶粒,就可以在LLO之前从晶元上去除缺陷晶粒。然后,每个晶元上去除的晶粒会形成一张地图,并进一步形成基板上缺失晶粒的地图。


      MicroLED是一项激动人心的开发技术,可以拓展微型和大型显示屏的性能和应用范围,使用紫外光激光束的两种多用途工艺已经在试验线证明了其强大的功能。更重要的是,激光微精细加工工艺是可扩展的,可以对应越来越小的Micro LED芯片的趋势,而无需进行成本高昂的再投资或工艺更换,符合当今和未来精确发展要求。


      本文主要讲述了激光工艺在MicroLED显示屏生产的运用, 武汉博联特是激光精密加工及其自动化装备的领导者,在自主研发产品的路上坚持不懈,坚持以优质的产品开拓市场,赢得客户赢得信任,在激光加工工艺、紫外激光打标等方面有着丰富的经验。


  


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