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整形镜片在激光剥离方面的应用

作者: 时间:2021-09-23

整形镜片激光剥离,即Laser Lift-offLLO),是利用外延生长的材料与蓝宝石衬底对于紫外平顶激光有着不同的吸收率,在激光穿过蓝宝石以后,在界面处被氮化镓(GaN)缓冲层吸收,使得蓝宝石衬底和GaN分离。

相比标准LED,基于GaN材料的Micro LED在效率、亮度、像素密度、能耗、寿命和操作方面都更具优势,将是面板显示行业的主流之一。由于蓝宝石价格相对更低,所以Micro LED发光材料生长的主流衬底是以蓝宝石为主的。但是蓝宝石和GaN中间有着较大的晶格失配,约17%,而且蓝宝石导热性差,不导电,材料比较脆,厚度是LED芯片的几十倍,因此是不适合作为Micro LED的最终衬底。所以如何将蓝宝石衬底与Micro LED剥离就成了影响Micro LED技术进一步发展的主要限制。

LED产品中,利用平顶整形镜片得到的线形平顶光斑进行LED紫外激光剥离已经经过充分的验证,因此Micro LED依然可以考虑使用整形镜片来进行激光剥离。这些LED一般是生长在蓝宝石衬底上的微小 (30X20um) 结构,使用紫外短波激光能在在几乎没有机械力的情况下实现分离。

近年来,在 Holo/Or 能看到越来越多的用户对使用精确的平顶光束整形镜片来精确加工Micro LED,并结合扫描来实现区域处理。因此,平顶光束整形镜片是首选方法,因为即使对于非常小的形状,它们也能实现无与伦比的整形精度、均匀性和边缘陡度。如图所示为holoor平顶光束整形镜片生成的用于Micro LED紫外激光剥离的矩形光斑。



一、平顶光束整形镜片是如何工作的?

平顶整形镜片是以一种DOE,需要与聚焦系统结合,在聚焦镜的焦点附近得到平顶光斑,产生均匀的能量分布。平顶光束整形器对激光的要求:TEM00高斯光,M2<1.3

这些整形镜片通过相位波前的平滑变化,形成一个能量均匀分布的平顶光斑,有着很高的转化效率。为了得到理想的整形效果,激光的能量都要能可能多的被利用到,即整形器的有效孔径要大于入射光斑的2.5倍(能量损失小于1‰)。此外,这些平顶光束整形镜片需要一个明确的输入光束直径、良好的中心对准精度、像差小且通光孔径至少为2倍输入光束直径的焦距系统。


二、Micro LED激光剥离的难度

对于高斯分布到平顶光斑,Micro LED激光剥离面临几种独特的挑战:

-短波长激光(355nm266nm或准分子激光)的使用限制了对适合本应用的平场聚焦透镜(F-theta)的选择;

-所需光斑形状通常都非常小(平顶能量剖面为35×20um矩形),但是通常要求边缘锐度为3-4um

-为了实现这一边缘锐度,就需要一个小的衍射极限光斑,因此F-thetaNA就很高;

-这一较高NA F-theta透镜通常具有很小的扫描范围,而且由于使用的F-theta孔径必须大于入射光斑的2倍以上,以避免平顶光斑强烈变形,所以其扫描范围受到更大限制;

三、Holoor的解决方案

Holo/Or提供所有波长的光束整形器,包括从深紫外线波长到紫外线波长(193nm-405nm)。这使平顶光束整形镜片能够很容易集成到激光剥离的紫外扫描系统中,由于整形镜片在扫描透镜的焦平面能实现平顶激光,从而使其变得更加简单(也就是,它们不产生任何焦移)。

为了解决锐利边缘要求,Holo/Or研发了稳定型平顶整形镜片系列(Stable Top HatST),它们具有更锐利的过渡区。

通过与战略性合作伙伴ScanLab进行合作,holoor能够提供集成扫描系统如XL scan,能够得到超出F-theta透镜的扫描范围。


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