当前，LCD面板仍需要背光照明才能显示，而有源元件OLED和LED则通过自身发光消除对背光的依赖。与LED相比，OLED有一个明显的缺点是老化效应，从而限制了显示寿命。在所有这些选项中，Micro-LED（显示矩阵中的Micro-LED）为显示应用提供了最多的优势，包括更高的发光效率、亮度和对比度；更广的视角；由于像素密度更高，分辨率更高；使用寿命更长，可靠性和环境稳定性更高；更快的刷新率，响应时间以纳秒为单位；无背光，从而以更低的功耗实现更薄、更轻的显示器。

然而，微型LED（Micro-LED）显示器并非没有自己的挑战，大批量制造就是其中之一。与LCD和OLED显示器相比，当前的Micro-LED显示器具有较大的像素尺寸。2021年第四季度，三星推出了一款名为“The Wall”的Micro-LED显示器，像素间距为0.8mm。现代手机显示屏需要0.03mm-0.06 mm的更小间距和每英寸400-800 PPI（像素）。因此，35μm×20μm的Micro-LED尺寸对于满足显示器制造商的需求是必要的。

目前，机械式取放的精度不适合如此小尺寸的芯片。因此，需要基于激光技术转移Micro-LED晶粒。事实证明，激光辅助技术是唯一能够满足高像素密度Micro-LED多步制造过程中严苛工艺的方法。

制造Micro-LED显示器

激光是实现Micro-LED显示器大规模制造的基本工具。单独着色的红色、绿色和蓝色micro-LED通常基于无机III-V族半导体氮化镓，首先是在单独的外延片上生长，通常为蓝宝石，密度约为每6英寸晶圆片上有800万颗晶粒，如图2左侧所示。

接下来是将不同颜色的Micro-LED转移并交织到具有更高导热性和导电性的基板上，以形成彩色显示器。期间就包括了各种基于激光的工艺技术，如图2右侧所示。

最初，在使用激光剥离技术剥离蓝宝石晶片之前，临时载体附在Micro-LED上。高通量扫描策略使用XY平台在激光线下移动基板，该激光线跨越晶片长度，具有顶帽强度分布，以产生均匀的材料相互作用。

有必要使用紫外光谱中低于GaN的3.3-eV (376-nm)带隙但高于蓝宝石的9.9-eV (125-nm)带隙的波长，其中蓝宝石衬底是透明的，而LED是非透明的。脉冲紫外激光器，例如248nm准分子激光器或266nm皮秒激光器，能够将相互作用体积限制在几纳米内，从而最大限度地减少器件层上的应力。

在临时载体上制备Micro-LED后，基于现代准分子激光器的掩模技术的激光诱导正向转移方法，能够在最终的显示基板上进行选择性转和红绿蓝排列。为了对Micro-LED进行质量转移，用大顶帽光束轮廓照亮掩模可提供均匀的力，以实现几微米的单独定位精度。

根据间距和特定的工艺条件，每次最多可转移1万颗晶粒。现代准分子激光器的重复频率只有几百赫兹。由于一次性相互作用和大的照射面积，需要具有优异的脉冲到脉冲稳定性和高脉冲能量的激光器。

制造瓶颈依然存在，即使产量很高，大量转换过程还是容易导致每块晶圆出现数千个坏点。每一个坏点都必须进行更换，从而还需要快速且单独的定位工艺技术。这些工艺对光束质量和高产量提出了与制造步骤相同的要求。

在千赫兹范围内工作的固态超短脉冲激光器与扫描技术相结合，提供了一种功能强大且具有成本效益的解决方案。更高的重复率还需要仔细考虑扫描技术，因为XY平台无法提供所需的加速度。

Micro-LED维修

为确保准确和精确的加工，每个Micro-LED修复部位的聚焦激光束的强度分布必须得到明确定义。具体而言，轮廓应呈现出具有3µm-5µm陡峭边缘和均匀平坦区域的小矩形形状，这可以通过使用短焦距f-theta镜头和定制的锐边顶帽光束整形器来实现。（f-Theta镜头通常用于高性能激光扫描系统中，产生焦点）
这种衍射光学元件提供了平顶强度分布，其平坦区域尺寸仅比衍射极限光斑大几倍，并且具有改进的锐边，宽度为衍射极限光斑的一半。满足这些条件的锐边顶帽轮廓出现在图3中，它是使用HOLO/OR光束整形器衍射光学元件与f-theta透镜（f = 65.5mm）结合聚焦355nm激光的高斯光束（Coherent HyperRapid 50 classic）和SCANLAB excelliSCAN 14振镜扫描仪而实现的。

高度精确的光束尺寸、良好的光束中心和精确的聚焦对于获得最佳性能至关重要。使用 Pulsar Photonics模块可以实现这种性能，该模块具有自动测量程序和执行器，可自动将激光束对准顶帽整形器并校准系统。自动校准可确保在更长的处理时间内进行稳定校准。

使用成形光束进行激光扫描的挑战在于，图像域的边缘越来越多地发生畸变，如图4a所示。这种失真是由振镜布置和f-theta透镜的成像特性所造成的。对于图3中所示的顶帽光束轮廓，在均匀性下降和形状变形发生在不适合Micro-LED加工水平之前，只有16mm2图像域的中心区域是可以扫描的。为了克服这个限制，有必要使用XY平台在处理过程中对晶片进行光栅化处理，如图4b所示。

为了实现高处理速度，可以使用SCANLAB和ACS Motion Control开发的创新解决方案同步平台和扫描仪运动。控制软件中的特殊算法为扫描仪和载物台生成了同步轨迹。这种联动策略消除了缝合错误并提高了抓取的准确性。当在6mm2的扫描场上采用这种方法处理1万颗晶粒时，绝对定位误差仅为2.82µm（图5显示）。
图6显示了晶圆5mm2视场的扫描策略。几秒内就能处理一块6英寸晶圆，满足行业对吞吐量的需求。原则上，采用这种方法可以处理直径为平台移动范围的晶片。然而实际上8英寸是Micro-LED显示器的当前上限，因为它们具有高平坦度和层均匀性的要求。

Micro-LED是未来的显示技术，与LCD和OLED显示器相比具有显著优势。但它们也需要目前仍在开发中的苛刻制造技术。激光工艺是这些制造技术的核心，而激光剥离和激光诱导正向转移技术的组合对于Micro-LED的大批量生产至关重要。

然而在实际制造过程中，通常会有数千个模具出现缺陷并需要更换。使用紫外皮秒激光器可以满足这种修复过程的要求。从本质上讲，基于低失真、顶帽光束整形的扫描技术与此处介绍的扫描策略相结合，看起来是一个有效的解决方案。