雷射在 OLED 和 microLED 顯示器製造中的應用
Events
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 和 microLED 顯示器製造中的應用

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

雷射在 OLED 和 microLED 顯示器製造中的應用


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。雷射在 OLED 和 microLED 顯示器製造中的應用

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。