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用于MicroLED显示屏生产的激光工艺

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。
 
        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;
巨量转移(LIFT)将μLED晶粒从载板/基板转移到最终显示基板;
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。

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