Was sind MicroLED-Displays?

MicroLEDs (µLEDs) sind eine relativ neue Technologie, die brillante, hochauflösende Displaysermöglicht, die kostengünstig auf riesige Abmessungen – leicht über 6 Meter – skaliert werden können. Derzeit eignen sie sich für große Displays in Konferenzräumen, Arenen, Konzerthallen und für Anwendungen im Außenbereich. Letztendlich werden sie wahrscheinlich zu einer gängigen Technologie für große Fernseher werden. In den nächsten fünf Jahren wird der Markt für µLED-Displays auf über 10 Milliarden US-Dollar anwachsen – und Laser spielen eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung ihrer Produktion.

Der Unterschied zwischen AMOLED und MicroLEDs 

Bei AMOLED und anderen Display-Technologien, die derzeit für Mobilgeräte und Fernseher verwendet werden, werden die lichtemittierenden (oder lichtdurchlässigen) Pixel direkt auf der Glasscheibe hergestellt, die das Display bildet. Eine Vergrößerung der Displays bedeutet daher, dass mehrere Arbeitsschritte mit teuren OLED-Materialien auf einer sehr großen Scheibe durchgeführt werden müssen, die die gesamte erforderliche Elektronik enthält. Das wird sehr schnell teuer und unpraktisch, je größer die Displays werden. Deshalb können Fernseher mit einer Bildschirmdiagonale von mehr als 80 Zoll mehrere Zehntausend Dollar kosten. 

MicroLED-Displays funktionieren anders. Die einzelnen LED-Strahler werden auf relativ kleinen sapphire in Massenproduktion hergestellt. Sie sind dicht aneinander gepackt, was zu niedrigen Stückkosten führt. Diese µLEDs werden dann vom Wafer abgetrennt und auf ein Glasstück übertragen, auf dem bereits eine Schaltung aufgedruckt ist.  Wirklich riesige Displays lassen sich kostengünstig herstellen, indem der Abstand zwischen den µLEDs vergrößert wird – der Hauptkostentreiber ist dann die Anzahl der Pixel, nicht die Größe des Glases. Das Aneinanderreihen vieler einzelner Panels hält zudem die Kosten für größere Displays niedrig. 

Millionen und Abermillionen von Pixeln 

Nun gibt es da jedoch einen großen Haken. Jedes Pixel desµLED-Displays bestehtaus drei separaten LED-Emittenten (rot, grün und blau), die wirklich winzig sind. Der aktuelle Stand der Technik liegt bei etwa 50 x 50 Mikrometern, und es wird prognostiziert, dass diese Größe sich letztendlich 10 x 10 Mikrometern annähern wird. Und davon gibt es buchstäblich Millionen. Zum Beispiel hat schon ein normales HD-Display (1920 x 1080) über 2 Millionen Pixel. Und denk daran: Jedes dieser Pixel benötigt drei separate µLEDs. Ein wirklich großes Display könnte also Hunderte von Millionen µLEDs enthalten.   

Die Herausforderung bei der Fertigung besteht darin, all diese winzigen LED-Quellen physisch von dem sapphire , auf dem sapphire gezüchtet wurden, auf das endgültige Glasdisplay zu übertragen. Dabei müssen sie sehr präzise platziert werden, ohne beschädigt zu werden. Jede Art von mechanischem Verfahren, sei es mit Vakuumgreifern oder hochpräzisen Aktuatoren, wäre für die Handhabung der µLEDs zu langsam und wahrscheinlich zu grob. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Laser genau die „leichte Berührung“ bieten, die für einen so heiklen und anspruchsvollen Vorgang erforderlich ist.   

Was ist Laser-Induced Forward Transfer (LIFT)? Danke für die Frage. 

Die praktische Methode erweist sich als ein Verfahren namens Laser-Induced Forward Transfer (LIFT). Wie funktioniert es? Indiesem Video wird es anschaulich dargestellt. Kurz gesagt handelt es sich um einen zweistufigen Prozess. Zunächst werden die µLEDs von dem sapphire , auf dem sie gewachsen sind, getrennt und mithilfe einer anderen laserbasierten Technik namens Laser Lift-Off (LLO) auf einen temporären Träger übertragen. Dadurch verbleiben die µLEDs auf dem temporären Träger in demselben engen Abstand, den sie auf dem Wachstumswafer hatten. 

Abbildung. Bei LIFT Laserstrahl ein großflächiger Laserstrahl eine Fotomaske, sodass nur bestimmte Chips freigelegt und auf das Displaysubstrat geschoben werden. Ein gleichmäßiger, sogenannter „Top-Hat“-Strahl ist für eine perfekte Platzierung entscheidend. (Nicht maßstabsgetreu).

Als Nächstes folgt LIFT. Hier dringen Impulse eines Ultraviolett-Lasers (Excimer-Lasers) durch die Rückseite des Trägers, die transparent ist. Das Laserlicht wird in der dünnen Klebeschicht absorbiert, die die µLEDs auf dem temporären Träger hält, und verdampft diese. Dadurch werden die µLEDs physisch weggeblasen und auf das endgültige Displaypanel gedrückt, das in engem Kontakt dazu platziert ist. Klebstoff auf dem endgültigen Glaspanel hält die µLEDs an ihrem Platz. 

Der Strahl und die Maske 

Das Geheimnis ist jedoch folgendes: Der rechteckige Laserstrahl eine Maske, deren Löcher denselben Abstand voneinander haben wie die Pixel auf dem endgültigen Display. So wird durch einen bestimmten Laserimpuls nur jede fünfte oder sogar jede zehnte µLED auf das Display übertragen. Der Strahlengang mit der Maske bleibt fest, und der temporäre Träger wird dann ganz leicht verschoben, um zur nächsten Gruppe von µLEDs zu gelangen, während das Displaypanel über eine große Strecke bewegt wird und der Vorgang an einem neuen Teil des Panels wiederholt wird. Dadurch kann eine große Anzahl von µLEDs kostengünstig auf einem relativ kleinen sapphire hergestellt und dann mit viel größeren Abständen angeordnet werden, um ein einziges großes Panel zu bilden. Ein weiterer großer Vorteil von LIFT ist seine Schnelligkeit. Tausende von µLEDs werden mit jedem Impuls bewegt. Bei einer Laserimpulsrate von 500 Impulsen pro Sekunde (500 Hz) kann eine Fläche von bis zu 32 mm x 1 Meter in nur einer Sekunde mit µLEDs bedeckt werden! 

Wir arbeiten daran 

Coherent bereits ein Gerät namensUVtransferfür die Bearbeitung von µLED-Displays, das tatsächlich drei separate Prozesse ausführt – Laser Lift-Off (LLO), Laser-induced Forward Transfer (LIFT) sowie die Reparatur/Korrektur defekter Pixel. Dieses 3-in-1-Werkzeug wird neue Verarbeitungsstandards setzen und zeigt das Potenzial für eine praktische und wirtschaftliche Herstellung großer µLED-Displays auf.