Micro-LED顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)術是(shi)一種將尺寸微縮化的(de)半導體發光(guang)二極管（LED）以矩陣形(xing)式高(gao)密度(du)(du)(du)地集成(cheng)在(zai)一個芯(xin)片上的(de)顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)術，是(shi)LED芯(xin)片與(yu)平(ping)板顯(xian)(xian)示(shi)制造(zao)的(de)交叉學(xue)科(ke)應用技(ji)術。相(xiang)較于LCD與(yu)和OLED顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)術，除了產(chan)業鏈成(cheng)熟度(du)(du)(du)與(yu)制造(zao)成(cheng)本，Micro-LED顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)術在(zai)亮度(du)(du)(du)、響應速(su)度(du)(du)(du)、功(gong)耗、透明(ming)度(du)(du)(du)、穩定(ding)性(xing)等方面具有顯(xian)(xian)著優勢，被廣泛認為是(shi)下一代主(zhu)流顯(xian)(xian)示(shi)技(ji)術。如何實現(xian)效率(lv)、精度(du)(du)(du)、良(liang)率(lv)兼具的(de)巨量(liang)轉(zhuan)移集成(cheng)是(shi)學(xue)術和產(chan)業界共同(tong)關注的(de)關鍵核心(xin)問題之一。在(zai)百舸爭流的(de)眾多(duo)轉(zhuan)移技(ji)術中，激光(guang)巨量(liang)轉(zhuan)移技(ji)術逐步脫穎而(er)出，承載著Micro-LED產(chan)業化征程的(de)期(qi)盼。
近日，廈門(men)大學、廈門(men)市未來顯(xian)示(shi)技術研(yan)究院(yuan)和(he)天馬微電子組成的(de)(de)聯合研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)在SCIENCE CHINA Information Sciences雜志發(fa)表(biao)了(le)題(ti)為“Super retina TFT based full color microLED display via laser mass transfer”的(de)(de)研(yan)究論文(wen)。論文(wen)深入探討了(le)面向超(chao)高(gao)像素密度(du)TFT基(ji)Micro-LED全彩顯(xian)示(shi)應用(yong)的(de)(de)激光巨量(liang)轉(zhuan)移集成關鍵技術問題(ti)，并對激光剝離(li)、激光轉(zhuan)移修復(fu)、面板(ban)鍵合等(deng)制程所面臨(lin)的(de)(de)工藝、裝備(bei)及材料的(de)(de)挑戰進行(xing)了(le)系統分析(xi)。團(tuan)隊(dui)創新性提(ti)出了(le)提(ti)升(sheng)轉(zhuan)移效(xiao)率(lv)與良率(lv)的(de)(de)新方(fang)法和(he)新技術，在業內首次(ci)成功制造出像素密度(du)高(gao)達(da)403PPI的(de)(de)超(chao)視(shi)網膜顯(xian)示(shi)TFT基(ji)Micro-LED全彩屏，標志著(zhu)Micro-LED顯(xian)示(shi)技術的(de)(de)一項重大突破。
研究創新(xin)點一(yi)：基于激光(guang)勻化(hua)光(guang)斑輻照方案，實現圖形化(hua)襯底(di)GaN基Micro-LED芯片的高質量襯底(di)剝離。
當前，采用(yong)266 nm波長的半導(dao)體泵浦固體激光(guang)(guang)（DPSS激光(guang)(guang)）對圖形化襯底(di)（PSS）GaN基Micro-LED進(jin)行激光(guang)(guang)剝離(li)（LLO）時，存在工(gong)藝(yi)窗口小(xiao)，芯片易出現斷裂(lie)、邊緣破損等問題。針(zhen)對這一問題，團(tuan)隊使用(yong)光(guang)(guang)子追蹤法模擬了(le)PSS和GaN界(jie)面(mian)的能量分(fen)布，進(jin)而提出激光(guang)(guang)勻化光(guang)(guang)斑輻(fu)照(zhao)方(fang)案，實現圖形化襯底(di)GaN基Micro-LED芯片的高質量襯底(di)剝離(li)，良率超過99%。
圖(tu)2 Micro-LED FCoC芯(xin)片(pian)的(de)光(guang)學顯微(wei)鏡下圖(tu)像：（a）藍(lan)光(guang)，（b）綠(lv)光(guang)和（c）紅光(guang)；放大后的(de)Micro-LED芯(xin)片(pian)共聚(ju)焦激光(guang)掃描顯微(wei)鏡圖(tu)像：（d）藍(lan)光(guang)，（e）綠(lv)光(guang)和（f）紅光(guang)
研究創新(xin)點二(er)：提出(chu)了激(ji)光巨(ju)量轉移多因子(zi)關聯決策(ce)方案(an)，通過對(dui)轉移材料物理(li)特性(xing)、激(ji)光輻照能量、芯(xin)片輻照損傷等因子(zi)綜合評價，顯著提升激(ji)光巨(ju)量轉移的效率、精(jing)度(du)與良率。
針(zhen)對(dui)超(chao)高(gao)像素密度(du)Micro-LED全彩顯示屏對(dui)芯(xin)片激(ji)(ji)光(guang)(guang)巨(ju)量(liang)轉(zhuan)移(yi)(yi)定位精(jing)度(du)與(yu)(yu)良率(lv)(lv)的(de)嚴苛要(yao)求(qiu)，團(tuan)隊提出一(yi)種激(ji)(ji)光(guang)(guang)巨(ju)量(liang)轉(zhuan)移(yi)(yi)過程(cheng)的(de)多(duo)因子關(guan)(guan)聯決策方案，如圖(tu)3所示。包(bao)括：1）基(ji)于激(ji)(ji)光(guang)(guang)與(yu)(yu)轉(zhuan)移(yi)(yi)膠相互(hu)作用模(mo)式，對(dui)轉(zhuan)移(yi)(yi)膠類型選擇進行綜合(he)評判(pan)；2）激(ji)(ji)光(guang)(guang)能量(liang)范圍與(yu)(yu)轉(zhuan)移(yi)(yi)膠厚(hou)度(du)關(guan)(guan)聯調控，確保(bao)在無損傷情況(kuang)下實(shi)現(xian)芯(xin)片的(de)高(gao)精(jing)度(du)、高(gao)良率(lv)(lv)轉(zhuan)移(yi)(yi)；3）采用自動光(guang)(guang)學(xue)檢測（AOI）/PL檢測定位，對(dui)不良芯(xin)片進行原位修復。
圖(tu)3 激光巨量轉移多(duo)因(yin)子關聯(lian)決策方案
根據上述決策方案，團隊對轉(zhuan)(zhuan)移材料物(wu)理(li)特性、激光(guang)輻照能量、芯(xin)(xin)片輻照損(sun)傷等影響因(yin)子(zi)進行了(le)綜合評(ping)估與(yu)(yu)優化，顯著提升激光(guang)巨(ju)量轉(zhuan)(zhuan)移的效率(lv)、精度與(yu)(yu)良(liang)率(lv)，轉(zhuan)(zhuan)移效率(lv)達(da)36kk/h，其中藍和綠光(guang)芯(xin)(xin)片一次(ci)(ci)轉(zhuan)(zhuan)移良(liang)率(lv)達(da)99.87%，紅(hong)光(guang)芯(xin)(xin)片一次(ci)(ci)轉(zhuan)(zhuan)移良(liang)率(lv)達(da)99.76%。進一步采(cai)用266nm激光(guang)進行修復(fu)，修復(fu)后良(liang)率(lv)達(da)99.999%。
圖(tu)(tu)4（a）GB-ACoC部分(fen)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)排列的SEM圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)（側視圖(tu)(tu)）；（b）GB-ACoC芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的光(guang)學(xue)顯(xian)微(wei)鏡(jing)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)；（c）與(yu)(yu)（b）圖(tu)(tu)同(tong)視場下芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)PL顯(xian)微(wei)鏡(jing)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)；（d）R-ACoC部分(fen)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)排列的SEM圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)（側視圖(tu)(tu)）；（e）R-ACoC芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)的光(guang)學(xue)顯(xian)微(wei)鏡(jing)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)；（f）與(yu)(yu)（e）圖(tu)(tu)同(tong)視場下芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)PL顯(xian)微(wei)鏡(jing)圖(tu)(tu)像(xiang)(xiang)(xiang)
基于以上創新技(ji)術，團隊利用激光巨量轉移方法，首次成功制造出(chu)分辨率高達403PPI的(de)超視網膜顯示TFT基Micro-LED全彩(cai)屏。
圖5 在完成(cheng)激光(guang)巨量轉(zhuan)移(yi)集(ji)成(cheng)后(hou)，像素密度為403 PPI的Micro-LED顯(xian)示(shi)屏(ping)(ping)分別以（a）藍色(se)，（b）綠色(se)和（c）紅色(se)畫面點亮的照片；（d）完成(cheng)模(mo)組封裝后(hou)的顯(xian)示(shi)屏(ping)(ping)，實現(xian)了全彩顯(xian)示(shi)效果；插圖顯(xian)示(shi)了該顯(xian)示(shi)屏(ping)(ping)中(zhong)子像素排(pai)列情況
廈門(men)(men)大學(xue)與廈門(men)(men)市(shi)未(wei)來顯示技(ji)術研(yan)(yan)究院(yuan)的楊旭高級工程師與李金(jin)釵(chai)教(jiao)授(shou)為第(di)一作者(zhe)，黃凱教(jiao)授(shou)與中國科(ke)學(xue)院(yuan)院(yuan)士張榮(rong)教(jiao)授(shou)為通訊作者(zhe)。該研(yan)(yan)究得到了國家重點研(yan)(yan)發(fa)計劃、福建(jian)省自然(ran)科(ke)學(xue)基(ji)金(jin)、廈門(men)(men)市(shi)科(ke)技(ji)計劃等項(xiang)目的資助。研(yan)(yan)發(fa)團(tuan)隊將持(chi)續在(zai)Micro-LED材料(liao)外延、器件開發(fa)與轉(zhuan)移集成(cheng)等領域(yu)開展技(ji)術深(shen)耕，加強產學(xue)研(yan)(yan)深(shen)度融合(he)，促(cu)進行業快速(su)發(fa)展。
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