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Micro-LED顯示技術是一種將尺寸微縮化的半導體發(fā)光二極管（LED）以矩陣形式高密度地集成在一個芯片上的顯示技術，是LED芯片與平板顯示制造的交叉學科應用技術。相較于LCD與和OLED顯示技術，除了產(chǎn)業(yè)鏈成熟度與制造成本，Micro-LED顯示技術在亮度、響應速度、功耗、透明度、穩(wěn)定性等方面具有顯著優(yōu)勢，被廣泛認為是下一代主流顯示技術。如何實現(xiàn)效率、精度、良率兼具的巨量轉移集成是學術和產(chǎn)業(yè)界共同關注的關鍵核心問題之一。在百舸爭流的眾多轉移技術中，激光巨量轉移技術逐步脫穎而出，承載著Micro-LED產(chǎn)業(yè)化征程的期盼。

近日，廈門大學、廈門市未來顯示技術研究院和天馬微電子組成的聯(lián)合研發(fā)團隊在SCIENCE CHINA Information Sciences雜志發(fā)表了題為“Super retina TFT based full color microLED display via laser mass transfer”的研究論文。論文深入探討了面向超高像素密度TFT基Micro-LED全彩顯示應用的激光巨量轉移集成關鍵技術問題，并對激光剝離、激光轉移修復、面板鍵合等制程所面臨的工藝、裝備及材料的挑戰(zhàn)進行了系統(tǒng)分析。團隊創(chuàng)新性提出了提升轉移效率與良率的新方法和新技術，在業(yè)內首次成功制造出像素密度高達403PPI的超視網(wǎng)膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏，標志著Micro-LED顯示技術的一項重大突破。

研究創(chuàng)新點一：基于激光勻化光斑輻照方案，實現(xiàn)圖形化襯底GaN基Micro-LED芯片的高質量襯底剝離。

當前，采用266 nm波長的半導體泵浦固體激光（DPSS激光）對圖形化襯底（PSS）GaN基Micro-LED進行激光剝離（LLO）時，存在工藝窗口小，芯片易出現(xiàn)斷裂、邊緣破損等問題。針對這一問題，團隊使用光子追蹤法模擬了PSS和GaN界面的能量分布，進而提出激光勻化光斑輻照方案，實現(xiàn)圖形化襯底GaN基Micro-LED芯片的高質量襯底剝離，良率超過99%。

圖2 Micro-LED FCoC芯片的光學顯微鏡下圖像：（a）藍光，（b）綠光和（c）紅光；放大后的Micro-LED芯片共聚焦激光掃描顯微鏡圖像：（d）藍光，（e）綠光和（f）紅光

研究創(chuàng)新點二：提出了激光巨量轉移多因子關聯(lián)決策方案，通過對轉移材料物理特性、激光輻照能量、芯片輻照損傷等因子綜合評價，顯著提升激光巨量轉移的效率、精度與良率。

針對超高像素密度Micro-LED全彩顯示屏對芯片激光巨量轉移定位精度與良率的嚴苛要求，團隊提出一種激光巨量轉移過程的多因子關聯(lián)決策方案，如圖3所示。包括：1）基于激光與轉移膠相互作用模式，對轉移膠類型選擇進行綜合評判；2）激光能量范圍與轉移膠厚度關聯(lián)調控，確保在無損傷情況下實現(xiàn)芯片的高精度、高良率轉移；3）采用自動光學檢測（AOI）/PL檢測定位，對不良芯片進行原位修復。

圖3 激光巨量轉移多因子關聯(lián)決策方案

根據(jù)上述決策方案，團隊對轉移材料物理特性、激光輻照能量、芯片輻照損傷等影響因子進行了綜合評估與優(yōu)化，顯著提升激光巨量轉移的效率、精度與良率，轉移效率達36kk/h，其中藍和綠光芯片一次轉移良率達99.87%，紅光芯片一次轉移良率達99.76%。進一步采用266nm激光進行修復，修復后良率達99.999%。

圖4（a）GB-ACoC部分芯片排列的SEM圖像（側視圖）；（b）GB-ACoC芯片的光學顯微鏡圖像；（c）與（b）圖同視場下芯片PL顯微鏡圖像；（d）R-ACoC部分芯片排列的SEM圖像（側視圖）；（e）R-ACoC芯片的光學顯微鏡圖像；（f）與（e）圖同視場下芯片PL顯微鏡圖像

基于以上創(chuàng)新技術，團隊利用激光巨量轉移方法，首次成功制造出分辨率高達403PPI的超視網(wǎng)膜顯示TFT基Micro-LED全彩屏。

圖5 在完成激光巨量轉移集成后，像素密度為403 PPI的Micro-LED顯示屏分別以（a）藍色，（b）綠色和（c）紅色畫面點亮的照片；（d）完成模組封裝后的顯示屏，實現(xiàn)了全彩顯示效果；插圖顯示了該顯示屏中子像素排列情況

廈門大學與廈門市未來顯示技術研究院的楊旭高級工程師與李金釵教授為第一作者，黃凱教授與中國科學院院士張榮教授為通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、福建省自然科學基金、廈門市科技計劃等項目的資助。研發(fā)團隊將持續(xù)在Micro-LED材料外延、器件開發(fā)與轉移集成等領域開展技術深耕，加強產(chǎn)學研深度融合，促進行業(yè)快速發(fā)展。