1.La technologie micro LED, en tant que domaine pionnier de la technologie d'affichage de nouvelle génération-, fait l'objet d'une attention et de recherches généralisées. Par rapport aux écrans à cristaux liquides traditionnels et aux diodes électroluminescentes organiques-(OLED), les Micro LED offrent une luminosité plus élevée, un contraste plus élevé et une gamme de couleurs plus large, tout en ayant une consommation d'énergie inférieure et une durée de vie plus longue. Cela donne à Micro LED un énorme potentiel dans des domaines tels que les téléviseurs, les smartphones, les appareils portables intelligents de petite taille, les écrans de voiture et l'AR/VR. La comparaison des paramètres entre Micro LED, LCD et OLED est illustrée à la figure 1.
Le transfert de masse est une étape clé dans le transfert des puces Micro LED du substrat de croissance vers le substrat cible. En raison de la haute densité et de la petite taille des puces Micro LED, les méthodes de transfert traditionnelles ont du mal à répondre aux exigences de haute précision. La réalisation d'un réseau d'affichage combinant des Micro LED avec des pilotes de circuit nécessite de multiples transferts de masse des puces Micro LED (au moins du substrat saphir au substrat temporaire vers un nouveau substrat), avec un grand nombre de puces transférées à chaque fois, ce qui impose des exigences élevées en matière de stabilité et de précision du processus de transfert. Le transfert de masse laser est une technologie permettant de transférer des puces Micro LED du substrat saphir natif vers le substrat cible. Tout d’abord, les puces sont séparées du substrat de saphir natif par pelage au laser ; puis, un traitement d'ablation est effectué sur le substrat cible pour transférer les puces sur un substrat avec un matériau collant (tel que du polydiméthylsiloxane). Enfin, les puces sont transférées du substrat PDM au fond de panier TFT en utilisant la force de liaison métallique sur le fond de panier TFT.
02Technologie de pelage au laser
La première étape du transfert en vrac au laser est le pelage au laser (LLO). Le rendement du pelage laser détermine directement le rendement final de l’ensemble du processus de transfert laser. Les micro LED utilisent généralement des substrats tels que le Si et le saphir pour développer des couches épitaxiales de GaN à des fins de préparation. Il existe des problèmes importants tels qu'un important décalage de réseau et des différences dans les coefficients de dilatation thermique entre les matériaux Si et GaN ; par conséquent, les substrats en saphir sont plus couramment utilisés lors de la préparation de puces Micro LED. La bande interdite du saphir est de 9,9 eV, celle du GaN est de 3,39 eV et celle de l'AlN est de 6,2 eV. Le principe du peeling laser consiste à utiliser des lasers à courte longueur d'onde - avec une énergie photonique supérieure à la bande interdite du GaN mais inférieure à celle du saphir et de l'AlN, irradiant du côté saphir. Le laser traverse le saphir et l’AlN, puis est absorbé par le GaN de surface. Au cours de ce processus, le GaN de surface subit une décomposition thermique et, comme le point de fusion du Ga est d'environ 30 degrés, du N2 et du Ga liquide sont générés, le N2 s'échappant ensuite, réalisant ainsi la séparation de la couche épitaxiale de GaN du substrat en saphir par force mécanique. La réaction de décomposition se produisant à l’interface peut être représentée comme suit :
Selon la formule de l'énergie photonique, la longueur d'onde laser optimale qui répond aux conditions ci-dessus doit se situer dans la plage suivante : 125 nm < 209 nm Inférieure ou égale à λ Inférieure ou égale à 365 nm. La recherche montre que la largeur d'impulsion laser, la longueur d'onde laser et la densité d'énergie laser sont des facteurs clés dans la réalisation du processus d'ablation laser.
Pour réaliser un éclairage Micro LED couleur-, il est nécessaire de disposer et d'intégrer avec précision des puces Micro LED en rouge, vert et bleu sur le même substrat pour créer un petit pixel d'affichage couleur-haute résolution. La méthode Laser Lift-Off (LLO) ne convient pas à l'intégration sélective de dispositifs Micro LED rouges, verts et bleus non-uniformes. De plus, la réparation sélective d’un petit nombre de puces Micro LED endommagées est cruciale pour améliorer le rendement des produits d’affichage. Par conséquent, la technologie de Selective Laser Lift-Off (SLLO) a émergé. Cette technologie est applicable à l’intégration hétérogène et à la réparation sélective, sans nécessiter une procédure complexe de traitement par lots. Il peut également transférer sélectivement des LED prédéfinies spécifiques- et réparer les LED endommagées. SLLO fonctionne en utilisant l'irradiation laser pour décoller sélectivement les puces Micro LED de l'interface avec le substrat. La lumière ultraviolette est généralement utilisée comme source de lumière. La lumière de longueur d’onde plus courte interagit plus fortement avec les matériaux, permettant un processus de pelage plus précis. De plus, la chaleur générée pendant le processus de pelage à la lumière ultraviolette est relativement faible, ce qui réduit le risque de dommages thermiques.
Uniqarta a proposé une méthode de pelage laser parallèle à grande-échelle, comme le montre la figure 4. En ajoutant un scanner laser X-Y au laser à impulsion unique, un seul faisceau laser est diffracté en plusieurs faisceaux laser, permettant un pelage à grande échelle-des copeaux. Ce schéma augmente considérablement le nombre de copeaux pelés en une seule opération, atteignant un taux de pelage de 100 M/h, avec une précision de transfert de ±34 μm, et possède de bonnes capacités de détection de défauts, ce qui le rend actuellement adapté au transfert de différentes tailles et matériaux.
3Technologie de transfert laser
La deuxième étape du transfert massif laser est le transfert laser, qui consiste à transférer les puces dénudées du substrat temporaire vers le fond de panier. La technologie de transfert direct induit par laser (LIFT) proposée par Coherent est une méthode qui permet de placer divers matériaux et structures fonctionnels dans des modèles définis par l'utilisateur-, permettant ainsi le placement à grande échelle-de structures ou de dispositifs de petite taille. Actuellement, la technologie LIFT a réussi le transfert de divers composants électroniques, avec des tailles allant de 0,1 à plus de 6 mm². La figure 5 montre un processus LIFT typique. Dans le processus LIFT, le laser traverse le substrat transparent et est absorbé par la couche de libération dynamique. En raison de l'effet ablatif ou de vaporisation du laser, la haute pression générée par la couche de libération dynamique augmente rapidement, transférant ainsi la puce du tampon au substrat récepteur.
Après des améliorations, Uniqarta a développé une technologie de transfert direct induit par laser basée sur des blisters (BB-LIFT). Comme le montre la figure 6, la différence est que lors de l'irradiation laser, seule une petite partie du DRL est ablée et produit du gaz pour fournir de l'énergie d'impact. Le DRL peut encapsuler l'onde de choc dans une ampoule en expansion, poussant doucement la puce vers le substrat récepteur, ce qui peut améliorer la précision du transfert et réduire les dommages.
La non-réutilisation du tampon est un facteur important limitant l'application de BB-LIFT. Pour améliorer la rentabilité, les chercheurs ont développé une technologie BB-LIFT réutilisable basée sur la conception de tampons réutilisables, comme le montre la figure 7. Le tampon est constitué de microcavités avec une couche métallique, avec les parois de la cavité et un moule adhésif élastique avec des microstructures utilisées pour encapsuler les microcavités et lier la puce. Lorsqu'elle est irradiée par un laser à 808 nm, la couche métallique absorbe le laser et génère de la chaleur, provoquant une expansion rapide de l'air à l'intérieur de la cavité, entraînant une déformation du tampon et réduisant considérablement son adhérence. A ce stade, le choc généré par le bullage provoque le détachement du jeton du tampon.
Dans le cas d'un transfert à grande échelle, une forte adhérence est requise lors du prélèvement pour garantir une capture fiable ; lors du placement, l'adhésion doit être aussi minimale que possible pour réaliser le transfert. Le cœur de la technologie réside donc dans l'amélioration du rapport de commutation de la force d'adhésion. Les chercheurs ont intégré des microsphères expansibles dans la couche adhésive et ont utilisé un système de chauffage laser pour générer des stimuli thermiques externes. Pendant le processus de prélèvement, les microsphères expansibles intégrées de petite taille garantissent la planéité de la surface de la couche adhésive, tandis que l'effet sur la forte adhérence de la couche adhésive peut être négligé. Cependant, pendant le processus de transfert, le stimulus thermique externe de 90 degrés généré par le système de chauffage laser est rapidement transféré à la couche adhésive, provoquant une expansion rapide des microsphères internes, comme le montre la figure 8. Il en résulte une structure micro-rugueuse en couches sur la surface, réduisant considérablement l'adhérence de la surface et permettant un démoulage fiable.
Pour réaliser un transfert à grande échelle, les chercheurs ont découvert que le transfert dépend du changement d'adhésion entre le TRT et le dispositif fonctionnel et est contrôlé par des paramètres de température, comme le montre la figure 9. Lorsque la température est inférieure à la température critique Tr, le taux de libération d'énergie du TRT/dispositif fonctionnel est supérieur au taux de libération d'énergie critique du dispositif fonctionnel/substrat source, ce qui provoque la propagation de fissures à l'interface TRT/dispositif fonctionnel, permettant ainsi au dispositif fonctionnel d'être capté. Pendant le processus de transfert, la température est élevée au-dessus de la température critique Tr par chauffage laser, et le taux de libération d'énergie du TRT/dispositif fonctionnel est inférieur au taux de libération d'énergie critique du dispositif fonctionnel/substrat cible, ce qui permet au dispositif fonctionnel d'être transféré avec succès vers le substrat cible.
