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)
來(lái)源:第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè) 編輯:ZZZ 2024-10-30 09:22:15 加入收藏
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(gè)芯片上的顯示技術(shù),是LED芯片與平板顯示制造的交叉學(xué)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(shì),被廣泛認(rèn)為是下一代主流顯示技術(shù)。如何實(shí)現(xiàn)效率、精度、良率兼具的巨量轉(zhuǎn)移集成是學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的關(guān)鍵核心問(wèn)題之一。在百舸爭(zhēng)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(mén)大學(xué) 、廈門(mén)市未來(lái)顯示技術(shù)研究院 和天馬微電子 組成的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(wèn)題,并對(duì)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(jìn)行了系統(tǒng)分析。團(tuán)隊(duì)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(dá)403PPI 的超視網(wǎng)膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏,標(biāo)志著Micro-LED顯示技術(shù)的一項(xiàng)重大突破。
研究創(chuàng)新點(diǎn)一:基于激光勻化光斑輻照方案,實(shí)現(xiàn)圖形化襯底GaN基Micro-LED芯片的高質(zhì)量襯底剝離。
當(dāng)前,采用266 nm波長(zhǎng)的半導(dǎo)體泵浦固體激光(DPSS激光)對(duì)圖形化襯底(PSS)GaN基Micro-LED進(jìn)行激光剝離(LLO)時(shí),存在工藝窗口小,芯片易出現(xiàn)斷裂、邊緣破損等問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題,團(tuán)隊(duì)使用光子追蹤法模擬了PSS和GaN界面的能量分布,進(jìn)而提出激光勻化光斑輻照方案,實(shí)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(guò)99%。
圖2 Micro-LED FCoC芯片的光學(xué)顯微鏡下圖像:(a)藍(lán)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(lán)光,(e)綠光和(f)紅光
研究創(chuàng)新點(diǎn)二:提出了激光巨量轉(zhuǎn)移多因子關(guān)聯(lián)決策方案,通過(guò)對(duì)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(píng)價(jià),顯著提升激光巨量轉(zhuǎn)移的效率、精度與良率。
針對(duì)超高像素密度Micro-LED全彩顯示屏對(duì)芯片激光巨量轉(zhuǎn)移定位精度與良率的嚴(yán)苛要求,團(tuán)隊(duì)提出一種激光巨量轉(zhuǎn)移過(guò)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(duì)轉(zhuǎn)移膠類(lèi)型選擇進(jìn)行綜合評(píng)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(wú)損傷情況下實(shí)現(xiàn)芯片的高精度、高良率轉(zhuǎn)移;3)采用自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)/PL檢測(cè)定位,對(duì)不良芯片進(jìn)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(tuán)隊(duì)對(duì)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(jìn)行了綜合評(píng)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(dá)36kk/h,其中藍(lán)和綠光芯片一次轉(zhuǎn)移良率達(dá)99.87%,紅光芯片一次轉(zhuǎn)移良率達(dá)99.76%。進(jìn)一步采用266nm激光進(jìn)行修復(fù),修復(fù)后良率達(dá)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(xué)顯微鏡圖像;(c)與(b)圖同視場(chǎng)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(xué)顯微鏡圖像;(f)與(e)圖同視場(chǎng)下芯片PL顯微鏡圖像
基于以上創(chuàng)新技術(shù),團(tuán)隊(duì)利用激光巨量轉(zhuǎn)移方法,首次成功制造出分辨率高達(dá)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(lán)色,(b)綠色和(c)紅色畫(huà)面點(diǎn)亮的照片;(d)完成模組封裝后的顯示屏,實(shí)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(mén)大學(xué)與廈門(mén)市未來(lái)顯示技術(shù)研究院的楊旭高級(jí)工程師 與李金釵教授 為第一作者,黃凱教授 與中國(guó)科學(xué)院院士張榮教授 為通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、福建省自然科學(xué)基金、廈門(mén)市科技計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。研發(fā)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)在Micro-LED材料外延、器件開(kāi)發(fā)與轉(zhuǎn)移集成等領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)深耕,加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研深度融合,促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展。
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