1. A tecnologia Micro LED, como um campo pioneiro na tecnologia de exibição da próxima-geração, está recebendo ampla atenção e pesquisa. Em comparação com telas tradicionais de cristal líquido e diodos emissores de luz{3}orgânicos (OLED), o Micro LED oferece maior brilho, maior contraste e uma gama de cores mais ampla, ao mesmo tempo em que apresenta menor consumo de energia e maior vida útil. Isso dá ao Micro LED um enorme potencial em áreas como televisões, smartphones, wearables inteligentes de-tamanho pequeno, telas-de carros e AR/VR. A comparação de parâmetros entre Micro LED, LCD e OLED é mostrada na Figura 1.
A transferência de massa é uma etapa fundamental na transferência de chips Micro LED do substrato de crescimento para o substrato alvo. Devido à alta densidade e ao pequeno tamanho dos chips Micro LED, os métodos de transferência tradicionais lutam para atender aos requisitos de alta precisão. Conseguir uma matriz de exibição que combine Micro LEDs com drivers de circuito requer múltiplas transferências de massa dos chips Micro LED (pelo menos do substrato de safira para o substrato temporário para o novo substrato), com um grande número de chips transferidos a cada vez, colocando altas demandas na estabilidade e precisão do processo de transferência. A transferência de massa a laser é uma tecnologia para transferir chips Micro LED do substrato de safira nativo para o substrato alvo. Primeiro, os chips são separados do substrato de safira nativo por meio de peeling a laser; em seguida, é realizado um tratamento de ablação no substrato alvo para transferir os chips para um substrato com um material pegajoso (como polidimetilsiloxano). Finalmente, os chips são transferidos do substrato PDM para o backplane do TFT usando a força de ligação do metal no backplane do TFT.
02Tecnologia de peeling a laser
A primeira etapa da transferência em massa a laser é o peeling a laser (LLO). O rendimento do peeling a laser determina diretamente o rendimento final de todo o processo de transferência a laser. Micro LEDs normalmente usam substratos como Si e safira para cultivar camadas epitaxiais de GaN para preparação. Existem questões significativas, como grande incompatibilidade de rede e diferenças nos coeficientes de expansão térmica entre materiais de Si e GaN; portanto, substratos de safira são mais comumente usados na preparação de chips Micro LED. O bandgap da safira é 9,9 eV, GaN é 3,39 eV e AlN é 6,2 eV. O princípio do peeling a laser envolve o uso de lasers de comprimento de onda curto com energia de fótons maior que o bandgap de energia de GaN, mas menor que os bandgaps de safira e AlN, irradiando do lado da safira. O laser passa pela safira e pelo AlN e depois é absorvido pela superfície do GaN. Durante este processo, a superfície do GaN sofre decomposição térmica, e como o ponto de fusão do Ga é de cerca de 30 graus, N2 e Ga líquido são gerados, com o N2 escapando posteriormente, conseguindo assim a separação da camada epitaxial do GaN do substrato de safira por meio de força mecânica. A reação de decomposição que ocorre na interface pode ser representada como:
De acordo com a fórmula da energia do fóton, o comprimento de onda do laser ideal que atenda às condições acima deve estar dentro da seguinte faixa: 125 nm < 209 nm Menor ou igual a λ Menor ou igual a 365 nm. A pesquisa mostra que a largura do pulso do laser, o comprimento de onda do laser e a densidade de energia do laser são fatores-chave para alcançar o processo de ablação a laser.
Para obter iluminação Micro LED colorida-, é necessário organizar e integrar com precisão os chips Micro LED em vermelho, verde e azul no mesmo substrato para criar um pixel de exibição colorido pequeno e de alta-resolução. O método Laser Lift-Off (LLO) não é adequado para a integração seletiva de dispositivos Micro LED vermelhos, verdes e azuis não uniformes. Além disso, reparar seletivamente um pequeno número de chips Micro LED danificados é crucial para melhorar o rendimento dos produtos de exibição. Portanto, surgiu a tecnologia Selective Laser Lift-Off (SLLO). Esta tecnologia é aplicável à integração heterogênea e ao reparo seletivo, sem a necessidade de um procedimento complexo de processamento em lote. Ele também pode transferir seletivamente LEDs pré{10}}designados específicos e reparar LEDs danificados. O SLLO funciona usando irradiação a laser para remover seletivamente chips de Micro LED da interface com o substrato. A luz ultravioleta é normalmente usada como fonte de luz. O comprimento de onda mais curto da luz interage mais fortemente com os materiais, permitindo um processo de descascamento mais preciso. Além disso, o calor gerado durante o processo de peeling com luz ultravioleta é relativamente baixo, reduzindo o risco de danos térmicos.
A Uniqarta propôs um método de peeling a laser paralelo em grande-escala, conforme mostrado na Figura 4. Ao adicionar um scanner a laser X-Y ao laser de pulso único, um único feixe de laser é difratado em vários feixes de laser, permitindo o peeling de chips em-grande escala. Este esquema aumenta significativamente o número de cavacos descascados em uma única operação, atingindo uma taxa de descascamento de 100 M/h, com uma precisão de transferência de ±34 μm, e possui boas capacidades de detecção de defeitos, tornando-o adequado para a transferência de vários tamanhos e materiais atualmente.
3Tecnologia de transferência a laser
A segunda etapa da transferência massiva a laser é a transferência a laser, que envolve a transferência dos chips removidos do substrato temporário para o backplane. A tecnologia de transferência direta-induzida por laser (LIFT) proposta pela Coherent é um método que pode colocar vários materiais e estruturas funcionais em padrões-definidos pelo usuário, permitindo a colocação em grande-escala de estruturas ou dispositivos de tamanho pequeno. Atualmente, a tecnologia LIFT conseguiu com sucesso a transferência de diversos componentes eletrônicos, com tamanhos que variam de 0,1 a mais de 6 mm². A Figura 5 mostra um processo LIFT típico. No processo LIFT, o laser passa pelo substrato transparente e é absorvido pela camada de liberação dinâmica. Devido ao efeito ablativo ou de vaporização do laser, a alta pressão gerada pela camada de liberação dinâmica aumenta rapidamente, transferindo assim o chip do carimbo para o substrato receptor.
Após melhorias, a Uniqarta desenvolveu uma tecnologia de transferência direta-induzida por laser baseada em bolhas (BB-LIFT). Conforme mostrado na Figura 6, a diferença é que durante a irradiação do laser, apenas uma pequena porção do DRL é ablacionada e produz gás para fornecer energia de impacto. O DRL pode encapsular a onda de choque dentro de uma bolha em expansão, empurrando suavemente o chip em direção ao substrato receptor, o que pode melhorar a precisão da transferência e reduzir danos.
A não-reutilização do carimbo é um fator significativo que limita a aplicação do BB-LIFT. Para melhorar o custo-efetivo, os pesquisadores desenvolveram uma tecnologia BB{4}}LIFT reutilizável baseada no design de selos reutilizáveis, conforme mostrado na Figura 7. O selo consiste em microcavidades com uma camada de metal, com as paredes da cavidade e um molde adesivo elástico com microestruturas utilizadas para encapsular as microcavidades e colar o chip. Quando irradiada por um laser de 808 nm, a camada metálica absorve o laser e gera calor, fazendo com que o ar dentro da cavidade se expanda rapidamente, levando à deformação do carimbo e reduzindo significativamente sua adesão. Neste ponto, o choque gerado pelo borbulhamento faz com que o chip se solte do carimbo.
Em transferências em grande-escala, é necessária uma forte adesão durante a coleta para garantir uma captura confiável; durante a colocação, a adesão precisa ser a mínima possível para conseguir a transferência, portanto, o núcleo da tecnologia reside na melhoria da relação de troca da força de adesão. Os pesquisadores incorporaram microesferas expansíveis na camada adesiva e usaram um sistema de aquecimento a laser para gerar estímulos térmicos externos. Durante o processo de coleta, as microesferas expansíveis incorporadas de pequeno-tamanho garantem o nivelamento da superfície da camada adesiva, enquanto o efeito na forte adesão da camada adesiva pode ser negligenciado. No entanto, durante o processo de transferência, o estímulo térmico externo de 90 graus gerado pelo sistema de aquecimento a laser é rapidamente transferido para a camada adesiva, fazendo com que as microesferas internas se expandam rapidamente, conforme mostrado na Figura 8. Isso resulta em uma estrutura micro{7}}rugosa em camadas na superfície, reduzindo significativamente a adesão da superfície e alcançando uma liberação confiável.
Para obter transferência em grande-escala, os pesquisadores descobriram que a transferência depende da mudança na adesão entre o TRT e o dispositivo funcional e é controlada por parâmetros de temperatura, conforme mostrado na Figura 9. Quando a temperatura está abaixo da temperatura crítica Tr, a taxa de liberação de energia do TRT/dispositivo funcional é maior do que a taxa crítica de liberação de energia do dispositivo funcional/substrato de fonte, fazendo com que rachaduras tendam a se propagar na interface TRT/dispositivo funcional, permitindo assim que o dispositivo funcional seja captado. Durante o processo de transferência, a temperatura é elevada acima da temperatura crítica Tr por aquecimento a laser, e a taxa de liberação de energia do TRT/dispositivo funcional é menor que a taxa crítica de liberação de energia do dispositivo funcional/substrato alvo, permitindo que o dispositivo funcional seja transferido com sucesso para o substrato alvo.
