SCIENCE CHINA|面向超高像素密度TFT基Micro-LED全彩顯示應用的激光巨量轉移技術

　　Micro-LED顯示(shi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)是一(yi)(yi)種將(jiang)尺寸微縮(suo)化(hua)的半導(dao)體(ti)發光二極管(LED)以矩陣形式(shi)高密(mi)度地集成(cheng)在(zai)一(yi)(yi)個(ge)芯片上的顯示(shi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，是LED芯片與(yu)(yu)平(ping)板顯示(shi)制造的交叉學(xue)科應(ying)用技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)。相較于LCD與(yu)(yu)和OLED顯示(shi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，除了產(chan)(chan)業鏈(lian)成(cheng)熟度與(yu)(yu)制造成(cheng)本，Micro-LED顯示(shi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)在(zai)亮(liang)度、響應(ying)速度、功耗、透(tou)明度、穩定(ding)性等方面具有(you)顯著優勢，被廣泛認(ren)為是下一(yi)(yi)代主流(liu)顯示(shi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)。如何實現(xian)效率(lv)、精度、良率(lv)兼具的巨(ju)量(liang)轉移(yi)集成(cheng)是學(xue)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)和產(chan)(chan)業界共同關注的關鍵(jian)核(he)心問題之(zhi)一(yi)(yi)。在(zai)百舸爭流(liu)的眾多轉移(yi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)中，激光巨(ju)量(liang)轉移(yi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)逐步脫穎而出，承(cheng)載著Micro-LED產(chan)(chan)業化(hua)征(zheng)程的期盼。

　　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全彩顯示應用的激光巨量轉移集成關鍵技術問題，并對激光剝離、激光轉移修復、面板鍵合等制程所面臨的工藝、裝備及材料的挑戰進行了系統分析。團隊創新性提出了 提升轉移效率與良率的新方法和新技術，在業內首次成功制造出 像素密度高達403PPI 的超視網膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏，標志著Micro-LED顯示技術的一項重(zhong)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。

　　當前(qian)，采用(yong)266 nm波長的半導體(ti)泵浦固體(ti)激光(DPSS激光)對圖形化(hua)襯底(di)(PSS)GaN基(ji)Micro-LED進行(xing)激光剝離(LLO)時，存(cun)在工藝窗(chuang)口小，芯片易出(chu)現(xian)(xian)斷(duan)裂(lie)、邊緣破(po)損等問(wen)(wen)題(ti)。針對這一問(wen)(wen)題(ti)，團隊使用(yong)光子追(zhui)蹤法模擬了(le)PSS和GaN界面的能量(liang)分布，進而(er)提出(chu)激光勻化(hua)光斑輻照方(fang)案，實(shi)現(xian)(xian)圖形化(hua)襯底(di)GaN基(ji)Micro-LED芯片的高(gao)質(zhi)量(liang)襯底(di)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(chao)高像(xiang)素密度(du)Micro-LED全彩對(dui)芯(xin)片(pian)(pian)激光巨(ju)量(liang)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)定(ding)(ding)位(wei)精度(du)與良率的嚴苛要求，團隊(dui)提(ti)出一種激光巨(ju)量(liang)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)過程的多因子關聯(lian)決策(ce)方案，如圖3所示。包括：1)基于激光與轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)相(xiang)互作用(yong)模式，對(dui)轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)類(lei)型選(xuan)擇(ze)進(jin)行(xing)綜合評判;2)激光能量(liang)范圍與轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)膠(jiao)厚度(du)關聯(lian)調(diao)控(kong)，確保(bao)在無損傷情(qing)況下(xia)實現芯(xin)片(pian)(pian)的高精度(du)、高良率轉(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi);3)采用(yong)自動光學檢測(AOI)/PL檢測定(ding)(ding)位(wei)，對(dui)不良芯(xin)片(pian)(pian)進(jin)行(xing)原(yuan)位(wei)修復。

　　圖3 激光巨量轉移多因子關聯決策方案

　　根據上述決策方案，團隊對轉移(yi)(yi)材(cai)料物理特(te)性(xing)、激(ji)光(guang)輻照(zhao)能量、芯(xin)片(pian)輻照(zhao)損傷等影響因(yin)子進(jin)行(xing)了綜(zong)合評估與優化，顯著提升(sheng)激(ji)光(guang)巨量轉移(yi)(yi)的效率(lv)(lv)、精度與良(liang)(liang)(liang)率(lv)(lv)，轉移(yi)(yi)效率(lv)(lv)達(da)(da)36kk/h，其中藍和綠光(guang)芯(xin)片(pian)一次轉移(yi)(yi)良(liang)(liang)(liang)率(lv)(lv)達(da)(da)99.87%，紅光(guang)芯(xin)片(pian)一次轉移(yi)(yi)良(liang)(liang)(liang)率(lv)(lv)達(da)(da)99.76%。進(jin)一步采(cai)用266nm激(ji)光(guang)進(jin)行(xing)修復，修復后良(liang)(liang)(liang)率(lv)(lv)達(da)(da)99.999%。

圖4（a）GB-ACoC部分芯片排列的SEM圖像（側視圖）；（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(yi)上創新技術(shu)，團(tuan)隊利用激光巨量轉(zhuan)移方法，首(shou)次(ci)成功制造出分辨率高達403PPI的超視網膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏。

　　圖5 在完成激光巨量轉移集成后，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(gai)研(yan)究得到了國(guo)家重點研(yan)發計劃(hua)、福建(jian)省自然(ran)科(ke)(ke)學基(ji)金(jin)、廈門市科(ke)(ke)技(ji)計劃(hua)等項目的資助(zhu)。研(yan)發團隊將持(chi)續在Micro-LED材(cai)料(liao)外延、器件開(kai)發與轉移(yi)集成等領域開(kai)展技(ji)術(shu)深(shen)耕，加強產學研(yan)深(shen)度融合，促進(jin)行業快(kuai)速發展。