디스플레이 제작에서의 레이저: MicroLED 리프트오프, 전송 및 수리
MicroLED 디스플레이 생산에서 세 가지 중요한 단계를 수행하는 Coherent UVtransfer 시스템을 이용해 놀라운 해상도 및 밝기를 갖춘 확장 가능한 디스플레이를 제작할 수 있습니다.
2022년 10월 4일, Coherent
평판디스플레이 제조에 관한 시리즈의 이 6편에서는 미래를 조망하고 레이저가 어떻게 MicroLED를 기반으로 하는 차세대 디스플레이의 자동화된 대량 생산을 가능하게 하는지 알아보겠습니다.
AMOLED 기술 덕분에 이제 뛰어난 색상과 해상도를 갖춘 스마트폰 및 TV를 위한 얇은 디스플레이 제작이 가능해졌습니다. 그리고 디스플레이 제조업체는 이미 디스플레이 부문의 차세대 “혁신”을 위한 대량 생산을 향해 나아가고 있습니다. MicroLED 디스플레이.
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소형(<50미크론) 무기 LED에 기반한 이 급부상하고 있는 기술은 몇 가지 이점이 있습니다. 특히, 경우에 따라 OLED 이미터에 작용할 수 있는 조기 노화의 영향을 받지 않습니다. 게다가 더 높은 대비로 더 높은 밝기를 제공할 수 있습니다. 또한 VR/AR 응용 분야를 위한 초소형 디스플레이뿐만 아니라 보다 경제적인 가격대로 대형 TV 및 공용 디스플레이를 생산할 수 있는 잠재성을 가진 확장 가능한 기술입니다.
사실 MicroLED 디스플레이는 한동안 한정된 수량으로 공급되었지만 이제 디스플레이 제조업체는 이를 본격적으로 생산하기 위한 방법을 모색하고 있습니다. 한편, 레이저가 몇 가지 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌습니다. 살펴보기
웨이퍼와 관련한 규모의 경제
무기 반도체 LED는 높은 광 출력을 지원하므로, 예컨대 고휘도 자동차 전조등에 사용됩니다. 따라서 MicroLED는 매우 작지만 동시에 매우 밝을 수 있습니다. 최첨단 크기는 현재 약 50x50 미크론이며 궁극에는 10x10 미크론에 가까워질 것으로 예측됩니다.
이러한 활성 이미터에는 빨간색, 녹색, 파란색의 세 가지 종류가 있습니다. 각 유형은 조밀하게 패턴화된 사파이어 웨이퍼에서 (에피택셜 성장에 의해) 대량 생산됩니다. 따라서 직경이 6인치인 웨이퍼는 수백만 개의 개별 MicroLED로 패턴화될 수 있으므로 굉장한 규모의 경제를 실현할 수 있습니다.
MicroLED는 궁극적으로 얇은 디스플레이로 기능하는 데 필요한 회로와 함께 비교적 저렴한 대형 유리 조각에 배치됩니다. 여러 개별 타일로 구성된 대형 디스플레이에서 전체 디스플레이 영역은 가로 2미터이고 픽셀 피치는 1밀리미터 이상일 수 있습니다. 각 픽셀 사이트에 아주 작은 이미터가 세 개 있는 경우에도 대부분의 디스플레이는 데드 스페이스입니다. 대규모 확장의 경우, 주요 비용 동인은 픽셀 수이므로 궁극적으로 비용을 절감할 수 있습니다.
개념은 간단하지만 실제 구현은 절대 그렇지 않습니다!
리프트오프 수행
사실 이 모든 것을 작동하게 하기 위해서는 상당히 중요한 과제가 남아 있습니다. 수백만 개의 이러한 MicroLED(다이)는 사파이어 웨이퍼(MicroLED가 생성되는 기판)에서 이동되어 대형 디스플레이 패널 위에 정확하게 배치되어야 합니다. 믿기 힘들겠지만, 일부 초기 프로토타입에서는 개별 다이가 예를 들어 진공 로봇 공학에 의해 기계적으로 선택되고 배치되었습니다. 하지만 최종 생산에서 속도가 너무 느립니다. 그리고 다이가 더 작아질수록 처리 중에 일부 다이가 손상될 위험 없이 이 작업을 빠르게 수행하기가 어렵습니다. 어마어마한 양 때문에 수율은 매우 높아야 합니다. 8K 디스플레이의 경우 약 3천만 개 이상의 픽셀, 즉 거의 1억 개의 다이가 있습니다.
해결책은 이 시리즈의 이전 문서에서 설명했던 제대로 입증된 기법 중 몇 가지와 관련된 자동화된 멀티플렉스 공정에서 레이저를 사용하는 것입니다.
실제로 리프트오프, 전송, 수리의 세 개의 개별 공정이 관련되어 있습니다. 먼저, MicroLED는 성장한 사파이어 웨이퍼에서 분리되고 LLO(레이저 리프트오프)라는 기존의 레이저 기반 기술을 사용하여 손쉽게 처리할 수 있도록 임시 캐리어로 전송됩니다. 캐리어는 접착제로 코팅되고 다이의 상단과 접촉하게 됩니다. 엑시머 레이저의 자외선을 사파이어 웨이퍼의 뒤에서부터 보내어 다이가 형성되기 전에 웨이퍼에 증착된 물질의 얇은 희생층을 기화시킵니다. 이렇게 하면 성장 웨이퍼의 경우와 동일한 간격으로 임시 캐리어에 MicroLED가 남게 됩니다.
LIFT - 피치 변경
다음은 LIFT(레이저 유도 순방향 전송)입니다. 여기서, 자외선 (엑시머) 레이저에서의 펄스가 투명한 캐리어 뒷면을 통해 들어갑니다. 레이저 광은 캐리어와 접착제를 통과하고 GaN의 나머지 버퍼층과 상호 작용합니다. 짧은 UV 파장을 사용하는 경우 잔류물이 거의 없고 MicroLED 고객 대면 디스플레이 표면에 영향을 주지 않고 전송합니다! 그리고 물리적으로 다이가 빠져나오도록 하여 최종 디스플레이 패널 위에 푸시합니다. 이 패널은 충돌을 피하기 위해 MicroLED의 두께보다 큰 일정한 간격을 두고 밀착되어 있습니다. 최종 유리 패널의 접착제는 MicroLED를 제자리에 고정합니다.
LIFT에서 대면적 레이저 빔이 포토마스크를 통과하기 때문에, 특정 다이만 릴리스되고 디스플레이 기판에 푸시됩니다. 균일한 빔, 이른바 플랫탑(Flat-top) 빔은 완벽한 배치에 매우 중요합니다(확장하지 않음).
다음으로 “이 우수한 기법”의 중요한 요소인 피치(다이 간격)의 변경입니다. 직사각형 레이저 빔은 구멍이 뚫린 마스크를 통과합니다. 그러면 빔이 2.5X 또는 5X로 축소되고 투영된 구멍 패턴이 최종 디스플레이의 픽셀과 동일한 거리만큼 떨어지게 됩니다. 이런 방식으로(예: 매 5일이나 매 10일마다 또는 EpiWafer에서 LED 피치의 기타 다른 적분 배수 기준), 주어진 레이저 펄스에 의해 몇 마이크로미터의 극히 작은 틈을 가로질러 디스플레이로 푸시됩니다. 그 다음에 캐리어는 고정 빔 및 마스크에 비해 아주 조금 MicroLED 위로 이동하여 인접한 MicroLED 세트에 도달합니다. 디스플레이 패널이 더 먼 거리로 이동되고 이러한 공정이 반복됩니다. 이 단계 및 반복 수행이 약간 혼란스럽게 보일지라도 걱정하지 마십시오. Coherent가 제공하는 동영상을 통해 아주 간단하게 이해할 수 있습니다.
또한 일부 제조업체는 EpiWafer에서 다이를 들어 올림에 따라 피치가 변경될 때의 약간 다른 시퀀스에 노력을 기울이고 있습니다. 이것을 선택적 LLO라고 합니다. 하지만 전체적인 결과는 동일합니다.
높은 처리량 및 수리
LIFT를 사용하면 상대적으로 작은 사파이어 웨이퍼에서 많은 수의 MicroLED를 경제적으로 제작한 다음 훨씬 더 큰 간격(피치)으로 배치하여 하나의 큰 패널을 만들 수 있습니다. LIFT의 또 다른 큰 장점은 빠르다는 것입니다. 수천 개의 MicroLED가 각 펄스에 의해 이동됩니다.
현재 R&D 대상 구현에서 엑시머 레이저 펄스 속도는 초당 최대 20펄스(20Hz)이며, 이는 최대 640mm2 면적이 단 1초 내에 MicroLED로 덮일 수 있음을 의미합니다! 그리고 이 엑시머 레이저 기술은 높은(1J 이상) 펄스 에너지와 높은 반복률을 사용하는 어닐링 응용 분야에서 입증된 것처럼 출력 확장성이 매우 뛰어납니다. LIFT에서는 더 높은 펄스 에너지를 활용하여 더 큰 마스크와 필드 크기를 사용할 수 있습니다.
현재, 무기 MicroLED와 같은 비교적 간단한 반도체 장치를 만들기 위한 수율은 어마어마하게 높습니다. 그리고 각 디스플레이에는 수백만 개의 MicroLED가 있습니다. 결함이 있거나 잘못 처리된 픽셀(이로 인해 RGB 장치 중 하나가 올바르게 발광하지 않음)이 있을 가능성은 작지만 그래도 배제할 수는 없습니다. 구멍이 하나 있는 마스크를 사용하는 대체 다이 또는 스캐너 기반 시스템을 추가하여 자동화된 레이저 공정에서 쉽게 수리할 수 있습니다.
Coherent는 이 세 가지 공정( LLO(레이저 리프트오프) , LIFT(레이저 유도 순방향 전송) 및 결함 있는 픽셀에 대한 수리/트리밍)을 모두 수행하는 MicroLED 디스플레이 생산을 위한 UVtransfer라는 도구를 이미 제공하고 있습니다. 이 3-in-1 도구를 사용하면 대형 MicroLED 디스플레이를 실용적이고 경제적으로 생산할 수 있습니다.
Coherent UVtransfer 시스템에 대해 자세히 알아보십시오.
