1.เทคโนโลยี Micro LED ซึ่งเป็นขอบเขตของเทคโนโลยีการแสดงผลรุ่นต่อไป- กำลังได้รับความสนใจและการวิจัยอย่างกว้างขวาง เมื่อเปรียบเทียบกับจอแสดงผลคริสตัลเหลวแบบดั้งเดิมและไดโอดเปล่งแสง-อินทรีย์ (OLED) Micro LED ให้ความสว่างที่สูงกว่า คอนทราสต์ที่สูงกว่า และขอบเขตสีที่กว้างกว่า ขณะเดียวกันก็ใช้พลังงานน้อยกว่าและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า สิ่งนี้ทำให้ Micro LED มีศักยภาพมหาศาลในด้านต่างๆ เช่น โทรทัศน์ สมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะขนาดเล็ก- ใน-หน้าจอรถยนต์ และ AR/VR การเปรียบเทียบพารามิเตอร์ระหว่าง Micro LED, LCD และ OLED แสดงในรูปที่ 1
การถ่ายโอนมวลเป็นขั้นตอนสำคัญในการถ่ายโอนชิป Micro LED จากสารตั้งต้นที่กำลังเติบโตไปยังสารตั้งต้นเป้าหมาย เนื่องจากชิป Micro LED มีความหนาแน่นสูงและมีขนาดเล็ก วิธีการถ่ายโอนแบบเดิมจึงต้องดิ้นรนเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดที่มีความแม่นยำสูง การบรรลุอาร์เรย์จอแสดงผลที่รวม Micro LED เข้ากับไดรเวอร์วงจรต้องมีการถ่ายโอนชิป Micro LED จำนวนมาก (อย่างน้อยจากซับสเตรตแซฟไฟร์ไปยังซับสเตรตชั่วคราวไปยังซับสเตรตใหม่) โดยมีชิปจำนวนมากถูกถ่ายโอนในแต่ละครั้ง ทำให้มีความต้องการความเสถียรและความแม่นยำของกระบวนการถ่ายโอนสูง การถ่ายโอนมวลด้วยเลเซอร์เป็นเทคโนโลยีสำหรับการถ่ายโอนชิป Micro LED จากซับสเตรตแซฟไฟร์ดั้งเดิมไปยังซับสเตรตเป้าหมาย ขั้นแรก ชิปจะถูกแยกออกจากซับสเตรตแซฟไฟร์ดั้งเดิมผ่านการลอกด้วยเลเซอร์ จากนั้น การบำบัดด้วยการระเหยจะดำเนินการบนซับสเตรตเป้าหมายเพื่อถ่ายโอนชิปไปยังซับสเตรตที่มีวัสดุเหนียว (เช่น โพลีไดเมทิลไซลอกเซน) สุดท้าย ชิปจะถูกถ่ายโอนจากซับสเตรต PDM ไปยังแบ็คเพลน TFT โดยใช้แรงยึดเกาะโลหะบนแบ็คเพลน TFT
02เทคโนโลยีการลอกด้วยเลเซอร์
ขั้นตอนแรกของการถ่ายโอนด้วยเลเซอร์จำนวนมากคือการลอกด้วยเลเซอร์ (LLO) อัตราผลตอบแทนของการลอกด้วยเลเซอร์จะเป็นตัวกำหนดผลตอบแทนสุดท้ายของกระบวนการถ่ายโอนด้วยเลเซอร์ทั้งหมดโดยตรง โดยทั่วไปแล้ว Micro LED จะใช้ซับสเตรต เช่น Si และแซฟไฟร์เพื่อสร้างชั้น epitaxis ของ GaN สำหรับการเตรียมการ มีปัญหาที่สำคัญ เช่น ความไม่ตรงกันของโครงตาข่ายขนาดใหญ่ และความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนระหว่างวัสดุ Si และ GaN; ดังนั้นซับสเตรตแซฟไฟร์จึงมักใช้ในการเตรียมชิป Micro LED แถบความถี่ของแซฟไฟร์คือ 9.9 eV, GaN คือ 3.39 eV และ AlN คือ 6.2 eV หลักการของการลอกด้วยเลเซอร์เกี่ยวข้องกับการใช้เลเซอร์ความยาวคลื่นสั้น-ที่มีพลังงานโฟตอนมากกว่าแถบพลังงาน GaN แต่น้อยกว่าแถบช่องว่างของแซฟไฟร์และ AlN โดยฉายรังสีจากด้านแซฟไฟร์ เลเซอร์จะผ่านแซฟไฟร์และ AlN จากนั้นถูกดูดซับโดยพื้นผิว GaN ในระหว่างกระบวนการนี้ พื้นผิว GaN สลายตัวด้วยความร้อน และเนื่องจากจุดหลอมเหลวของ Ga อยู่ที่ประมาณ 30 องศา N2 และ Ga ของเหลวจึงถูกสร้างขึ้น โดยที่ N2 หลบหนีออกมาในเวลาต่อมา จึงบรรลุการแยกชั้น epitaxis ของ GaN ออกจากซับสเตรตแซฟไฟร์ผ่านแรงกล ปฏิกิริยาการสลายตัวที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานสามารถแสดงได้ดังนี้:
ตามสูตรสำหรับพลังงานโฟตอน ความยาวคลื่นเลเซอร์ที่เหมาะสมที่สุดที่ตรงตามเงื่อนไขข้างต้นควรอยู่ในช่วงต่อไปนี้: 125 nm < 209 nm น้อยกว่าหรือเท่ากับ λ น้อยกว่าหรือเท่ากับ 365 nm การวิจัยแสดงให้เห็นว่าความกว้างของพัลส์เลเซอร์ ความยาวคลื่นเลเซอร์ และความหนาแน่นของพลังงานเลเซอร์เป็นปัจจัยสำคัญในการบรรลุกระบวนการทำลายด้วยเลเซอร์
หากต้องการให้แสง Micro LED เต็มรูปแบบ- จำเป็นต้องจัดเรียงและรวมชิป Micro LED ที่เป็นสีแดง เขียว และน้ำเงินลงบนพื้นผิวเดียวกันอย่างแม่นยำ เพื่อสร้างพิกเซลการแสดงสีที่มีความละเอียดสูง- วิธีการยกด้วยเลเซอร์-ปิด (LLO) ไม่เหมาะสำหรับการรวมแบบเลือกสรรของอุปกรณ์ LED ขนาดเล็กสีแดง เขียว และน้ำเงินที่ไม่สม่ำเสมอ- นอกจากนี้ การเลือกซ่อมแซมชิป Micro LED ที่เสียหายจำนวนเล็กน้อยยังเป็นสิ่งสำคัญในการเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์จอแสดงผล ดังนั้นเทคโนโลยี Selective Laser Lift-Off (SLLO) จึงถือกำเนิดขึ้น เทคโนโลยีนี้ใช้ได้กับการรวมแบบต่างกันและการซ่อมแซมแบบเลือกสรร โดยไม่จำเป็นต้องใช้ขั้นตอนการประมวลผลเป็นชุดที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังสามารถเลือกถ่ายโอน- LED ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและซ่อมแซม LED ที่เสียหายได้ SLLO ทำงานโดยใช้การฉายรังสีด้วยเลเซอร์เพื่อเลือกลอกชิป Micro LED ออกจากอินเทอร์เฟซกับซับสเตรต โดยทั่วไปแล้วแสงอัลตราไวโอเลตจะใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง แสงความยาวคลื่นที่สั้นกว่าจะโต้ตอบกับวัสดุได้แรงกว่า ทำให้กระบวนการลอกออกมีความแม่นยำมากขึ้น นอกจากนี้ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการลอกด้วยแสงอัลตราไวโอเลตยังค่อนข้างต่ำ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงต่อความเสียหายจากความร้อน
Uniqarta ได้เสนอวิธีการลอกด้วยเลเซอร์ขนานขนาดใหญ่- ดังแสดงในรูปที่ 4 ด้วยการเพิ่มเครื่องสแกนเลเซอร์ X- Y ลงในเลเซอร์พัลส์เดี่ยว ลำแสงเลเซอร์เดี่ยวจะเลี้ยวเบนไปเป็นลำแสงเลเซอร์หลายลำ ทำให้เกิด-การลอกชิปขนาดใหญ่ รูปแบบนี้เพิ่มจำนวนชิปที่ปอกในการทำงานเพียงครั้งเดียวอย่างมีนัยสำคัญ โดยมีอัตราการปอกที่ 100 M/h ด้วยความแม่นยำในการถ่ายโอนที่ ±34 μm และมีความสามารถในการตรวจจับข้อบกพร่องที่ดี ทำให้เหมาะสำหรับการถ่ายโอนขนาดและวัสดุต่างๆ ในปัจจุบัน
3เทคโนโลยีการถ่ายโอนด้วยเลเซอร์
ขั้นตอนที่สองของการถ่ายโอนด้วยเลเซอร์จำนวนมากคือการถ่ายโอนด้วยเลเซอร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนชิปที่แยกออกจากวัสดุพิมพ์ชั่วคราวไปยังแบ็คเพลน เทคโนโลยีการถ่ายโอนไปข้างหน้าด้วยเลเซอร์ (LIFT) - ที่นำเสนอโดย Coherent เป็นวิธีการที่สามารถวางวัสดุและโครงสร้างการทำงานต่างๆ ในรูปแบบ-ที่ผู้ใช้กำหนด เพื่อให้สามารถวาง-ตำแหน่งขนาดใหญ่ของโครงสร้างหรืออุปกรณ์ที่มีขนาดคุณลักษณะขนาดเล็กได้ ปัจจุบัน เทคโนโลยี LIFT ประสบความสำเร็จในการถ่ายโอนชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ โดยมีขนาดตั้งแต่ 0.1 ถึงมากกว่า 6 มม.² รูปที่ 5 แสดงกระบวนการ LIFT ทั่วไป ในกระบวนการ LIFT เลเซอร์จะผ่านวัสดุพิมพ์ที่โปร่งใส และถูกดูดซับโดยชั้นปล่อยแบบไดนามิก เนื่องจากเลเซอร์มีผลระเหยหรือกลายเป็นไอ แรงดันสูงที่สร้างโดยชั้นปล่อยแบบไดนามิกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงถ่ายโอนชิปจากการประทับตราไปยังซับสเตรตที่รับ
หลังจากการปรับปรุง Uniqarta ได้พัฒนาเทคโนโลยีการถ่ายโอนไปข้างหน้าด้วยเลเซอร์-โดยอาศัยตุ่มพอง (BB-LIFT) ดังแสดงในรูปที่ 6 ความแตกต่างก็คือในระหว่างการฉายรังสีด้วยเลเซอร์ จะมีเพียงส่วนเล็กๆ ของ DRL เท่านั้นที่ถูกระเหยออกไปและผลิตก๊าซเพื่อให้พลังงานกระแทก DRL สามารถห่อหุ้มคลื่นกระแทกไว้ภายในพุพองที่ขยายตัว โดยค่อย ๆ ดันชิปไปทางซับสเตรตที่รับ ซึ่งสามารถปรับปรุงความแม่นยำในการถ่ายโอนและลดความเสียหายได้
การที่ประทับตราไม่-สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เป็นปัจจัยสำคัญที่จำกัดการใช้ BB-LIFT เพื่อปรับปรุงต้นทุน-ประสิทธิผล นักวิจัยได้พัฒนาเทคโนโลยี BB-LIFT ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้โดยใช้การออกแบบแสตมป์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ดังแสดงในรูปที่ 7 แสตมป์ประกอบด้วยโพรงขนาดเล็กที่มีชั้นโลหะ โดยมีผนังโพรงและแม่พิมพ์กาวยืดหยุ่นที่มีโครงสร้างจุลภาคที่ใช้สำหรับห่อหุ้มโพรงขนาดเล็กและยึดติดชิป เมื่อฉายรังสีด้วยเลเซอร์ 808 นาโนเมตร ชั้นโลหะจะดูดซับเลเซอร์และสร้างความร้อน ส่งผลให้อากาศภายในโพรงขยายตัวอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้แสตมป์เสียรูปและลดการยึดเกาะได้อย่างมาก ณ จุดนี้ การกระแทกที่เกิดจากการฟองจะทำให้ชิปหลุดออกจากตราประทับ
ในการถ่ายโอนขนาดใหญ่- จำเป็นต้องมีการยึดเกาะที่แข็งแรงในระหว่างการหยิบเพื่อให้แน่ใจว่าการจับที่เชื่อถือได้ ในระหว่างการวางตำแหน่ง การยึดเกาะจะต้องมีน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้เพื่อให้สามารถถ่ายโอนได้ ดังนั้นแกนหลักของเทคโนโลยีจึงอยู่ที่การปรับปรุงอัตราส่วนการเปลี่ยนแรงยึดเกาะ นักวิจัยฝังไมโครสเฟียร์ที่ขยายได้ในชั้นกาว และใช้ระบบทำความร้อนด้วยเลเซอร์เพื่อสร้างตัวกระตุ้นความร้อนภายนอก ในระหว่างกระบวนการหยิบ ไมโครสเฟียร์แบบขยายได้ขนาดเล็ก-ที่ฝังไว้จะรับประกันความเรียบของพื้นผิวของชั้นกาว ขณะเดียวกันก็สามารถละเลยผลกระทบต่อการยึดเกาะที่แข็งแกร่งของชั้นกาวได้ อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการถ่ายโอน การกระตุ้นความร้อนภายนอก 90 องศาที่สร้างขึ้นโดยระบบทำความร้อนด้วยเลเซอร์จะถ่ายโอนไปยังชั้นกาวอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ไมโครสเฟียร์ภายในขยายตัวอย่างรวดเร็ว ดังแสดงในรูปที่ 8 ซึ่งส่งผลให้เกิดโครงสร้างหยาบระดับไมโคร-บนพื้นผิว ซึ่งลดการยึดเกาะของพื้นผิวได้อย่างมากและได้รับการปลดปล่อยที่เชื่อถือได้
เพื่อให้บรรลุการถ่ายโอนขนาดใหญ่- นักวิจัยพบว่าการถ่ายโอนขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในการยึดเกาะระหว่าง TRT และอุปกรณ์การทำงาน และถูกควบคุมโดยพารามิเตอร์อุณหภูมิ ดังแสดงในรูปที่ 9 เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤติ Tr อัตราการปล่อยพลังงานของ TRT/อุปกรณ์การทำงานจะมากกว่าอัตราการปล่อยพลังงานวิกฤตของอุปกรณ์การทำงาน/ซับสเตรตต้นทาง ทำให้เกิดรอยแตกร้าวมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายที่อินเทอร์เฟซ TRT/อุปกรณ์การทำงาน จึงทำให้สามารถหยิบอุปกรณ์การทำงานขึ้นมาได้ ในระหว่างกระบวนการถ่ายโอน อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเหนืออุณหภูมิวิกฤต Tr ด้วยการให้ความร้อนด้วยเลเซอร์ และอัตราการปล่อยพลังงานของ TRT/อุปกรณ์เชิงฟังก์ชันจะน้อยกว่าอัตราการปล่อยพลังงานวิกฤตของอุปกรณ์เชิงฟังก์ชัน/ซับสเตรตเป้าหมาย ทำให้สามารถถ่ายโอนอุปกรณ์เชิงฟังก์ชันไปยังซับสเตรตเป้าหมายได้สำเร็จ
