雷射在 OLED 和 microLED 顯示器製造中的應用

簡介
顯示器早已無處不在的圍繞我們，從大型電視螢幕到我們眼前的 AR/VR 設備中的微型顯示器。
從笨重的陰極射線管時代到使用發光有機分子的透明和柔性 OLED 顯示器，顯示技術已經走過了漫長的道路！
隨著技術發展逐漸成熟，設備商與雷射製造商無不關注著趨勢與積極投入，近年來，OLED和microLED作為新技術正在逐漸取代LCD（液晶顯示器）。 在本文中，我們來看看雷射在OLED和microLED顯示器製造中的應用。

技術摘要
LCD 是一種光的透射技術，即像素依靠是阻擋或通過其背光而達成顯示功能。 原理是施加電壓於兩個偏振器之間控制一層薄液晶的開/關功能。

OLED 和 microLED 是自發光技術，其中每個像素都是一個小光源。 OLED 像素基於發光有機分子，而 microLED 像素是半導體 LED。製程差異上，OLED 分子是直接沉積在顯示器背板上，但 microLED 是在半導體晶片上製造的，需要多一個轉移步驟。儘管 OLED 已經在市場上得到廣泛採用，而且 microLED 技術仍然落後，但它提供了一些優勢。

目前，採用 microLED 技術的關鍵挑戰是將單個 microLED 像素從半導體晶圓轉移到最終顯示產品的背板上的過程。

下表顯示了這些技術之間的一些差異

雷射在 OLED 製造中的應用

OLED顯示器的製作過程一般分為三個階段：

1. 非晶矽的沉積和結晶形成像素的導電佈線
2. 像素的形成。 使用氣相沉積或噴墨印刷紅色、綠色和藍色發光 OLED 分子
3. 封裝和剝離(lift off)。
    ● 封裝: OLED分子對水分非常敏感。顯示器封裝在聚合物或玻璃薄層之間。
    ● 剝離(lift off)。OLED 顯示器是在透明聚合物片材上製造的。在製造過程中，OLED位於支撐它的玻璃基板上。當OLED顯示器製作好時，它會從玻璃基板上分離，稱為 " lift off "。

 

以下製造程序中使用到雷射

雷射退火 - 將非晶矽轉變為多晶矽。 雷射光束賦予的能量使矽原子能夠四處移動，直到它們以穩定的結晶形式沉澱下來。

雷射剝離 - 將 OLED 顯示屏與玻璃基板分離。 激光束形成一條狹窄的細線，在 OLED 顯示器上掃描，並在 OLED 顯示器和玻璃界面之間的界面中被吸收，並將兩者分開。

玻璃和聚合物部件的切割和鑽孔 - 使用雷射切割和鑽孔是通過汽化材料來完成的，例如雷射鑽孔的優勢是處理薄而易碎的材料而不會破裂。

 

雷射在 microLED 顯示器中的應用

microLED 像素採用“經典”半導體工藝製造，需要轉移到 microLED 顯示器背板上。這是目前 microLED 製造中最具挑戰性的，稱為巨量轉移。 對於microLED 電視屏幕，數百萬微米尺寸的 microLED 需要以高精度和高速度從晶圓轉移到顯示背板上。更複雜的是，半導體晶片上的 microLED密度 比顯示器上的大得多，因此無法同時轉移多組 microLED。

幾間公司正在研究如何更有效的巨量轉移技術。其中一家公司 Uniqarta 開發了一種技術，該技術使用快速移動的雷射光束將 microLED 從聚合物載體選擇性地釋放到顯示器背板上。 microLED 芯片的釋放是通過聚合物載體的局部加熱實現的，使其膨脹並產生一個“Bump”，將 microLED 芯片推開。

 

使用雷射光誘導聚合物膨脹的 microLED 轉移

用於 OLED 和 microLED 製造的激光器

OLED 和 microLED 顯示器製造中主要使用兩種類型的脈衝雷射源：準分子雷射 和 固態雷射”。
準分子雷射使用惰性氣體和鹵素的化合物，它們在發射紫外光。
固態激光器使用二極體雷射泵浦晶體，或摻有地球稀土元素的光纖，例如在近紅外發射的釹。

額外應用是將晶體用於2倍頻或3倍頻，或者將脈衝寬度壓縮到 fs。

 

下表列出了準分子和固態激光器的幾個典型參數。

準分子激光器可以提供更大的功率，但是，這並不是提高產量的唯一重要參數。
脈衝寬度也起著重要作用，對於給定的脈衝能量，隨著脈衝變短，瞬時功率增加。
由於高瞬時功率，材料在熱影響出現前就已經蒸發或汽化。這方式被稱為 “冷加工”，因此人們可以在不加熱的情況下切割玻璃。

雖然大多數應用需要紫外激光，但有些應用使用可見光和紅外激光：

●  加熱焊料以去除有缺陷的 microLED 並在其位置焊接一個新的。
●  OLED中金屬遮罩的蝕刻或超薄玻璃切割。
●  切割超薄玻璃。

在測量此類雷射的功率時，就成為一個挑戰。選擇合適的激光傳感器取決於平均功率，以及以 [KW/cm2] 為單位的功率密度。 對於脈衝雷射，還需要考慮 [J/cm2] 為單位的能量密度。

然而，ps 和 fs 範圍內的短脈衝雷射可能具有相對較低的功率和能量密度，但由於極高的瞬時功率，仍可能會損壞傳感器。 對於光子能量很高的紫外雷射尤其如此，光子可以更容易地破壞分子鍵。 需要根據應用尋找合適的傳感器。