1. マイクロ LED 技術は、次世代ディスプレイ技術の最前線分野として広く注目され、研究されています。-従来の液晶ディスプレイや有機発光ダイオード (OLED) と比較して、Micro LED は高輝度、高コントラスト、より広い色域を実現すると同時に、エネルギー消費が低く、寿命が長いという特徴があります。これにより、マイクロ LED はテレビ、スマートフォン、小型スマート ウェアラブル、車載スクリーン、AR/VR などの分野で大きな可能性を秘めています。-マイクロ LED、LCD、OLED のパラメータの比較を図 1 に示します。
物質転写は、マイクロ LED チップを成長基板からターゲット基板に転写する際の重要なステップです。マイクロ LED チップは高密度でサイズが小さいため、従来の転写方法では高精度の要件を満たすのが困難でした。マイクロ LED と回路ドライバーを組み合わせたディスプレイ アレイを実現するには、マイクロ LED チップの複数回の大量転写 (少なくともサファイア基板から仮基板、そして新しい基板へ) が必要であり、そのたびに大量のチップが転送されるため、転送プロセスの安定性と精度に高い要求が課せられます。レーザー物質転写は、マイクロ LED チップをネイティブのサファイア基板からターゲット基板に転写する技術です。まず、レーザー剥離によってチップがネイティブのサファイア基板から分離されます。次に、ターゲット基板にアブレーション処理を実行して、チップを粘着性の材料（ポリジメチルシロキサンなど）を備えた基板上に転写します。最後に、TFT バックプレーン上の金属結合力を使用して、チップを PDM 基板から TFT バックプレーンに転写します。
02レーザーピーリング技術
レーザーバルク転送の最初のステップはレーザーピーリング (LLO) です。レーザー剥離の歩留まりは、レーザー転写プロセス全体の最終的な歩留まりを直接決定します。マイクロ LED は通常、Si やサファイアなどの基板を使用して、準備のために GaN エピタキシャル層を成長させます。 Si 材料と GaN の間には大きな格子不整合や熱膨張係数の違いなどの重大な問題があります。したがって、マイクロ LED チップを準備する場合は、サファイア基板がより一般的に使用されます。サファイアのバンドギャップは 9.9 eV、GaN は 3.39 eV、AlN は 6.2 eV です。レーザーピーリングの原理には、GaN エネルギーバンドギャップよりも大きく、サファイアや AlN のバンドギャップよりも小さい光子エネルギーを持つ短波長レーザーを使用し、サファイア側から照射することが含まれます。{8}レーザーはサファイアと AlN を通過し、表面の GaN に吸収されます。このプロセス中に、表面のGaNは熱分解を受け、Gaの融点は約30度であるため、N2と液体Gaが生成され、その後N2が放出され、それによって機械的な力によってサファイア基板からGaNエピタキシャル層が分離されます。界面で起こる分解反応は次のように表すことができます。
光子エネルギーの式によれば、上記の条件を満たす最適なレーザー波長は、次の範囲内に収まります。 125 nm < 209 nm λ 以下 365 nm 以下。研究によると、レーザー パルス幅、レーザー波長、レーザー エネルギー密度がレーザー アブレーション プロセスを達成するための重要な要素であることがわかっています。
フルカラーのマイクロ LED 照明を実現するには、同じ基板上に赤、緑、青のマイクロ LED チップを正確に配置して統合し、小型で高解像度のカラー ディスプレイ ピクセルを作成する必要があります。-レーザー リフト オフ (LLO) メソッドは、不均一な赤、緑、青のマイクロ LED デバイスの選択的統合には適していません。-さらに、少数の破損したマイクロ LED チップを選択的に修復することは、ディスプレイ製品の歩留まりを向上させるために重要です。そこで、選択的レーザーリフトオフ(SLLO)-の技術が登場しました。この技術は、複雑なバッチ処理手順を必要とせずに、異種統合や選択的修復に適用できます。また、事前に指定された特定の LED を選択的に転送し、損傷した LED を修復することもできます。SLLO は、レーザー照射を使用してマイクロ LED チップを基板との界面から選択的に剥離することで機能します。{10}光源としては、通常、紫外線が使用されます。波長が短い光は材料とより強く相互作用するため、より正確な剥離プロセスが可能になります。さらに、紫外線による剥離プロセス中に発生する熱は比較的低いため、熱損傷のリスクが軽減されます。
Uniqarta は、図 4 に示すような大規模な並列レーザー剥離法を提案しました。単一パルス レーザーに X-Y レーザー スキャナーを追加することで、単一のレーザー ビームが複数のレーザー ビームに回折され、大規模なチップの剥離が可能になります。-この方式により、一度の剥離チップ数が大幅に増加し、剥離速度100M/h、転写精度±34μmを実現し、良好な欠陥検出能力を備えているため、現在さまざまなサイズや材質の転写に適しています。
3レーザー転写技術
レーザー一括転写の 2 番目のステップはレーザー転写です。これには、剥離されたチップを一時基板からバックプレーンに転写することが含まれます。 Coherent が提案したレーザー誘起前方転写 (LIFT) テクノロジーは、さまざまな機能性材料や構造をユーザー定義のパターンで配置できる方法であり、小さなフィーチャー サイズの構造やデバイスの大規模な配置が可能です。{2}現在、LIFT テクノロジーは、0.1 mm² から 6 mm² 以上のサイズのさまざまな電子部品の転写に成功しています。図 5 は、典型的な LIFT プロセスを示しています。 LIFT プロセスでは、レーザーは透明基板を通過し、動的剥離層に吸収されます。レーザーのアブレーション効果または蒸発効果により、動的剥離層によって生成される高圧が急速に増加し、それによってチップがスタンプから受け取り基板に転写されます。
改良を経て、Uniqarta はブリスターに基づいたレーザー誘起前方移動技術（BB-LIFT）を開発しました。{0}図 6 に示すように、違いは、レーザー照射中に DRL のごく一部だけがアブレーションされ、衝撃エネルギーを提供するガスを生成することです。 DRL は、膨張するブリスター内に衝撃波をカプセル化し、チップを受信基板に向けて穏やかに押すことができるため、転送精度が向上し、損傷が軽減されます。
スタンプが再利用できないことは、BB-LIFT の適用を制限する重要な要因です。-費用対効果を向上させるため、研究者らは、図 7 に示すように、再利用可能なスタンプの設計に基づいた再利用可能な BB- リフト技術を開発しました。スタンプは、金属層を備えたマイクロキャビティ、キャビティ壁、およびマイクロキャビティの封入とチップの接着に使用される微細構造を備えた弾性接着モールドで構成されています。 808 nm レーザーが照射されると、金属層がレーザーを吸収して熱を発生し、キャビティ内の空気が急速に膨張してスタンプが変形し、粘着力が大幅に低下します。このとき、バブリングによる衝撃によりチップがスタンプから剥離します。
大規模な移送では、確実に捕捉するためにピッキング中に強力な接着が必要です。-配置中、転写を達成するには接着力を可能な限り最小限にする必要があるため、技術の核心は接着力の切り替え比を向上させることにあります。研究者らは、接着層に膨張可能な微小球を埋め込み、レーザー加熱システムを使用して外部からの熱刺激を生成しました。ピッキングプロセス中、小さな-サイズの埋め込まれた膨張性微小球により接着剤層の表面の平坦性が保証されますが、接着剤層の強力な接着に対する影響は無視できます。ただし、転写プロセス中に、レーザー加熱システムによって生成された 90 度の外部熱刺激が接着剤層に急速に伝わり、図 8 に示すように、内部の微小球が急速に膨張します。その結果、表面に層状の微細な粗面構造が形成され、表面接着力が大幅に低下し、信頼性の高い剥離が実現します。
大規模な転写を実現するために、研究者らは、図 9 に示すように、転写が TRT と機能デバイスの間の接着力の変化に依存し、温度パラメータによって制御されることを発見しました。温度が臨界温度 Tr を下回ると、TRT/機能デバイスのエネルギー放出速度が機能デバイス/ソース基板の臨界エネルギー放出速度よりも大きくなり、TRT/機能デバイスの界面でクラックが伝播する傾向が生じ、機能デバイスのピックアップが可能になります。転写プロセス中に、温度はレーザー加熱によって臨界温度 Tr を超えて上昇し、TRT/機能デバイスのエネルギー放出速度は、機能デバイス/ターゲット基板の臨界エネルギー放出速度よりも小さくなり、機能デバイスをターゲット基板に正常に転写することができます。
