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Introduction
La technologie micro LED, en tant que-domaine de pointe 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 consommant moins d'énergie et en ayant une durée de vie plus longue. Cela confère aux micro-LED un potentiel important dans les téléviseurs, les smartphones, les petits appareils portables, les écrans de véhicules{{5} et les applications AR/VR. Une comparaison des paramètres entre Micro LED, LCD et OLED.
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 d'un transfert de haute-précision. La réalisation d'un réseau d'affichage combinant Micro LED et commande de circuit nécessite plusieurs transferts de masse de puces Micro LED (au moins depuis un substrat saphir → substrat temporaire → nouveau substrat), avec un grand nombre de puces transférées à chaque fois, exigeant une grande stabilité et précision du processus de transfert. Le transfert de masse laser est une technique 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 décollage laser- ; ensuite, une ablation est réalisée sur le substrat cible pour permettre le transfert des puces sur un substrat avec des matériaux adhésifs (tels que le polydiméthylsiloxane). Enfin, en utilisant la force de liaison métallique sur le fond de panier TFT, les puces sont transférées du substrat PDM au fond de panier TFT.
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Technologie de levage laser-Off
La première étape du transfert de masse laser est le décollage laser-(LLO). Le rendement du décollage 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 en vue de la fabrication. Il existe des différences significatives de disparité de réseau et de coefficient de dilatation thermique entre Si et GaN, de sorte que les substrats en saphir sont plus couramment utilisés dans la préparation de puces Micro LED.
La bande interdite du saphir est de 9,9eV, celle du GaN est de 3,39eV et celle de l'AlN est de 6,2eV. Le principe du décollage laser-est d'utiliser un laser 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 et est absorbé par la couche superficielle de GaN. Au cours de ce processus, le GaN de surface subit une décomposition thermique. Étant donné que le point de fusion du Ga est d'environ 30 degrés, du N2 et du Ga liquide sont générés, et le N2 s'échappe, séparant ainsi mécaniquement la couche épitaxiale de GaN du substrat en saphir. 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 être comprise 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 obtenir une émission couleur-avec les micro-LED, il est nécessaire de disposer et d'intégrer avec précision des puces micro-LED rouges, vertes et bleues sur le même substrat pour créer de minuscules-pixels d'affichage couleur haute résolution. Cependant, LLO n'est pas adapté 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 Laser Selective Lift-Off (SLLO) a vu le jour. Cette technologie est adaptée à l’intégration hétérogène et à la réparation sélective, sans nécessiter de processus batch complexes. Il peut également transférer sélectivement certaines LED prédéfinies - et réparer les LED endommagées.
SLLO est obtenu en utilisant un laser pour séparer sélectivement l'interface entre les puces Micro LED et le substrat. La lumière ultraviolette est couramment utilisée comme source de lumière. La lumière à courte longueur d'onde-interagit plus fortement avec le matériau, permettant un processus de décollage-plus précis. De plus, la chaleur générée par la lumière ultraviolette pendant le processus de décollage-est relativement faible, ce qui réduit le risque de dommages thermiques.
Uniqarta a proposé une méthode d'exfoliation laser parallèle à grande-échelle, comme le montre la figure 4. En ajoutant un scanner laser X-Y sur la base d'un laser à impulsion unique-, un seul faisceau laser est diffracté en plusieurs faisceaux, permettant une exfoliation de puces à grande-échelle. Ce schéma augmente considérablement le nombre de copeaux exfoliés en un seul passage, atteignant un taux d'exfoliation de 100 M/h, une précision de transfert de ±34 μm et une bonne capacité de détection des défauts, adaptée au transfert de diverses tailles et matériaux actuels.
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Technologie de transfert laser
La deuxième étape du transfert massif laser est le transfert laser, qui transfère la puce délaminée du substrat temporaire vers le fond de panier. La technologie de transfert avant induit par laser (LIFT) proposée par Coherent est une technique 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 avec de petites tailles de fonctionnalités. Actuellement, la technologie LIFT a réussi à transférer 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. Grâce à l'ablation laser ou à la vaporisation, 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 vers l'avant induit par laser-basée sur un blister (BB-LIFT). Comme le montre la figure 6, la différence réside dans le fait que lors de l'irradiation laser, seule une petite partie du DRL est éliminée pour générer du gaz afin de fournir de l'énergie d'impact. Le DRL peut encapsuler l'onde de choc à l'intérieur en créant une ampoule élargie, poussant la puce plus doucement 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 technique BB-LIFT réutilisable basée sur la conception de moules réutilisables, comme le montre la figure 7. Le tampon se compose d'une microcavité avec une couche métallique, avec des parois de cavité et un moule adhésif élastique microstructuré utilisé pour encapsuler la microcavité et lier la puce. Sous l'éclairage d'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, déformant le tampon et réduisant considérablement son adhérence. A ce stade, l'impact généré par la formation des bulles facilite 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 acquisition fiable, tandis que l'adhésion doit être aussi faible que possible pendant le placement pour réaliser le transfert. Par conséquent, la technologie clé réside dans l’amélioration du taux de commutation d’adhérence. Les chercheurs ont intégré des microsphères expansibles dans la couche adhésive et utilisé un système de chauffage laser pour générer une stimulation thermique externe. Pendant le processus de ramassage-, les microsphères expansibles intégrées de petite taille-assurent la planéité de la surface de la couche adhésive, tandis que l'effet sur la forte adhérence de la couche adhésive peut être négligé. Pendant le processus de transfert, la stimulation thermique externe à 90 degrés générée par le système de chauffage laser est rapidement transférée à la couche adhésive, provoquant une expansion rapide des microsphères internes, comme le montre la figure 8. Il en résulte une structure de micro-lift sur la surface, réduisant considérablement l'adhérence de la surface et permettant une libération fiable.
Pour réaliser un transfert à grande échelle, les chercheurs ont découvert que le transfert dépend de la variation de l'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 dépasse le taux de libération d'énergie critique du dispositif fonctionnel/substrat source, provoquant la propagation de fissures à l'interface TRT/dispositif fonctionnel, captant ainsi le dispositif fonctionnel. Pendant le processus de transfert, le chauffage laser élève la température au-dessus de la température critique Tr, ce qui rend le taux de libération d'énergie du TRT/dispositif fonctionnel inférieur au taux de libération d'énergie critique du dispositif fonctionnel/substrat cible, transférant ainsi avec succès le dispositif fonctionnel sur le substrat cible.
