柔性顯示器前景廣闊，激光剝離技術(shù)如何助力產(chǎn)業(yè)升級？

激光剝離（LLO）技術(shù)在推動微電子領(lǐng)域的諸多市場發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，包括發(fā)光二極管（LED）、高密度封裝的半導體設(shè)備以及柔性顯示器等。其中一個典型應(yīng)用是在薄膜晶體管（TFT）結(jié)構(gòu)的制造中，這些結(jié)構(gòu)是通過將聚合物層旋涂在玻璃載體上構(gòu)建的。為了制造輕質(zhì)且堅固的柔性顯示器，這些結(jié)構(gòu)需要通過LLO技術(shù)從剛性基板上分離出來。由于相鄰功能薄膜的熱敏性，低熱預算工藝是必不可少的，以防止熱損傷。準分子激光器憑借其短波長的紫外光和超短脈沖持續(xù)時間，能夠?qū)崿F(xiàn)高度局部化的能量傳遞。此外，準分子激光器的高功率輸出還支持更大面積的處理區(qū)域，并確保實現(xiàn)大規(guī)模制造所需的高吞吐量，使LLO技術(shù)在工業(yè)規(guī)模應(yīng)用中極具效率。

紫外激光剝離去層技術(shù)為基于晶圓的三維電子器件結(jié)構(gòu)以及基于聚合物的有源矩陣顯示面板（如用于智能手機、電子閱讀器、平板電腦以及潛在的大尺寸電視的AMOLED）開辟了新路徑。通過選擇合適的波長、光學系統(tǒng)和能量密度，可以實現(xiàn)其他輻射或非輻射熱源無法達到的功能薄膜層選擇性激光剝離（LLO）處理。隨著微電子應(yīng)用中器件特征尺寸和薄膜厚度的不斷縮小，這種技術(shù)變得越來越具吸引力。這一趨勢促使人們持續(xù)開發(fā)適用于248nm和308nm波長的準分子激光源和光束傳輸系統(tǒng)。

激光剝離過程通常通過選擇性激光燒蝕和界面層蒸發(fā)來完成，這些界面層通常是具有強吸收性的材料，例如絕緣聚合物層。關(guān)鍵是確保相鄰的微電子功能層不受激光能量的損害，因此短波長激光（尤其是248nm和308nm的準分子激光）成為了實現(xiàn)高選擇性分離的最佳選擇。由于準分子激光在商用微電子聚合物中的吸收深度僅為幾百納米，而這些聚合物層的厚度通常在幾十到幾百微米之間，激光剝離能夠有效地實現(xiàn)層間分離，同時不影響相鄰功能層的性能。

雖然吸收界面不一定限于聚合物，但如今微電子器件中的各類薄膜厚度普遍較小，通常在微米范圍內(nèi)，因此需要選擇盡可能短的波長和吸收深度來進行精確控制。準分子激光技術(shù)成為高效分離薄層并確保功能層完好無損的理想工具。

隨著微電子生產(chǎn)中使用的晶圓直徑擴大至300毫米，數(shù)字顯示應(yīng)用中更是涉及到高達5平方米的矩形玻璃基板。在工業(yè)規(guī)模上，實現(xiàn)大面積快速且可重復的激光剝離，需要基于準分子激光的兩種光學處理方法。這兩種方法在激光束的幾何形狀上有所不同。正如下所示，激光剝離可以通過線掃描法（使用寬度僅為幾百微米的激光束掃描基板）或步進重復法（通過拼接矩形區(qū)域）來完成。

兩種加工策略都適用于基于晶圓的激光剝離工藝。然而，對于面積更大的顯示基板，目前僅采用了線掃描方法。隨著技術(shù)的發(fā)展，線束長度已達到750毫米，能夠應(yīng)用于顯示面板的生產(chǎn)線上，即使是尺寸為2500 x 2200mm2的第八代基板，功能層也能迅速分離。

? ?激光剝離在柔性顯示器制造中的應(yīng)用

無論柔性顯示器被應(yīng)用于智能手機、平板電腦或電子閱讀器，它們都具有一個共同的特征：驅(qū)動每個像素的電路層背板不再位于剛性玻璃載體上，而是被轉(zhuǎn)移到柔性聚合物薄膜上。這種設(shè)計不僅與最終采用的顯示技術(shù)無關(guān)，最終的設(shè)備也不一定必須是可彎曲的。聚合物背板可以驅(qū)動液晶顯示器（LCD）、有機發(fā)光二極管（OLED）或電泳顯示器。在電泳顯示器中，使用厚度約為100微米的聚合物薄膜替代約1毫米厚的玻璃載體，能實現(xiàn)設(shè)備重量減少50%和設(shè)計厚度降低30%的顯著效果。此外，柔性顯示器還因其抗沖擊性而具有額外優(yōu)勢。

根據(jù)市場調(diào)研公司MarketsandMarkets的預測，柔性顯示器市場將在未來五年內(nèi)增長六倍，銷售收入將超過30億美元。目前，基于聚合物薄膜的柔性顯示器由三星（Samsung）生產(chǎn)，旗下產(chǎn)品以YOUM為商標，E Ink與LG也聯(lián)合推出了類似產(chǎn)品。這種創(chuàng)新且前景廣闊的顯示技術(shù)有望引領(lǐng)下一代智能手機、平板電腦和電子閱讀器的變革。

在柔性顯示器的制造過程中，關(guān)鍵步驟如下圖所示，以電泳顯示器的制造為例，它被廣泛應(yīng)用于電子閱讀器。第一步是將100微米厚的聚合物薄膜旋涂到臨時玻璃載體上并進行固化。在聚合物層上構(gòu)建電路背板，即薄膜晶體管（TFT）矩陣，接著是包含電極層和微膠囊的顯示前板。最終，通過激光剝離工藝實現(xiàn)從剛性到柔性顯示器的過渡。

在技術(shù)上，308nm波長的準分子激光束通過玻璃載體照射到聚合物薄膜上。激光僅使緊鄰玻璃載體的聚合物層（約200納米深度）蒸發(fā)。每個區(qū)域僅需一個脈沖，脈沖持續(xù)時間約為25納秒，能量密度約為275 J/cm2。通過適當?shù)匾苿踊?，使整個第4代顯示面板（730mm x 920mm）都能被覆蓋，每塊面板可以生產(chǎn)約55個6英寸對角線的顯示屏。下圖展示了一塊已涂覆100微米聚酰亞胺薄膜的玻璃載體。經(jīng)過308nm波長的激光剝離處理后，聚酰亞胺薄膜可以輕松脫離基板，且無需進行任何后處理。

采用臨時玻璃基板結(jié)合激光剝離技術(shù)的一個巨大優(yōu)勢在于，顯示器制造商可以在無需進行大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備升級的情況下，將產(chǎn)品組合從基于剛性玻璃的背板擴展到基于柔性聚合物的顯示背板。

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