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 COHERENT公司的UVTRANSFER 系統(tǒng)可用于在MICROLED 顯示器生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行三個(gè)關(guān)鍵步驟，助力產(chǎn)出具有出色分辨率和亮度，且尺寸幾乎沒(méi)有限制的顯示器。

在平面顯示器生產(chǎn)系列中，我們將展望未來(lái)，看看激光如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大量生產(chǎn)基于 MicroLED 的下一代顯示器。

當(dāng)前，AMOLED 技術(shù)為我們提供了適用于智能型手機(jī)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(jīng)開(kāi)始籌備大量生產(chǎn)新一代顯示器了，也就是 MicroLED 顯示器。

這項(xiàng)快速興起的技術(shù)基于小型（<50 微米）無(wú)機(jī) LED ，具有多種優(yōu)勢(shì)。首先，它沒(méi)有過(guò)早老化問(wèn)題。有些情況下，過(guò)早老化會(huì)對(duì) OLED 發(fā)光體造成影響。此外，它可以提供更高的亮度和對(duì)比度。同時(shí)，這種技術(shù)可應(yīng)用于大大小小的熒幕，既有可能實(shí)現(xiàn)以更經(jīng)濟(jì)的價(jià)格生產(chǎn)大型電視和戶(hù)外顯示器，又可用于生產(chǎn)VR/AR 設(shè)備的超袖珍型顯示器。

實(shí)際上， MicroLED 顯示器的面世已有一段時(shí)間，只不過(guò)產(chǎn)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(chǎn)。事實(shí)證明，激光在其中發(fā)揮著幾個(gè)關(guān)鍵作用。我們來(lái)詳細(xì)了解一下。

晶圓級(jí)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)

無(wú)機(jī)（半導(dǎo)體） LED 支援高亮度輸出，比如它們可應(yīng)用于高亮度汽車(chē)頭燈。因此，作為無(wú) 機(jī) LED 的 MicroLED 就可以做到尺寸雖小，但非常明亮。目前，較先進(jìn)的 MicroLED 尺寸約為 50 x 50 微米，預(yù)計(jì)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(lán)光。每種類(lèi)型的發(fā)光體都是在密集圖案化的藍(lán)寶石晶圓上大量生產(chǎn)的（采用外延生長(zhǎng)技術(shù)） 。因此，一個(gè)直徑 6 英寸的圖案化晶圓可以有數(shù)百萬(wàn)顆單獨(dú)的 MicroLED ，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

這些 MicroLED 最終被放置在一塊相對(duì)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(gè)單獨(dú)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(gè)像素有三個(gè)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(duì)于發(fā)展大尺寸熒幕方面，主要成本驅(qū)動(dòng)因素是像素?cái)?shù)量，因此這種技術(shù)有望最終降低成 本。

這個(gè)概念看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際實(shí)施起來(lái)絕非如此！

實(shí)現(xiàn)剝離

實(shí)際上，要完成所有這些工作，存在一個(gè)貫穿始終的巨大挑戰(zhàn)。必須將數(shù)百萬(wàn)顆 MicroLED （裸片）從制造它們的藍(lán)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(guò)機(jī)械方式拾取和放置的，例如藉助真空取置。但這對(duì)于最終生產(chǎn)速度來(lái)說(shuō)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(shí)，避免在處理過(guò)程中損壞其中一些裸片。良率必須非常高，因?yàn)槁闫瑪?shù)量非常大，以 8K 顯示器為例，它有超過(guò)3000萬(wàn)像素，也就是近1億顆裸片。

解決方案是在自動(dòng)化多重工藝（涉及一些成熟技術(shù)）中采用雷射技術(shù)。

實(shí)際上，其涉及三項(xiàng)獨(dú)立工藝：剝離、轉(zhuǎn)移和修復(fù)。首先，使用一項(xiàng)基于激光的傳統(tǒng)技術(shù)，即激光剝離技術(shù)（LLO），將 MicroLED 與生產(chǎn)它們的藍(lán)寶石晶圓分離，然后將其轉(zhuǎn)移到臨時(shí)載體上，以便于處理。載體涂有粘合劑，并與裸片頂部接觸。準(zhǔn)分子雷射發(fā)出的紫外光 從藍(lán)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(lái)，MicroLED 就以其在晶圓上生長(zhǎng)時(shí)的間距轉(zhuǎn)移到了臨時(shí)載體上。

LIFT—改變間距

接下來(lái)是雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（ LIFT ，也稱(chēng)為雷射巨量轉(zhuǎn)移）。在這一步，來(lái)自紫外光（準(zhǔn)分子）雷射的脈沖會(huì)從透明載體的背面進(jìn)入。雷射穿過(guò)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(zhǎng)（248nm），則可以實(shí)現(xiàn)幾乎沒(méi)有殘留物的轉(zhuǎn)移，并且對(duì) MicroLED 下面的面板表面幾乎沒(méi)有影響！這實(shí)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(gè)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(huì)將 MicroLED 固定在位。

基于 LIFT 的 MicroLED 巨量轉(zhuǎn)移

圖 1. 使用 LIFT 工藝時(shí)，大面積激光束穿過(guò)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(duì)于精確放置來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。（不按比例）。

現(xiàn)在來(lái)到了“魔法”的關(guān)鍵部分，即改變間距（裸片間距） 。矩形激光光束穿過(guò)一個(gè)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(guò)這種方式，可以按每 5 個(gè)，甚至每 10 個(gè)，或每任何其他整數(shù) LED 中只有1個(gè)被給定的激光脈沖推動(dòng)的間距，將 EpiWafer 上的 LED 經(jīng)過(guò)幾微米的微小間隙推到顯示器。然后，載體相對(duì)于固定光束和光罩略微移動(dòng)，以轉(zhuǎn)到相鄰的 MicroLED 晶粒。顯示面板則會(huì)移動(dòng)較遠(yuǎn)的距離。然后再重復(fù)這一過(guò)程。如果您覺(jué)得上述步驟和過(guò)程重復(fù)聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)混亂，無(wú)需擔(dān)心；我們有一段精彩的視頻，可以說(shuō)明您輕松理解這些內(nèi)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(chēng)為選擇性激光剝離。但總體結(jié)果是一樣的。

高生產(chǎn)量和強(qiáng)修復(fù)能力

LIFT 支援在相對(duì)較小的藍(lán)寶石晶圓上經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)大量 MicroLED ，然后以更大的間隔（間距）放置它們，從而制造出單個(gè)大幅面顯示器。此外， LIFT 的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是速度快。 每次脈沖可以轉(zhuǎn)移數(shù)以千計(jì)的 MicroLED 。

在當(dāng)前以研發(fā)為目標(biāo)的設(shè)備中，準(zhǔn)分子雷射脈沖頻率高達(dá) 20 脈沖 / 秒（ 20 Hz），這意味著可以在一秒鐘內(nèi)用 MicroLED 覆蓋高達(dá) 640 平方毫米的區(qū)域！

而且在使用高（超過(guò) 1 J）脈沖能量和高重復(fù)頻率的退火應(yīng)用中，這種準(zhǔn)分子激光技術(shù)也表現(xiàn)出了極為出色的可擴(kuò)展功率水平。使用 LIFT 工藝，可以利用更高的脈沖能量來(lái)實(shí)現(xiàn)更大 的光罩和加工尺寸。

現(xiàn)在，對(duì)于制造相對(duì)簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體器件（如無(wú)機(jī) MicroLED） ，其良率已經(jīng)達(dá)到了非常高的水平。但是每個(gè)顯示器上都有數(shù)百萬(wàn)個(gè)器件，因此存在像素有缺陷或處理不當(dāng)?shù)目赡苄?，即其中一個(gè) RGB 器件沒(méi)有正確發(fā)光。不過(guò)這種可能性很小，并且有限。通過(guò)使用帶有單孔的光罩或基于掃描器的系統(tǒng)添加替換裸片，這很容易用激光工藝自動(dòng)進(jìn)行修復(fù)。

Coherent 公司現(xiàn)已提供一款名為 UVtransfer 的 MicroLED 顯示器生產(chǎn)工具。

該工具可執(zhí)行全部三項(xiàng)工藝：雷射剝離（LLO） 、雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（LIFT）以及缺陷像素的修復(fù)和修整。這款三合一工具將助力生產(chǎn)出實(shí)用且經(jīng)濟(jì)的大型 MicroLED 顯示器。