實(shí)現(xiàn)μLED顯示屏組裝方面的創(chuàng)新

現(xiàn)在大街上隨吃可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。于無機(jī)III-V半導(dǎo)體(例如GaN)的Micro-LED(μLED)可用于制造電效率、亮度、像素密度、使用壽命和應(yīng)用范圍遠(yuǎn)超現(xiàn)有技術(shù)的顯示屏，前景可觀。然而，要實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前LED器件(約200μm)到μLED(約20μm)的過渡，必須有技術(shù)創(chuàng)新的支撐，尤其是實(shí)現(xiàn)μLED顯示屏組裝方面的創(chuàng)新。本文將介紹如何通過準(zhǔn)分子激光器解決此加工過程中最為棘手的兩個(gè)難題。

激光剝離技術(shù)(LLO)

由于藍(lán)寶石晶片的晶格失配度和成本均相對(duì)較低，因此當(dāng)前大多數(shù)LED制造工藝采用藍(lán)寶石晶片作為MOCVD晶體生長的基板。但由于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性較差，會(huì)限制可提取的光通量，因此藍(lán)寶石并非成品GaNLED的理想載體材料。其結(jié)果導(dǎo)致，在生產(chǎn)高亮度GaNLED的過程中，最后需要添加一步操作，將器件粘合到最終或臨時(shí)載體上，然后再將器件與“犧牲層”藍(lán)寶石基板分離。對(duì)于μLED而言，為了制造組成柔性顯示屏的小尺寸薄型器件，顯然必須去除藍(lán)寶石基板。

利用準(zhǔn)分子激光器進(jìn)行激光剝離是去除藍(lán)寶石基板的最常用方法。在加工過程中，高強(qiáng)度激光脈沖會(huì)穿透藍(lán)寶石基板(波長248nm的準(zhǔn)分子激光束可以穿透)，直接照射到LED晶片上。同時(shí)，GaN層大量吸收紫外光，并有很薄的一層分解成鎵和氮?dú)狻Ｋ纬傻臍鈮簳?huì)把器件推離基板，在幾乎不對(duì)器件產(chǎn)生任何作用力的情況下實(shí)現(xiàn)器件與基板的分離。鎵可以用水或稀鹽酸洗掉，以保持器件表面的清潔。

除波長外，準(zhǔn)分子激光器的另外一個(gè)重要特性是脈沖短(約10-20ns)，這有助于抑制熱擴(kuò)散并最大限度降低器件的熱負(fù)荷。此外，準(zhǔn)分子激光器輸出的激光可以形成沿兩個(gè)軸能量均勻分布的細(xì)長光束(平頂光束)。(圖2)例如，相干公司UVblade系統(tǒng)提供的155mmx～0.5mm光束的能量均勻度優(yōu)于2%標(biāo)準(zhǔn)方差(sigma)。如此一來，所有加工區(qū)域?qū)⒔邮芟嗤易罴训哪芰客浚瑥亩苊庠诩庸み^程中遇到能量過沖或過大熱負(fù)荷的問題，這個(gè)問題在能量強(qiáng)度呈高斯分布的其他激光加工中經(jīng)常出現(xiàn)。

請(qǐng)注意，兩個(gè)軸刻度的差異達(dá)到了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。準(zhǔn)分子LLO實(shí)質(zhì)上是一個(gè)單脈沖過程，因此對(duì)激光束均勻度和穩(wěn)定性的要求極高。激光器制造商相干公司已開發(fā)了能夠滿足這一需求的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品提供卓越的脈沖穩(wěn)定性(例如<1%rms)，能夠大大提高加工過程中的工藝控制并幫助用戶增大工藝區(qū)間。

作業(yè)過程中，準(zhǔn)分子激光器光束掃掠基板，通過照射整個(gè)加工區(qū)域?qū)崿F(xiàn)器件分離。如果要重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能，線束會(huì)相應(yīng)調(diào)整，從而在單次掃描中完整覆蓋藍(lán)寶石晶片(2"、4"或6")。這種方法需要中等強(qiáng)度激光(例如50到100W)。有效熱膨脹系數(shù)失配導(dǎo)致的薄膜內(nèi)應(yīng)力會(huì)均勻釋放，從而進(jìn)一步降低對(duì)器件的影響。因此，這種248nm方法是實(shí)現(xiàn)LLO最常用的方法。

另外一種LLO策略是使用尺寸較小的光束和光柵掃描整個(gè)晶片。如，相干公司有一種UVblade系統(tǒng)產(chǎn)生長26mm，寬0.5mm的光束，僅需掃描兩次即可覆蓋2"晶片。這種典型系統(tǒng)僅需要功率30W，波長248nm的激光。光柵掃描方法需要在掃描方向上實(shí)現(xiàn)單次照射的受控重疊，以及掃描之間的重疊。

激光誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移(LIFT)

組裝包含數(shù)百萬μLED芯片的高分辨率顯示屏面臨獨(dú)特的難題。在這個(gè)領(lǐng)域，248nm準(zhǔn)分子激光器同樣是將GaN從原始載體精準(zhǔn)剝離的理想選擇。生成的氮?dú)鈺?huì)膨脹并在μLED結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生機(jī)械力，從而把芯片從原始載體推向接收基板。通過結(jié)合使用大截面光束、掩膜板和投影光學(xué)元件，只需一次激光照射即可并行傳送多達(dá)1000個(gè)芯片。

該工藝還有另外一種方式，使用聚合物粘合劑把μLED預(yù)先組裝在臨時(shí)載體晶片或膠帶上。這些粘合劑極易吸收紫外線。在準(zhǔn)分子激光的照射下，粘合劑會(huì)發(fā)生光化學(xué)分解反應(yīng)，從而與μLED芯片分離并產(chǎn)生把芯片推向接收基板的作用力。照射聚合物膠帶或粘合劑所需的能量強(qiáng)度可能只有LLO所需能量的二十分之一到五分之一。這意味著只需中等強(qiáng)度的激光，就可以達(dá)到非常高的處理速度?？傊?，在顯示屏加工準(zhǔn)分子激光退火(ELA)和高亮度LED激光剝離(LLO)領(lǐng)域有著良好表現(xiàn)的準(zhǔn)分子激光器，在新興的μLED領(lǐng)域也展現(xiàn)出了巨大潛力。準(zhǔn)分子激光器擁有紫外線波長短、脈沖短、高能量、高功率等特性，這讓它與LED制造領(lǐng)域常用的III-V材料極為契合。

尤其是248nm準(zhǔn)分子激光器，能夠打破該應(yīng)用領(lǐng)域目前使用的266nm或213nm固態(tài)激光器在性能方面的限制。這能夠推動(dòng)實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率、高性價(jià)比的工藝策略。以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會(huì)由很大的提升，為我們帶來更大便利。