COHERENT公司的UVTRANSFER 系統可用于在MICROLED 顯示器生產過程中執(zhí)行三個關鍵步驟，助力產出具有出色分辨率和亮度，且尺寸幾乎沒有限制的顯示器。
在平面顯示器生產系列中，我們將展望未來，看看激光如何實現自動化大量生產基于 MicroLED 的下一代顯示器。
當前，AMOLED 技術為我們提供了適用于智能型手機和電視的薄型顯示器，這些顯示器具 有極為出眾的色彩和解析度。然而，顯示器制造商已經開始籌備大量生產新一代顯示器了，也就是 MicroLED 顯示器。
這項快速興起的技術基于小型（<50 微米）無機 LED ，具有多種優(yōu)勢。首先，它沒有過早老化問題。有些情況下，過早老化會對 OLED 發(fā)光體造成影響。此外，它可以提供更高的亮度和對比度。同時，這種技術可應用于大大小小的熒幕，既有可能實現以更經濟的價格生產大型電視和戶外顯示器，又可用于生產VR/AR 設備的超袖珍型顯示器。
實際上， MicroLED 顯示器的面世已有一段時間，只不過產量有限。目前，顯示器制造商正在研究如何將其投入全面生產。事實證明，激光在其中發(fā)揮著幾個關鍵作用。我們來詳細了解一下。
晶圓級生產實現規(guī)模經濟
無機（半導體） LED 支援高亮度輸出，比如它們可應用于高亮度汽車頭燈。因此，作為無 機 LED 的 MicroLED 就可以做到尺寸雖小，但非常明亮。目前，較先進的 MicroLED 尺寸約為 50 x 50 微米，預計最終將接近 10 x 10 微米。
這些發(fā)光體分為三種：紅光、綠光和藍光。每種類型的發(fā)光體都是在密集圖案化的藍寶石晶圓上大量生產的（采用外延生長技術） 。因此，一個直徑 6 英寸的圖案化晶圓可以有數百萬顆單獨的 MicroLED ，從而實現規(guī)模經濟。
這些 MicroLED 最終被放置在一塊相對便宜的大尺寸玻璃上，再配上必要的電路，就是一塊薄型顯示器了。由幾個單獨的面板拼成的大型顯示器可能總共有兩米寬，像素間距可能是一毫米或以上。即使在每個像素有三個這樣的微型發(fā)光體，顯示器的大部分區(qū)域都是空著的。對于發(fā)展大尺寸熒幕方面，主要成本驅動因素是像素數量，因此這種技術有望最終降低成 本。
這個概念看似簡單，但實際實施起來絕非如此！
實現剝離
實際上，要完成所有這些工作，存在一個貫穿始終的巨大挑戰(zhàn)。必須將數百萬顆 MicroLED （裸片）從制造它們的藍寶石晶圓上移出，并精確地放置在大型顯示面板上。也許您想不到，在早期的一些原型中，每顆裸片都是通過機械方式拾取和放置的，例如藉助真空取置。但這對于最終生產速度來說太慢了。而且，隨著裸片尺寸變得更小，很難做到在快速拾取和放置的同時，避免在處理過程中損壞其中一些裸片。良率必須非常高，因為裸片數量非常大，以 8K 顯示器為例，它有超過3000萬像素，也就是近1億顆裸片。
解決方案是在自動化多重工藝（涉及一些成熟技術）中采用雷射技術。
實際上，其涉及三項獨立工藝：剝離、轉移和修復。首先，使用一項基于激光的傳統技術，即激光剝離技術（LLO），將 MicroLED 與生產它們的藍寶石晶圓分離，然后將其轉移到臨時載體上，以便于處理。載體涂有粘合劑，并與裸片頂部接觸。準分子雷射發(fā)出的紫外光 從藍寶石晶圓背面射入，將在裸片形成之前沉積在晶圓上的可蒸發(fā)薄材料層汽化。這樣一來，MicroLED 就以其在晶圓上生長時的間距轉移到了臨時載體上。
LIFT—改變間距
接下來是雷射誘導前向轉移（ LIFT ，也稱為雷射巨量轉移）。在這一步，來自紫外光（準分子）雷射的脈沖會從透明載體的背面進入。雷射穿過載體和粘合劑，并與剩余的GaN 緩沖層發(fā)生相互作用。如果使用短紫外光波長（248nm），則可以實現幾乎沒有殘留物的轉移，并且對 MicroLED 下面的面板表面幾乎沒有影響！這實際上是將裸片從載體上吹離，并將它們推到最終顯示面板上。最終顯示面板是緊挨著放置的，但有一定間隙，這個間隙必須大于 MicroLED 的厚度以避免碰撞。最終玻璃面板上的粘合劑會將 MicroLED 固定在位。
基于 LIFT 的 MicroLED 巨量轉移
圖 1. 使用 LIFT 工藝時，大面積激光束穿過光罩，以便僅釋放特定裸片并將其推到顯示基板上。所謂的均勻平頂光束對于精確放置來說至關重要。（不按比例）。
現在來到了“魔法”的關鍵部分，即改變間距（裸片間距） 。矩形激光光束穿過一個有孔的光罩。然后，將光束縮小 2.5 倍或 5 倍，以便投射孔的圖案與最終顯示器中的像素間距相同 。通過這種方式，可以按每 5 個，甚至每 10 個，或每任何其他整數 LED 中只有1個被給定的激光脈沖推動的間距，將 EpiWafer 上的 LED 經過幾微米的微小間隙推到顯示器。然后，載體相對于固定光束和光罩略微移動，以轉到相鄰的 MicroLED 晶粒。顯示面板則會移動較遠的距離。然后再重復這一過程。如果您覺得上述步驟和過程重復聽起來有點混亂，無需擔心；我們有一段精彩的視頻，可以說明您輕松理解這些內容。
另外，一些制造商正在研究一種略微不同的方法，這種方法是隨著裸片從EpiWafer上剝離而改變間距。 這稱為選擇性激光剝離。但總體結果是一樣的。
高生產量和強修復能力
LIFT 支援在相對較小的藍寶石晶圓上經濟地生產大量 MicroLED ，然后以更大的間隔（間距）放置它們，從而制造出單個大幅面顯示器。此外， LIFT 的另一個顯著優(yōu)勢是速度快。 每次脈沖可以轉移數以千計的 MicroLED 。
在當前以研發(fā)為目標的設備中，準分子雷射脈沖頻率高達 20 脈沖 / 秒（ 20 Hz），這意味著可以在一秒鐘內用 MicroLED 覆蓋高達 640 平方毫米的區(qū)域！
而且在使用高（超過 1 J）脈沖能量和高重復頻率的退火應用中，這種準分子激光技術也表現出了極為出色的可擴展功率水平。使用 LIFT 工藝，可以利用更高的脈沖能量來實現更大 的光罩和加工尺寸。
現在，對于制造相對簡單的半導體器件（如無機 MicroLED） ，其良率已經達到了非常高的水平。但是每個顯示器上都有數百萬個器件，因此存在像素有缺陷或處理不當的可能性，即其中一個 RGB 器件沒有正確發(fā)光。不過這種可能性很小，并且有限。通過使用帶有單孔的光罩或基于掃描器的系統添加替換裸片，這很容易用激光工藝自動進行修復。
Coherent 公司現已提供一款名為 UVtransfer 的 MicroLED 顯示器生產工具。
該工具可執(zhí)行全部三項工藝：雷射剝離（LLO） 、雷射誘導前向轉移（LIFT）以及缺陷像素的修復和修整。這款三合一工具將助力生產出實用且經濟的大型 MicroLED 顯示器。
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