當前，LCD面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(fā)光消除對背光的依賴。與LED相比，OLED有一個明顯的缺點是老化效應，從而限制了顯示壽命。在所有這些選項中，Micro-LED（顯示矩陣中的Micro-LED）為顯示應用提供了最多的優(yōu)勢，包括更高的發(fā)光效率、亮度和對比度；更廣的視角；由于像素密度更高，分辨率更高；使用壽命更長，可靠性和環(huán)境穩(wěn)定性更高；更快的刷新率，響應時間以納秒為單位；無背光，從而以更低的功耗實現更薄、更輕的顯示器。

然而，微型LED（Micro-LED）顯示器并非沒有自己的挑戰(zhàn)，大批量制造就是其中之一。與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“The Wall”的Micro-LED顯示器，像素間距為0.8mm?，F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尺寸對于滿足顯示器制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，需要基于激光技術轉移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多步制造過程中嚴苛工藝的方法。

制造Micro-LED顯示器

激光是實現Micro-LED顯示器大規(guī)模制造的基本工具。單獨著色的紅色、綠色和藍色micro-LED通常基于無機III-V族半導體氮化鎵，首先是在單獨的外延片上生長，通常為藍寶石，密度約為每6英寸晶圓片上有800萬顆晶粒，如圖2左側所示。

接下來是將不同顏色的Micro-LED轉移并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于激光的工藝技術，如圖2右側所示。

最初，在使用激光剝離技術剝離藍寶石晶片之前，臨時載體附在Micro-LED上。高通量掃描策略使用XY平臺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，以產生均勻的材料相互作用。

有必要使用紫外光譜中低于GaN的3.3-eV (376-nm)帶隙但高于藍寶石的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。脈沖紫外激光器，例如248nm準分子激光器或266nm皮秒激光器，能夠將相互作用體積限制在幾納米內，從而最大限度地減少器件層上的應力。

在臨時載體上制備Micro-LED后，基于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。為了對Micro-LED進行質量轉移，用大頂帽光束輪廓照亮掩?？商峁┚鶆虻牧?，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1萬顆晶?！，F代準分子激光器的重復頻率只有幾百赫茲。由于一次性相互作用和大的照射面積，需要具有優(yōu)異的脈沖到脈沖穩(wěn)定性和高脈沖能量的激光器。

制造瓶頸依然存在，即使產量很高，大量轉換過程還是容易導致每塊晶圓出現數千個壞點。每一個壞點都必須進行更換，從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量提出了與制造步驟相同的要求。

在千赫茲范圍內工作的固態(tài)超短脈沖激光器與掃描技術相結合，提供了一種功能強大且具有成本效益的解決方案。更高的重復率還需要仔細考慮掃描技術，因為XY平臺無法提供所需的加速度。

Micro-LED維修

為確保準確和精確的加工，每個Micro-LED修復部位的聚焦激光束的強度分布必須得到明確定義。具體而言，輪廓應呈現出具有3μm-5μm陡峭邊緣和均勻平坦區(qū)域的小矩形形狀，這可以通過使用短焦距f-theta鏡頭和定制的銳邊頂帽光束整形器來實現。（f-Theta鏡頭通常用于高性能激光掃描系統(tǒng)中，產生焦點）
這種衍射光學元件提供了平頂強度分布，其平坦區(qū)域尺寸僅比衍射極限光斑大幾倍，并且具有改進的銳邊，寬度為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于獲得最佳性能至關重要。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(zhí)行器，可自動將激光束對準頂帽整形器并校準系統(tǒng)。自動校準可確保在更長的處理時間內進行穩(wěn)定校準。

使用成形光束進行激光掃描的挑戰(zhàn)在于，圖像域的邊緣越來越多地發(fā)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。對于圖3中所示的頂帽光束輪廓，在均勻性下降和形狀變形發(fā)生在不適合Micro-LED加工水平之前，只有16mm2圖像域的中心區(qū)域是可以掃描的。為了克服這個限制，有必要使用XY平臺在處理過程中對晶片進行光柵化處理，如圖4b所示。

為了實現高處理速度，可以使用SCANLAB和ACS Motion Control開發(fā)的創(chuàng)新解決方案同步平臺和掃描儀運動?？刂栖浖械奶厥馑惴閽呙鑳x和載物臺生成了同步軌跡。這種聯動策略消除了縫合錯誤并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1萬顆晶粒時，絕對定位誤差僅為2.82μm（圖5顯示）。
圖6顯示了晶圓5mm2視場的掃描策略。幾秒內就能處理一塊6英寸晶圓，滿足行業(yè)對吞吐量的需求。原則上，采用這種方法可以處理直徑為平臺移動范圍的晶片。然而實際上8英寸是Micro-LED顯示器的當前上限，因為它們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LCD和OLED顯示器相比具有顯著優(yōu)勢。但它們也需要目前仍在開發(fā)中的苛刻制造技術。激光工藝是這些制造技術的核心，而激光剝離和激光誘導正向轉移技術的組合對于Micro-LED的大批量生產至關重要。

然而在實際制造過程中，通常會有數千個模具出現缺陷并需要更換。使用紫外皮秒激光器可以滿足這種修復過程的要求。從本質上講，基于低失真、頂帽光束整形的掃描技術與此處介紹的掃描策略相結合，看起來是一個有效的解決方案。