1.마이크로 LED 기술은 차세대 디스플레이 기술의 선두 분야로서 폭넓은 관심과 연구를 받고 있습니다. 기존 액정 디스플레이 및 유기발광다이오드(OLED)에 비해 마이크로 LED는 더 높은 밝기, 더 높은 대비, 더 넓은 색 영역을 제공하는 동시에 에너지 소비가 적고 수명이 더 깁니다. 이는 마이크로 LED가 텔레비전, 스마트폰, 소형{5}}스마트 웨어러블 기기, 차량용 화면, AR/VR과 같은 분야에서-엄청난 잠재력을 발휘할 수 있게 해줍니다. 마이크로 LED, LCD, OLED의 매개변수 비교는 그림 1에 나와 있습니다.
대량 전사는 마이크로 LED 칩을 성장 기판에서 대상 기판으로 옮기는 핵심 단계입니다. 마이크로 LED 칩의 밀도가 높고 크기가 작기 때문에 기존 전사 방법은 고정밀 요구 사항을 충족하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 마이크로 LED와 회로 드라이버를 결합한 디스플레이 어레이를 달성하려면 마이크로 LED 칩의 여러 대량 전송(적어도 사파이어 기판에서 임시 기판, 새 기판으로)이 필요하며 매번 대량의 칩이 전송되므로 전송 프로세스의 안정성과 정밀도에 대한 요구가 높습니다. 레이저 대량 전사는 마이크로 LED 칩을 기본 사파이어 기판에서 대상 기판으로 전사하는 기술입니다. 첫째, 칩은 레이저 필링을 통해 기본 사파이어 기판에서 분리됩니다. 그런 다음 대상 기판에서 절제 처리를 수행하여 접착성 물질(예: 폴리디메틸실록산)이 있는 기판에 칩을 전사합니다. 마지막으로, 칩은 TFT 백플레인의 금속 결합력을 사용하여 PDM 기판에서 TFT 백플레인으로 이동됩니다.
02레이저 필링 기술
레이저 벌크 전사의 첫 번째 단계는 레이저 필링(LLO)입니다. 레이저 박리 수율은 전체 레이저 전사 공정의 최종 수율을 직접적으로 결정합니다. 마이크로 LED는 일반적으로 Si 및 사파이어와 같은 기판을 사용하여 준비를 위한 GaN 에피택셜 층을 성장시킵니다. Si 재료와 GaN 간의 열팽창 계수 차이 및 큰 격자 불일치와 같은 중요한 문제가 있습니다. 따라서 마이크로 LED 칩을 준비할 때 사파이어 기판이 더 일반적으로 사용됩니다. 사파이어의 밴드갭은 9.9eV, GaN은 3.39eV, AlN은 6.2eV입니다. 레이저 필링의 원리는 GaN 에너지 밴드갭보다 크고 사파이어와 AlN의 밴드갭보다 작은 광자 에너지를 갖는 단-파장 레이저를 사용하여 사파이어 측에서 조사하는 것입니다. 레이저는 사파이어와 AlN을 통과한 후 표면 GaN에 흡수됩니다. 이 과정에서 표면 GaN은 열분해되며 Ga의 녹는점은 약 30도이므로 N2와 액체 Ga가 생성되고 이후 N2가 빠져나오면서 기계적 힘에 의해 사파이어 기판에서 GaN 에피층이 분리된다. 계면에서 일어나는 분해 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
광자 에너지 공식에 따르면 위 조건을 충족하는 최적의 레이저 파장은 다음 범위에 속해야 합니다. 125 nm < 209 nm λ 이하 365 nm 이하. 연구에 따르면 레이저 펄스 폭, 레이저 파장 및 레이저 에너지 밀도는 레이저 절제 공정을 달성하는 데 중요한 요소입니다.
풀{0}}컬러 마이크로 LED 조명을 구현하려면 동일한 기판에 빨간색, 녹색, 파란색의 마이크로 LED 칩을 정밀하게 배열하고 통합하여 작은 고해상도{1}}컬러 디스플레이 픽셀을 만들어야 합니다. LLO(Laser Lift{3}}Off) 방법은 균일하지 않은 빨간색, 녹색 및 파란색 마이크로 LED 장치의 선택적 통합에는 적합하지 않습니다.- 또한, 디스플레이 제품의 수율 향상을 위해서는 손상된 소수의 마이크로 LED 칩을 선택적으로 수리하는 것이 중요합니다. 따라서 SLLO(Selective Laser Lift{7}}Off) 기술이 등장했습니다. 이 기술은 복잡한 일괄 처리 절차 없이 이종 통합 및 선택적 복구에 적용 가능합니다. 또한 미리 지정된 특정 LED를 선택적으로 전송하고-손상된 LED를 수리할 수도 있습니다. SLLO는 레이저 조사를 사용하여 기판과의 인터페이스에서 마이크로 LED 칩을 선택적으로 벗겨내는 방식으로 작동합니다. 광원으로는 일반적으로 자외선이 사용됩니다. 파장이 짧은 빛은 재료와 더 강하게 상호작용하여 보다 정밀한 박리 공정을 가능하게 합니다. 또한, 자외선을 이용한 박리 과정에서 발생하는 열이 상대적으로 낮아 열 손상 위험이 적습니다.
Uniqarta는 그림 4와 같이 대규모-병렬 레이저 박리 방법을 제안했습니다. 단일 펄스 레이저에 X-Y 레이저 스캐너를 추가하면 단일 레이저 빔이 여러 레이저 빔으로 회절되어 칩의 대규모 박리가-가능합니다. 이 방식은 단일 작업에서 박리되는 칩 수를 크게 늘려 100M/h의 박리 속도, ±34μm의 전사 정확도를 달성하고 우수한 결함 감지 기능을 갖추고 있어 현재 다양한 크기와 재료의 전사에 적합합니다.
3레이저 전사 기술
레이저 대량 전사의 두 번째 단계는 레이저 전사로, 벗겨진 칩을 임시 기판에서 백플레인으로 옮기는 작업이 포함됩니다. Coherent가 제안하는 레이저-유도 전방 전사(LIFT) 기술은 다양한 기능성 재료와 구조를 사용자가 정의한 패턴으로 배치할 수 있는 방법으로, 작은 피처 크기 구조나 장치의 대규모 배치가-가능합니다. 현재 LIFT 기술은 0.1mm²에서 6mm² 이상의 크기를 가진 다양한 전자 부품의 전사를 성공적으로 달성했습니다. 그림 5는 일반적인 LIFT 프로세스를 보여줍니다. LIFT 공정에서 레이저는 투명 기판을 통과한 후 동적 박리층에 흡수됩니다. 레이저의 제거 또는 기화 효과로 인해 동적 릴리스 레이어에 의해 생성된 높은 압력이 급격히 증가하여 칩을 스탬프에서 수용 기판으로 전달합니다.
개선 끝에 Uniqarta는 물집을 기반으로 한 레이저-유도 전방 전송 기술(BB-LIFT)을 개발했습니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 차이점은 레이저 조사 중에 DRL의 작은 부분만 제거되고 가스를 생성하여 충격 에너지를 제공한다는 것입니다. DRL은 팽창하는 물집 내에 충격파를 캡슐화하여 칩을 수신 기판쪽으로 부드럽게 밀어 전송 정확도를 향상시키고 손상을 줄일 수 있습니다.
스탬프의-재사용 불가능성은 BB-LIFT 적용을 제한하는 중요한 요소입니다. 비용- 효율성을 높이기 위해 연구자들은 그림 7과 같이 재사용 가능한 스탬프 설계를 기반으로 하는 재사용 가능한 BB{4}}LIFT 기술을 개발했습니다. 스탬프는 금속층이 있는 미세 공간, 공동 벽, 미세 공간을 캡슐화하고 칩을 접착하는 데 사용되는 미세 구조를 갖춘 탄성 접착 몰드로 구성됩니다. 808nm 레이저를 조사하면 금속층이 레이저를 흡수해 열을 발생시켜 캐비티 내부의 공기가 급격히 팽창해 스탬프가 변형되고 접착력이 크게 저하된다. 이때 버블링에 의해 발생하는 충격으로 인해 칩이 스탬프에서 분리됩니다.
대규모-이송에서는 안정적인 캡처를 보장하기 위해 피킹 중에 강력한 접착력이 필요합니다. 배치 시 접착력을 최소화해야 전사가 가능하므로 접착력 전환 비율을 향상시키는 것이 기술의 핵심입니다. 연구원들은 접착층에 확장 가능한 미소구체를 삽입하고 레이저 가열 시스템을 사용하여 외부 열 자극을 생성했습니다. 피킹 과정에서 소형- 내장형 팽창성 마이크로스피어가 접착층 표면의 평탄도를 보장하는 반면, 접착층의 강력한 접착력에 미치는 영향은 무시할 수 있습니다. 그러나 전사 과정에서 레이저 가열 시스템에 의해 생성된 90도 외부 열 자극은 접착층으로 빠르게 전달되어 그림 8과 같이 내부 미세구가 빠르게 팽창합니다. 이로 인해 표면에 층상 미세{7}}거친 구조가 생겨 표면 접착력이 크게 감소하고 안정적인 이형이 달성됩니다.
대규모 전사를 달성하기 위해 연구자들은 그림 9에 표시된 것처럼 전사가 TRT와 기능 장치 사이의 접착력 변화에 따라 달라지며 온도 매개변수에 의해 제어된다는 사실을 발견했습니다. 온도가 임계 온도 Tr보다 낮으면 TRT/기능 장치의 에너지 방출 속도가 기능 장치/소스 기판의 임계 에너지 방출 속도보다 높아 TRT/기능 장치 인터페이스에서 균열이 전파되는 경향이 있어 기능 장치를 집어들 수 있습니다. 전사 과정에서 레이저 가열에 의해 온도가 임계온도 Tr 이상으로 상승하고, TRT/기능소자의 에너지 방출률은 기능소자/대상 기판의 임계에너지 방출률보다 작아서 기능소자가 대상 기판에 성공적으로 전사될 수 있습니다.
