當前，LCD麵板仍需要背光照明才能顯示，而有源元件OLED和LED則通過自身發光消除對背光的依賴。與(yu) LED相比，OLED有一個(ge) 明顯的缺點是老化效應，從(cong) 而限製了顯示壽命。在所有這些選項中，Micro-LED（顯示矩陣中的Micro-LED）為(wei) 顯示應用提供了最多的優(you) 勢，包括更高的發光效率、亮度和對比度；更廣的視角；由於(yu) 像素密度更高，分辨率更高；使用壽命更長，可靠性和環境穩定性更高；更快的刷新率，響應時間以納秒為(wei) 單位；無背光，從(cong) 而以更低的功耗實現更薄、更輕的顯示器。

然而，微型LED（Micro-LED）顯示器並非沒有自己的挑戰，大批量製造就是其中之一。與(yu) LCD和OLED顯示器相比，當前的Micro-LED顯示器具有較大的像素尺寸。2021年第四季度，三星推出了一款名為(wei) “The Wall”的Micro-LED顯示器，像素間距為(wei) 0.8mm。現代手機顯示屏需要0.03mm-0.06 mm的更小間距和每英寸400-800 PPI（像素）。因此，35μm×20μm的Micro-LED尺寸對於(yu) 滿足顯示器製造商的需求是必要的。

目前，機械式取放的精度不適合如此小尺寸的芯片。因此，需要基於(yu) 激光技術轉移Micro-LED晶粒。事實證明，激光輔助技術是唯一能夠滿足高像素密度Micro-LED多步製造過程中嚴(yan) 苛工藝的方法。

製造Micro-LED顯示器

激光是實現Micro-LED顯示器大規模製造的基本工具。單獨著色的紅色、綠色和藍色micro-LED通常基於(yu) 無機III-V族半導體(ti) 氮化镓，首先是在單獨的外延片上生長，通常為(wei) 藍寶石，密度約為(wei) 每6英寸晶圓片上有800萬(wan) 顆晶粒，如圖2左側(ce) 所示。

接下來是將不同顏色的Micro-LED轉移並交織到具有更高導熱性和導電性的基板上，以形成彩色顯示器。期間就包括了各種基於(yu) 激光的工藝技術，如圖2右側(ce) 所示。

最初，在使用激光剝離技術剝離藍寶石晶片之前，臨(lin) 時載體(ti) 附在Micro-LED上。高通量掃描策略使用XY平台在激光線下移動基板，該激光線跨越晶片長度，具有頂帽強度分布，以產(chan) 生均勻的材料相互作用。

有必要使用紫外光譜中低於(yu) GaN的3.3-eV (376-nm)帶隙但高於(yu) 藍寶石的9.9-eV (125-nm)帶隙的波長，其中藍寶石襯底是透明的，而LED是非透明的。脈衝(chong) 紫外激光器，例如248nm準分子激光器或266nm皮秒激光器，能夠將相互作用體(ti) 積限製在幾納米內(nei) ，從(cong) 而最大限度地減少器件層上的應力。

在臨(lin) 時載體(ti) 上製備Micro-LED後，基於(yu) 現代準分子激光器的掩模技術的激光誘導正向轉移方法，能夠在最終的顯示基板上進行選擇性轉和紅綠藍排列。為(wei) 了對Micro-LED進行質量轉移，用大頂帽光束輪廓照亮掩模可提供均勻的力，以實現幾微米的單獨定位精度。

根據間距和特定的工藝條件，每次最多可轉移1萬(wan) 顆晶粒。現代準分子激光器的重複頻率隻有幾百赫茲(zi) 。由於(yu) 一次性相互作用和大的照射麵積，需要具有優(you) 異的脈衝(chong) 到脈衝(chong) 穩定性和高脈衝(chong) 能量的激光器。

製造瓶頸依然存在，即使產(chan) 量很高，大量轉換過程還是容易導致每塊晶圓出現數千個(ge) 壞點。每一個(ge) 壞點都必須進行更換，從(cong) 而還需要快速且單獨的定位工藝技術。這些工藝對光束質量和高產(chan) 量提出了與(yu) 製造步驟相同的要求。

在千赫茲(zi) 範圍內(nei) 工作的固態超短脈衝(chong) 激光器與(yu) 掃描技術相結合，提供了一種功能強大且具有成本效益的解決(jue) 方案。更高的重複率還需要仔細考慮掃描技術，因為(wei) XY平台無法提供所需的加速度。

Micro-LED維修

為(wei) 確保準確和精確的加工，每個(ge) Micro-LED修複部位的聚焦激光束的強度分布必須得到明確定義(yi) 。具體(ti) 而言，輪廓應呈現出具有3µm-5µm陡峭邊緣和均勻平坦區域的小矩形形狀，這可以通過使用短焦距f-theta鏡頭和定製的銳邊頂帽光束整形器來實現。（f-Theta鏡頭通常用於(yu) 高性能激光掃描係統中，產(chan) 生焦點）
這種衍射光學元件提供了平頂強度分布，其平坦區域尺寸僅(jin) 比衍射極限光斑大幾倍，並且具有改進的銳邊，寬度為(wei) 衍射極限光斑的一半。滿足這些條件的銳邊頂帽輪廓出現在圖3中，它是使用HOLO/OR光束整形器衍射光學元件與(yu) f-theta透鏡（f = 65.5mm）結合聚焦355nm激光的高斯光束（Coherent HyperRapid 50 classic）和SCANLAB excelliSCAN 14振鏡掃描儀(yi) 而實現的。

高度精確的光束尺寸、良好的光束中心和精確的聚焦對於(yu) 獲得最佳性能至關(guan) 重要。使用 Pulsar Photonics模塊可以實現這種性能，該模塊具有自動測量程序和執行器，可自動將激光束對準頂帽整形器並校準係統。自動校準可確保在更長的處理時間內(nei) 進行穩定校準。

使用成形光束進行激光掃描的挑戰在於(yu) ，圖像域的邊緣越來越多地發生畸變，如圖4a所示。這種失真是由振鏡布置和f-theta透鏡的成像特性所造成的。對於(yu) 圖3中所示的頂帽光束輪廓，在均勻性下降和形狀變形發生在不適合Micro-LED加工水平之前，隻有16mm2圖像域的中心區域是可以掃描的。為(wei) 了克服這個(ge) 限製，有必要使用XY平台在處理過程中對晶片進行光柵化處理，如圖4b所示。

為(wei) 了實現高處理速度，可以使用SCANLAB和ACS Motion Control開發的創新解決(jue) 方案同步平台和掃描儀(yi) 運動。控製軟件中的特殊算法為(wei) 掃描儀(yi) 和載物台生成了同步軌跡。這種聯動策略消除了縫合錯誤並提高了抓取的準確性。當在6mm2的掃描場上采用這種方法處理1萬(wan) 顆晶粒時，絕對定位誤差僅(jin) 為(wei) 2.82µm（圖5顯示）。
圖6顯示了晶圓5mm2視場的掃描策略。幾秒內(nei) 就能處理一塊6英寸晶圓，滿足行業(ye) 對吞吐量的需求。原則上，采用這種方法可以處理直徑為(wei) 平台移動範圍的晶片。然而實際上8英寸是Micro-LED顯示器的當前上限，因為(wei) 它們(men) 具有高平坦度和層均勻性的要求。

Micro-LED是未來的顯示技術，與(yu) LCD和OLED顯示器相比具有顯著優(you) 勢。但它們(men) 也需要目前仍在開發中的苛刻製造技術。激光工藝是這些製造技術的核心，而激光剝離和激光誘導正向轉移技術的組合對於(yu) Micro-LED的大批量生產(chan) 至關(guan) 重要。

然而在實際製造過程中，通常會(hui) 有數千個(ge) 模具出現缺陷並需要更換。使用紫外皮秒激光器可以滿足這種修複過程的要求。從(cong) 本質上講，基於(yu) 低失真、頂帽光束整形的掃描技術與(yu) 此處介紹的掃描策略相結合，看起來是一個(ge) 有效的解決(jue) 方案。