國內聯合研發團隊發表Micro LED研究成果

　　Micro-LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)是一(yi)(yi)種將尺(chi)寸微(wei)縮(suo)化的半導體發光二極管(guan)(LED)以矩陣形式(shi)高密度(du)(du)地集(ji)成(cheng)在一(yi)(yi)個芯(xin)片上(shang)的顯(xian)(xian)示(shi)(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，是LED芯(xin)片與平板顯(xian)(xian)示(shi)(shi)制造(zao)的交叉學科應(ying)用技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)。相較于LCD與和OLED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，除了產(chan)(chan)業鏈成(cheng)熟度(du)(du)與制造(zao)成(cheng)本，Micro-LED顯(xian)(xian)示(shi)(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)在亮度(du)(du)、響應(ying)速(su)度(du)(du)、功(gong)耗、透明度(du)(du)、穩定性等方面具有顯(xian)(xian)著優勢(shi)，被廣泛(fan)認為是下一(yi)(yi)代主流顯(xian)(xian)示(shi)(shi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)。如何實現效率(lv)、精度(du)(du)、良率(lv)兼具的巨量轉移(yi)集(ji)成(cheng)是學術(shu)(shu)(shu)(shu)和產(chan)(chan)業界共同關注的關鍵核心問題之一(yi)(yi)。在百舸(ge)爭(zheng)流的眾多(duo)轉移(yi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)中(zhong)，激光巨量轉移(yi)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)逐步脫穎而(er)出，承載著Micro-LED產(chan)(chan)業化征程(cheng)的期(qi)盼。

　　近日，廈門大學 、廈門市未來顯示技術研究院 和天馬微電子 組成的聯合研發團隊在SCIENCE CHINA Information Sciences 雜志發表了題為“Super retina TFT based full color microLED display via laser mass transfer ”的(de)研究論文。論文深入探討了面(mian)向超高像素密度(du)TFT基Micro-LED全彩(cai)顯示(shi)(shi)應用(yong)的(de)激光(guang)巨量轉(zhuan)移集成關鍵技術問題，并(bing)對激光(guang)剝離、激光(guang)轉(zhuan)移修復、面(mian)板(ban)鍵合(he)等(deng)制程所(suo)面(mian)臨的(de)工藝、裝(zhuang)備及材(cai)料的(de)挑戰進(jin)行了系(xi)統分析。團隊創新性提出了提升轉(zhuan)移效率與良率的(de)新方法和新技術，在業內首次成功制造出像素密度(du)高達403PPI的(de)超視網膜顯示(shi)(shi)TFT基Micro-LED全彩(cai)屏，標志著Micro-LED顯示(shi)(shi)技術的(de)一項重大突破。

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

　　當(dang)前，采用(yong)266 nm波長的半導體(ti)泵浦固體(ti)激(ji)光(DPSS激(ji)光)對(dui)圖(tu)形化(hua)襯底(PSS)GaN基Micro-LED進(jin)行激(ji)光剝(bo)(bo)離(LLO)時，存在工藝(yi)窗口小，芯片(pian)易出現斷裂、邊緣破損等問題。針對(dui)這(zhe)一(yi)問題，團隊使用(yong)光子(zi)追蹤法模擬(ni)了(le)PSS和GaN界面的能量(liang)分布(bu)，進(jin)而提出激(ji)光勻化(hua)光斑輻照方(fang)案(an)，實現圖(tu)形化(hua)襯底GaN基Micro-LED芯片(pian)的高(gao)質量(liang)襯底剝(bo)(bo)離，良率超過99%。

　　圖2 Micro-LED FCoC芯片的(de)光學(xue)顯微鏡下圖像(xiang)：(a)藍(lan)光，(b)綠光和(c)紅(hong)光;放(fang)大后的(de)Micro-LED芯片共聚焦激光掃描顯微鏡圖像(xiang)：(d)藍(lan)光，(e)綠光和(f)紅(hong)光

　　研究創新點二： 提出了激光巨量轉移多因子關聯決策方案，通過對轉移材料物理特性、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移的效率、精度與良率。

　　針對(dui)超高(gao)像素(su)密(mi)度(du)(du)Micro-LED全彩對(dui)芯片(pian)激(ji)光(guang)巨量轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)定位精度(du)(du)與良(liang)率的(de)嚴苛要求，團隊提出(chu)一(yi)種激(ji)光(guang)巨量轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)過(guo)程的(de)多因子關(guan)聯(lian)決策方案，如圖3所示。包(bao)括(kuo)：1)基于激(ji)光(guang)與轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)相互作用模式，對(dui)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)類型選擇進行綜合評判;2)激(ji)光(guang)能量范圍與轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)厚(hou)度(du)(du)關(guan)聯(lian)調控，確(que)保在無損傷情況下實現芯片(pian)的(de)高(gao)精度(du)(du)、高(gao)良(liang)率轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi);3)采(cai)用自動光(guang)學檢(jian)測(AOI)/PL檢(jian)測定位，對(dui)不良(liang)芯片(pian)進行原(yuan)位修復(fu)。

　　圖3 激(ji)光巨量轉移多因子(zi)關聯決策方案

　　根據上述(shu)決(jue)策方案，團隊(dui)對轉移材料物理(li)特性、激(ji)(ji)光(guang)(guang)輻照能量、芯(xin)片輻照損傷(shang)等影響因子進(jin)行(xing)了綜合評估與優(you)化(hua)，顯著提升激(ji)(ji)光(guang)(guang)巨量轉移的效(xiao)率、精度與良率，轉移效(xiao)率達36kk/h，其中藍(lan)和綠(lv)光(guang)(guang)芯(xin)片一(yi)次轉移良率達99.87%，紅光(guang)(guang)芯(xin)片一(yi)次轉移良率達99.76%。進(jin)一(yi)步采用266nm激(ji)(ji)光(guang)(guang)進(jin)行(xing)修復(fu)，修復(fu)后良率達99.999%。

　　圖4(a)GB-ACoC部分芯片(pian)(pian)排(pai)列的(de)SEM圖像(xiang)(xiang)(側(ce)視(shi)圖);(b)GB-ACoC芯片(pian)(pian)的(de)光(guang)學顯微(wei)鏡(jing)圖像(xiang)(xiang);(c)與(yu)(b)圖同視(shi)場(chang)下芯片(pian)(pian)PL顯微(wei)鏡(jing)圖像(xiang)(xiang);(d)R-ACoC部分芯片(pian)(pian)排(pai)列的(de)SEM圖像(xiang)(xiang)(側(ce)視(shi)圖);(e)R-ACoC芯片(pian)(pian)的(de)光(guang)學顯微(wei)鏡(jing)圖像(xiang)(xiang);(f)與(yu)(e)圖同視(shi)場(chang)下芯片(pian)(pian)PL顯微(wei)鏡(jing)圖像(xiang)(xiang)

　　基(ji)于以上(shang)創新技(ji)術(shu)，團隊利用激光巨量轉移方法，首次成功制造(zao)出(chu)分(fen)辨率(lv)高(gao)達403PPI的超視網(wang)膜顯示(shi)TFT基(ji)Micro-LED全彩屏。

 　　圖(tu)5 在完(wan)(wan)成(cheng)激光巨量轉移集成(cheng)后(hou)，像素密(mi)度為403 PPI的(de)Micro-LED顯示(shi)屏分別(bie)以(a)藍色，(b)綠色和(c)紅色畫面點(dian)亮的(de)照片;(d)完(wan)(wan)成(cheng)模組封裝后(hou)的(de)顯示(shi)屏，實現(xian)了全彩顯示(shi)效果(guo);插圖(tu)顯示(shi)了該(gai)顯示(shi)屏中子(zi)像素排列情況

　　廈(sha)門大學與(yu)(yu)廈(sha)門市(shi)未來顯示技術研究院(yuan)的楊旭高級工程師(shi)與(yu)(yu)李金(jin)(jin)釵教授(shou)為第(di)一作者(zhe)，黃凱(kai)教授(shou)與(yu)(yu)中國科(ke)(ke)學院(yuan)院(yuan)士(shi)張榮教授(shou)為通訊作者(zhe)。該研究得(de)到了國家重點研發(fa)(fa)計(ji)劃、福(fu)建省自然科(ke)(ke)學基金(jin)(jin)、廈(sha)門市(shi)科(ke)(ke)技計(ji)劃等(deng)項目的資助。研發(fa)(fa)團(tuan)隊(dui)將持續在Micro-LED材料(liao)外(wai)延、器件開發(fa)(fa)與(yu)(yu)轉移集成(cheng)等(deng)領(ling)域開展技術深耕，加強(qiang)產學研深度融合，促(cu)進行(xing)業(ye)快速發(fa)(fa)展。