OES | 前沿激光应用：面向更低成本、更高效率micro-LED全彩显示制造【厦门大学和台湾阳明交通大学联合团队】
Opto-Electronic Science
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厦门大学张荣院士/吴挺竹副教授团队和台湾阳明交通大学郭浩中教授团队系统梳理了激光在micro-LED全彩显示设备制造过程中的前沿应用进展，主要内容涵盖：微纳加工、缺陷检测、缺陷修复、巨量转移和量子点色转换层等方面。
第一作者：赖寿强，刘时彪
通信作者：张荣，郭浩中，吴挺竹
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概述
尺寸小于50 μm × 50 μm的微型发光二极管(micro-LED)被认为是下一代显示技术的有力竞争者。与传统的LCD和OLED显示技术相比，micro-LED具有寿命长、效率高、刷新率高等一系列的优点，因此在可穿戴显示、元宇宙等领域也呈现出了广阔的应用前景。然而，要促进micro-LED显示的商业化量产制造，仍然需要解决一些技术挑战，例如：micro-LED的巨量转移良率要达到99.999%；需要开发更高精度、更高效率的微纳加工技术；亟需优化micro-LED模组中的像素坏点检测和修复过程的效率、精确度；需要进一步提高量子点彩色转换层的性能等。因此，可用于实现更低成本、更高效率micro-LED全彩显示制造的新型技术，已成为学术界和产业界的关注热点之一。
由于激光在亮度、方向性、单色性方面都极具优势，因此也被誉为“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”。近年来，随着激光技术的飞速发展，相关的技术革新和前沿应用纷至沓来。厦门大学张荣院士团队于2023年建成的全球首条23.5英寸micro-LED激光巨量转移示范线，是当前激光、显示等领域的关注焦点之一，该示范线涉及人工智能辅助设计、芯片制造、转移集成、可靠性评估等智造创新链，实现了多应用场景、高性能显示的micro-LED芯片，打通了高良率、高效率的激光巨量转移全链条工艺，实现了单色、全彩micro-LED芯片阵列的点亮。除了micro-LED全彩显示制造过程中的巨量转移外，激光技术还在晶圆切割、微纳加工、像素坏点检测和修复、量子点色转换层性能的提升和优化等方面具有广阔的应用前景，相关的研究突破也将助力实现更低成本、更高效率的micro-LED全彩显示量产制造。
关键进展
传统的金刚石和等离子体切割技术精度无法满足micro-LED制造过程中的精度要求，因此具有高精度特点的紫外激光切割技术备受关注。传统的湿法刻蚀和等离子体刻蚀精度只能满足micro-LED几何形状的加工，而激光划刻等技术则能够加工更微细的micro-LED结构。此外，采用超快激光代替传统的纳秒激光器进行激光剥离(LLO)，还能够进一步减少micro-LED在该过程中受到的热损伤。LLO过程的原理图和物理机制如图2(a-d)所示，激光器设置如图2(e)所示；如图2(f)所示为LLO具体示意图：利用高能脉冲激光束穿透蓝宝石衬底，均匀扫描蓝宝石衬底与外延GaN材料之间的界面，进而实现衬底与芯片的分离。此外，由于micro-LED显示装置中像素坏点的高效率、高精度检测和修复技术面临挑战，因此基于激光的非接触、高效率PL检测技术也倍受关注。
图2 LLO过程相关的激光装置示意图
图3 (a-d) 接触式微转印技术、滚轴转印技术、流体自组装技术和激光巨量转移技术示意图；(e) LIFT、LDW、tmSLADT和SLLO巨量转移技术原理示意图
该工作以“Applications of lasers: A promising route toward low-cost fabrication of high-efficiency full-color micro-LED displays”为题发表在卓越行动计划高起点新刊Opto-Electronic Science (光电科学)。
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