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SCIENCE CHINA|面向超高像素密度TFT基Micro-LED全彩顯示應(yīng)用的激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

日期:2024-10-28 閱讀:400
核心提示:近日,廈門大學、廈門市未來顯示技術(shù)研究院和天馬微電子組成的聯(lián)合研發(fā)團隊在SCIENCE CHINA Information Sciences雜志發(fā)表了題為“Super retina TFT based full color microLED display via laser mass transfer”的研究論文。論文深入探討了面向超高像素密度TFT基Micro-LED全彩顯示應(yīng)用的激光巨量轉(zhuǎn)移集成關(guān)鍵技術(shù)問題,并對激光剝離、激光轉(zhuǎn)移修復(fù)、面板鍵合等制程所面臨的工藝、裝備及材料的挑戰(zhàn)進行了系統(tǒng)分析。

 Micro-LED顯示技術(shù)是一種將尺寸微縮化的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)以矩陣形式高密度地集成在一個芯片上的顯示技術(shù),是LED芯片與平板顯示制造的交叉學科應(yīng)用技術(shù)。相較于LCD與和OLED顯示技術(shù),除了產(chǎn)業(yè)鏈成熟度與制造成本,Micro-LED顯示技術(shù)在亮度、響應(yīng)速度、功耗、透明度、穩(wěn)定性等方面具有顯著優(yōu)勢,被廣泛認為是下一代主流顯示技術(shù)。如何實現(xiàn)效率、精度、良率兼具的巨量轉(zhuǎn)移集成是學術(shù)和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的關(guān)鍵核心問題之一。在百舸爭流的眾多轉(zhuǎn)移技術(shù)中,激光巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)逐步脫穎而出,承載著Micro-LED產(chǎn)業(yè)化征程的期盼。

近日,廈門大學、廈門市未來顯示技術(shù)研究院和天馬微電子組成的聯(lián)合研發(fā)團隊在SCIENCE CHINA Information Sciences雜志發(fā)表了題為“Super retina TFT based full color microLED display via laser mass transfer”的研究論文。論文深入探討了面向超高像素密度TFT基Micro-LED全彩顯示應(yīng)用的激光巨量轉(zhuǎn)移集成關(guān)鍵技術(shù)問題,并對激光剝離、激光轉(zhuǎn)移修復(fù)、面板鍵合等制程所面臨的工藝、裝備及材料的挑戰(zhàn)進行了系統(tǒng)分析。團隊創(chuàng)新性提出了提升轉(zhuǎn)移效率與良率的新方法和新技術(shù),在業(yè)內(nèi)首次成功制造出像素密度高達403PPI的超視網(wǎng)膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏,標志著Micro-LED顯示技術(shù)的一項重大突破。

 

研究創(chuàng)新點一:基于激光勻化光斑輻照方案,實現(xiàn)圖形化襯底GaN基Micro-LED芯片的高質(zhì)量襯底剝離。

當前,采用266 nm波長的半導(dǎo)體泵浦固體激光(DPSS激光)對圖形化襯底(PSS)GaN基Micro-LED進行激光剝離(LLO)時,存在工藝窗口小,芯片易出現(xiàn)斷裂、邊緣破損等問題。針對這一問題,團隊使用光子追蹤法模擬了PSS和GaN界面的能量分布,進而提出激光勻化光斑輻照方案,實現(xiàn)圖形化襯底GaN基Micro-LED芯片的高質(zhì)量襯底剝離,良率超過99%。

 

圖2 Micro-LED FCoC芯片的光學顯微鏡下圖像:(a)藍光,(b)綠光和(c)紅光;放大后的Micro-LED芯片共聚焦激光掃描顯微鏡圖像:(d)藍光,(e)綠光和(f)紅光 

研究創(chuàng)新點二:提出了激光巨量轉(zhuǎn)移多因子關(guān)聯(lián)決策方案,通過對轉(zhuǎn)移材料物理特性、激光輻照能量、芯片輻照損傷等因子綜合評價,顯著提升激光巨量轉(zhuǎn)移的效率、精度與良率。

針對超高像素密度Micro-LED全彩顯示屏對芯片激光巨量轉(zhuǎn)移定位精度與良率的嚴苛要求,團隊提出一種激光巨量轉(zhuǎn)移過程的多因子關(guān)聯(lián)決策方案,如圖3所示。包括:1)基于激光與轉(zhuǎn)移膠相互作用模式,對轉(zhuǎn)移膠類型選擇進行綜合評判;2)激光能量范圍與轉(zhuǎn)移膠厚度關(guān)聯(lián)調(diào)控,確保在無損傷情況下實現(xiàn)芯片的高精度、高良率轉(zhuǎn)移;3)采用自動光學檢測(AOI)/PL檢測定位,對不良芯片進行原位修復(fù)。

 

圖3 激光巨量轉(zhuǎn)移多因子關(guān)聯(lián)決策方案

根據(jù)上述決策方案,團隊對轉(zhuǎn)移材料物理特性、激光輻照能量、芯片輻照損傷等影響因子進行了綜合評估與優(yōu)化,顯著提升激光巨量轉(zhuǎn)移的效率、精度與良率,轉(zhuǎn)移效率達36kk/h,其中藍和綠光芯片一次轉(zhuǎn)移良率達99.87%,紅光芯片一次轉(zhuǎn)移良率達99.76%。進一步采用266nm激光進行修復(fù),修復(fù)后良率達99.999%。

 

圖4(a)GB-ACoC部分芯片排列的SEM圖像(側(cè)視圖);(b)GB-ACoC芯片的光學顯微鏡圖像;(c)與(b)圖同視場下芯片PL顯微鏡圖像;(d)R-ACoC部分芯片排列的SEM圖像(側(cè)視圖);(e)R-ACoC芯片的光學顯微鏡圖像;(f)與(e)圖同視場下芯片PL顯微鏡圖像 

基于以上創(chuàng)新技術(shù),團隊利用激光巨量轉(zhuǎn)移方法,首次成功制造出分辨率高達403PPI的超視網(wǎng)膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏。

 

圖5 在完成激光巨量轉(zhuǎn)移集成后,像素密度為403 PPI的Micro-LED顯示屏分別以(a)藍色,(b)綠色和(c)紅色畫面點亮的照片;(d)完成模組封裝后的顯示屏,實現(xiàn)了全彩顯示效果;插圖顯示了該顯示屏中子像素排列情況 

廈門大學與廈門市未來顯示技術(shù)研究院的楊旭高級工程師與李金釵教授為第一作者,黃凱教授與中國科學院院士張榮教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、福建省自然科學基金、廈門市科技計劃等項目的資助。研發(fā)團隊將持續(xù)在Micro-LED材料外延、器件開發(fā)與轉(zhuǎn)移集成等領(lǐng)域開展技術(shù)深耕,加強產(chǎn)學研深度融合,促進行業(yè)快速發(fā)展。 

原文鏈接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11432-024-4111-9

來源:未來顯示技術(shù)研究院

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