當前，AMOLED 技術為我們提供了適用于智能手機和電視的超薄顯示屏，可以實現極為出眾的色彩和分辨率。與此同時，顯示屏制造商已經開始籌謀新型顯示技術的量產大事件：MicroLED顯示。

這項快速興起的技術基于小型（<50 μm）無機 LED，具有多種優勢。首先，它沒有提前老化問題。有些情況下，提前老化會對 OLED 發光單元造成影響。此外，它可以提供更高的亮度和對比度。同時，這種技術的可擴展性使其能夠應用于各類尺寸的屏幕，既有可能以更經濟的價格生產大型電視和公共顯示屏，又可生產用于 VR/AR 設備的超緊湊型顯示屏。

實際上，MicroLED 顯示屏的面世已有一段時間，只不過出貨量有限。目前，顯示屏制造商正在研究如何將其投入全面量產。事實證明，激光在其中發揮著關鍵作用。我們來詳細了解一下。

晶圓助力實現規模經濟

無機（半導體）LED 支持高流明光輸出，比如它們可應用于高亮度汽車前照燈。因此，作為無機 LED 的 MicroLED 就可以做到尺寸雖小，但非常明亮。目前，較先進的 MicroLED 尺寸約為 50 x 50 微米，預計最終將接近 10 x 10 微米。 

這些有源發光單元分為三種類型：紅光、綠光和藍光。每種類型的有源發光單元都是在密集圖案化的藍寶石晶圓上批量生產的（采用外延生長技術）。因此，一張 6 寸晶圓可以生產得到數百萬顆 MicroLED 裸芯片，從而實現規模經濟。

這些 MicroLED 裸芯片最終被放置在一塊相對便宜的大尺寸玻璃基板上，再配上必要的電路，就可以形成顯示屏了。由一些較小尺寸的面板拼接成的大型顯示屏，其尺寸可能達到有兩米寬，像素間距可能是一毫米或更大。即使在每個像素點有三個這樣的微型發光單元，顯示屏的大部分區域都是空著的。對于屏幕尺寸的進一步擴展，主要成本驅動因素是像素數量，因此這種技術有望最終降低成本。

這個概念看似簡單，但實際實施起來絕非如此！

實現剝離

實際上，要完成所有這些工作，存在一個貫穿始終的巨大挑戰。必須將數百萬顆 MicroLED 裸芯片從藍寶石生長晶圓上移除，并精確地放置在大型顯示面板上。也許您想不到，在早期的一些原型驗證中，每顆裸芯片都是通過機械方式拾取和放置的，例如借助真空機器裝置。但這對于最終生產來說太慢了。而且，隨著裸芯片尺寸變得更小，很難做到既能快速拾取和放置，又能完全不損壞這些芯片。良率必須非常高，因為裸芯片數量非常大，以 8K 顯示屏為例，它有超過 3000 萬像素，也就是近 1 億顆裸芯片。

解決方案是在自動化多重工藝（涉及本系列之前幾篇文章中介紹的一些成熟技術）中采用激光技術。

實際上，其涉及三項獨立工藝：剝離、轉移和修復。首先，使用一項基于激光的傳統技術，即激光剝離技術（LLO），將 MicroLED 裸芯片與藍寶石生長晶圓分離，然后將其轉移到臨時載板上，以便于處理。載板涂有粘合劑，并與裸芯片頂部接觸。準分子激光器發出的紫外光從藍寶石晶圓背面照射，將裸芯片與晶圓之間的犧牲層汽化，這層薄薄的犧牲層在芯片材料外延生長之前就已經沉積在晶圓上。這樣一來，MicroLED 裸芯片就以其在晶圓上生長時的間距轉移到了臨時載板上。

LIFT——改變間距

接下來是激光誘導前向轉移（LIFT）。在這一步，來自準分子激光器的紫外光脈沖會從透明載板的背面入射。激光穿過載板和粘合劑，并與剩余的 GaN 緩沖層發生作用。如果使用短波長的紫外光，則可以實現幾乎沒有殘留物的轉移，并且對 MicroLED 芯片的發光表面幾乎沒有影響！這實際上是將裸芯片從載板上通過GaN氣化產生的氣體將其吹離，并將它們推到最終顯示基板上。最終顯示基板與載板是緊挨著放置的，但有一定間隙，這個間隙必須大于 MicroLED 芯片的厚度以避免碰撞。最終玻璃基板上的粘合劑會將 MicroLED 芯片固定在位。

基于 LIFT 的 MicroLED 巨量轉移。如上圖，使用 LIFT 工藝時，大面積光斑穿過掩膜板，以便僅釋放特定的裸芯片并將其推到顯示基板上。所謂的均勻平頂光束對于精確放置來說至關重要（不按比例）。

現在來到了“魔法”的關鍵部分，即改變間距（裸芯片間距）。矩形光斑穿過開孔的掩膜板。然后，將光斑做 2.5 倍或 5 倍縮放，以便投影的開孔圖案與最終顯示屏中的像素間距相同。通過這種方式，可以按每 5 個，甚至每 10 個，或其他任意整數個 LED 間距，將外延片晶圓上的 LED 芯片經過幾微米的微小間隙推到顯示屏。然后，載板相對于固定光斑和掩膜板做小幅度移動，以轉到相鄰的 MicroLED 芯片組。顯示基板則會移動較遠的距離。然后再重復這一過程。

另外，一些制造商正在研究一種略微不同的方法，這種方法是將裸芯片從外延片晶圓上剝離而改變間距。這稱為選擇性激光剝離。但總體結果是一樣的。

高吞吐量和強修復能力

首先在相對較小的藍寶石晶圓上經濟地生產大量 MicroLED 芯片，然后采用 LIFT 工藝以更大的間隔（即芯片間距）放置它們，從而制造出大幅面顯示屏。此外，LIFT 的另一個顯著優勢是速度快。每次脈沖可以轉移數以千計的 MicroLED 芯片。 

在當前面向研發的工藝中，準分子激光脈沖頻率可以達到 20 Hz (即20個脈沖/秒)，這意味著可以在一秒鐘內將 MicroLED 芯片轉到到640 mm2 的區域！而且在激光退火應用中，使用更高的脈沖能量（超過 1 J）和更高的重復頻率，準分子激光技術也表現出了極為出色的功率可擴展能力。使用 LIFT 工藝，可以采用更高的脈沖能量來匹配更大的掩膜板和光斑尺寸。

現在，對于制造相對簡單的半導體器件（如無機 MicroLED 芯片），其良率已經達到了非常高的水平。但是每個顯示屏上有數百萬個發光器件，因此存在像素有缺陷或工藝誤差的可能性，即其中有個別 RGB 器件無法正常工作。不過這種可能性很小，并且數量有限。通過使用帶有單個開孔的掩膜板或基于振鏡的系統可以添加用于替換的裸芯片，這種修復很容易用自動激光工藝來完成。

Coherent高意公司現已提供一款名為 UVtransfer 的 MicroLED 生產工具。該工具可執行全部三項工藝：激光剝離（LLO）、激光誘導前向轉移（LIFT）以及缺陷像素的修復和修整。這款三合一工具將助力 MicroLED 顯示屏制造，生產出實用且經濟的屏幕。

（來源：Coherent高意激光）