01
Giới thiệu
Công nghệ Micro LED, với tư cách là một lĩnh vực-tiên tiến của công nghệ hiển thị-thế hệ tiếp theo, đang nhận được sự quan tâm và nghiên cứu rộng rãi. So với màn hình tinh thể lỏng truyền thống và điốt phát quang hữu cơ (OLED), Micro LED mang lại độ sáng cao hơn, độ tương phản cao hơn và gam màu rộng hơn, đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn và có tuổi thọ dài hơn. Điều này mang lại cho Micro LED tiềm năng đáng kể trong TV, điện thoại thông minh, thiết bị đeo nhỏ,-màn hình xe cộ và ứng dụng AR/VR. So sánh thông số giữa Micro LED, LCD và OLED.
Truyền khối lượng lớn là một bước quan trọng trong việc chuyển chip Micro LED từ chất nền tăng trưởng sang chất nền mục tiêu. Do mật độ cao và kích thước nhỏ của chip Micro LED, các phương pháp truyền truyền thống gặp khó khăn trong việc đáp ứng các yêu cầu về truyền-độ chính xác cao. Để đạt được mảng hiển thị kết hợp Micro LED với truyền động mạch đòi hỏi phải chuyển khối lượng chip Micro LED nhiều lần (ít nhất là từ đế sapphire → đế tạm thời → đế mới), với số lượng lớn chip được truyền mỗi lần, đòi hỏi độ ổn định và độ chính xác cao của quá trình truyền. Truyền khối bằng laser là một kỹ thuật chuyển chip Micro LED từ chất nền sapphire nguyên bản sang chất nền đích. Đầu tiên, các con chip được tách ra khỏi nền sapphire tự nhiên thông qua quá trình nâng-bằng tia laser; sau đó, quá trình cắt bỏ được thực hiện trên chất nền mục tiêu để cho phép các con chip được chuyển lên chất nền bằng vật liệu kết dính (chẳng hạn như polydimethylsiloxane). Cuối cùng, bằng cách sử dụng lực liên kết kim loại trên bảng nối đa năng TFT, các chip được chuyển từ chất nền PDM sang bảng nối đa năng TFT.
02
Công nghệ nâng cơ bằng laser-
Bước đầu tiên của quá trình truyền khối lượng bằng laser là nâng-bằng laser (LLO). Hiệu suất nâng laser-xác định trực tiếp hiệu suất cuối cùng của toàn bộ quá trình truyền laser. Micro LED thường sử dụng các chất nền như Si và sapphire để phát triển các lớp epiticular GaN để chế tạo. Có sự khác biệt đáng kể về mạng tinh thể và hệ số giãn nở nhiệt giữa Si và GaN, vì vậy chất nền sapphire được sử dụng phổ biến hơn trong quá trình chế tạo chip Micro LED.
Dải cấm của sapphire là 9,9eV, GaN là 3,39eV và AlN là 6,2eV. Nguyên lý nâng-laser là sử dụng tia laser có bước sóng-ngắn với năng lượng photon lớn hơn khoảng cách dải GaN nhưng nhỏ hơn khoảng cách dải tần của sapphire và AlN, chiếu xạ từ mặt sapphire. Tia laser đi qua sapphire và AlN và được hấp thụ bởi lớp bề mặt GaN. Trong quá trình này, bề mặt GaN trải qua quá trình phân hủy nhiệt. Do điểm nóng chảy của Ga là khoảng 30 độ nên N2 và Ga lỏng được tạo ra và N2 thoát ra ngoài, từ đó tách lớp epiticular GaN ra khỏi nền sapphire một cách cơ học. Phản ứng phân hủy xảy ra tại bề mặt phân cách có thể được biểu diễn dưới dạng:
Theo công thức tính năng lượng photon, bước sóng laser tối ưu đáp ứng các điều kiện trên phải nằm trong khoảng sau: 125 nm < 209 nm Nhỏ hơn hoặc bằng λ Nhỏ hơn hoặc bằng 365 nm. Nghiên cứu cho thấy độ rộng xung laser, bước sóng laser và mật độ năng lượng laser là những yếu tố chính để đạt được quá trình cắt bỏ bằng laser.
Để đạt được-phát xạ màu đầy đủ với Micro LED, cần phải sắp xếp và tích hợp chính xác các chip Micro LED màu đỏ, lục và lam trên cùng một đế để tạo ra các pixel hiển thị màu cực nhỏ, có độ phân giải cao-. Tuy nhiên, LLO không phù hợp để tích hợp có chọn lọc các thiết bị Micro LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương không đồng nhất. Hơn nữa, việc sửa chữa có chọn lọc một số lượng nhỏ chip Micro LED bị hỏng là rất quan trọng để nâng cao năng suất của các sản phẩm màn hình. Do đó, công nghệ Nâng cơ chọn lọc bằng laser-(SLLO) đã ra đời. Công nghệ này phù hợp cho việc tích hợp không đồng nhất và sửa chữa có chọn lọc mà không yêu cầu các quy trình hàng loạt phức tạp. Nó cũng có thể chuyển có chọn lọc một số-đèn LED được chỉ định trước và sửa chữa các đèn LED bị hỏng.
SLLO đạt được bằng cách sử dụng tia laser để phân tách có chọn lọc giao diện giữa chip Micro LED và chất nền. Ánh sáng cực tím thường được sử dụng làm nguồn sáng. Ánh sáng có bước sóng ngắn-tương tác mạnh hơn với vật liệu, cho phép quá trình nâng-chính xác hơn. Ngoài ra, nhiệt do ánh sáng tia cực tím tạo ra trong quá trình-nâng lên tương đối thấp, giúp giảm nguy cơ hư hỏng do nhiệt.
Uniqarta đã đề xuất một phương pháp tẩy da chết song song bằng laser-quy mô lớn, như minh họa trong Hình 4. Bằng cách thêm một máy quét laser X-Y trên cơ sở một xung laser-, một chùm tia laser đơn lẻ sẽ bị nhiễu xạ thành nhiều chùm tia, cho phép tẩy da chết bằng chip-quy mô lớn. Sơ đồ này làm tăng đáng kể số lượng chip được bóc ra trong một lần chạy, đạt tốc độ bóc ra là 100 M/h, độ chính xác truyền là ±34 μm và khả năng phát hiện khuyết tật tốt, phù hợp cho việc chuyển các loại vật liệu và kích thước hiện tại khác nhau.
03
Công nghệ chuyển laser
Bước thứ hai của quá trình truyền khối lượng lớn bằng laser là truyền laser, chuyển chip đã tách lớp từ chất nền tạm thời sang bảng nối đa năng. Công nghệ chuyển tiếp chuyển tiếp cảm ứng (LIFT) bằng laser-do Coherent đề xuất là một kỹ thuật có thể đặt nhiều vật liệu và cấu trúc chức năng khác nhau theo các mẫu-do người dùng xác định, cho phép bố trí-các cấu trúc hoặc thiết bị ở quy mô lớn với kích thước tính năng nhỏ. Hiện nay, công nghệ LIFT đã thực hiện thành công việc chuyển giao các linh kiện điện tử khác nhau, với kích thước từ 0,1 đến trên 6mm2. Hình 5 cho thấy một quy trình LIFT điển hình. Trong quy trình LIFT, tia laser đi qua chất nền trong suốt và được hấp thụ bởi lớp giải phóng động. Thông qua quá trình cắt bỏ hoặc hóa hơi bằng laser, áp suất cao do lớp giải phóng động tạo ra tăng lên nhanh chóng, từ đó chuyển chip từ tem sang đế tiếp nhận.
Sau khi cải tiến, Uniqarta đã phát triển công nghệ truyền chuyển tiếp-dựa trên laze{1}}dựa trên vỉ (BB-LIFT). Như được hiển thị trong Hình 6, sự khác biệt nằm ở chỗ trong quá trình chiếu xạ laser, chỉ một phần nhỏ DRL bị cắt bỏ để tạo ra khí cung cấp năng lượng va chạm. DRL có thể gói gọn sóng xung kích bên trong bằng cách tạo ra một vết phồng rộp mở rộng, đẩy chip nhẹ nhàng hơn về phía đế tiếp nhận, điều này có thể cải thiện độ chính xác khi truyền và giảm hư hỏng.
Khả năng-không thể tái sử dụng của tem là một yếu tố quan trọng hạn chế việc áp dụng BB-LIFT. Để cải thiện hiệu quả chi phí-, các nhà nghiên cứu đã phát triển kỹ thuật BB-LIFT có thể tái sử dụng dựa trên thiết kế của các khuôn có thể tái sử dụng, như trong Hình 7. Con tem bao gồm một khoang vi mô với một lớp kim loại, với các thành khoang và một khuôn dính đàn hồi có cấu trúc vi mô dùng để bao bọc khoang vi mô và liên kết chip. Dưới sự chiếu sáng của tia laser có bước sóng 808 nm, lớp kim loại sẽ hấp thụ tia laser và tạo ra nhiệt, khiến không khí bên trong khoang nở ra nhanh chóng, làm biến dạng tem và giảm đáng kể độ bám dính của nó. Tại thời điểm này, tác động do sự hình thành bong bóng tạo ra sẽ tạo điều kiện cho chip tách ra khỏi tem.
Trong quá trình truyền-quy mô lớn, cần có độ bám dính mạnh trong quá trình nhận-để đảm bảo thu được đáng tin cậy, trong khi độ bám dính cần phải càng thấp càng tốt trong quá trình bố trí để đạt được sự chuyển giao. Vì vậy, công nghệ then chốt nằm ở việc cải thiện tỷ lệ chuyển mạch bám dính. Các nhà nghiên cứu đã nhúng các vi cầu có thể mở rộng vào lớp dính và sử dụng hệ thống đốt nóng bằng laser để tạo ra kích thích nhiệt bên ngoài. Trong quá trình-gắp, các hạt vi cầu nhỏ-có thể mở rộng được nhúng vào đảm bảo độ phẳng của bề mặt lớp dính, đồng thời có thể bỏ qua ảnh hưởng đến độ bám dính mạnh của lớp dính. Trong quá trình chuyển giao, kích thích nhiệt bên ngoài 90 độ do hệ thống đốt nóng bằng laze tạo ra sẽ nhanh chóng được truyền đến lớp dính, khiến các vi cầu bên trong giãn nở nhanh chóng, như minh họa trong Hình 8. Điều này tạo ra một cấu trúc nâng vi mô trên bề mặt, làm giảm đáng kể độ bám dính bề mặt và đạt được khả năng giải phóng đáng tin cậy.
Để đạt được sự truyền-quy mô lớn, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng quá trình truyền phụ thuộc vào sự thay đổi độ bám dính giữa TRT và thiết bị chức năng và được kiểm soát bởi các thông số nhiệt độ, như trong Hình 9. Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn Tr, tốc độ giải phóng năng lượng của TRT/thiết bị chức năng vượt quá tốc độ giải phóng năng lượng tới hạn của thiết bị chức năng/chất nền nguồn, khiến các vết nứt lan truyền tại giao diện TRT/thiết bị chức năng, từ đó chọn thiết bị chức năng. Trong quá trình truyền, đốt nóng bằng laser làm tăng nhiệt độ lên trên nhiệt độ tới hạn Tr, làm cho tốc độ giải phóng năng lượng của TRT/thiết bị chức năng thấp hơn tốc độ giải phóng năng lượng tới hạn của thiết bị chức năng/chất nền đích, từ đó chuyển thành công thiết bị chức năng lên chất nền đích.
