2024年1月，三星在消费类电子 （CES）上凭借其巨大的透明微发光二极管（microLED）显示屏惊艳全场。但显示 外观。与其他显示技术（如LED和OLED）相比，它们具有多项优势，包括更高的能效、更长的使用寿命、更高的亮度以及更出色的色彩准确度。 此外，采用微LED技术使制造商能够轻松调整尺寸、形状和分辨率，从而打造全新的显示设计，而无需进行大规模的设备改造。
尽管具有这些优势，微发光二极管（microLED）尚未普及。这是因为其制造工艺通常比其他显示更为复杂。要成功实现该技术的商业化，仍需克服一些重大挑战。
准分子 激光器 微型LED激光器 新活力
为帮助理解这些挑战出现在何处，下图展示了MicroLED显示屏生产中的几个关键步骤。完成这些步骤后，还需进行其他各种测试以及“老化”过程。大型显示 组合多个较小的面板显示 ，因此在这种情况下，还需要进行额外的组装和封装步骤。
1) 红、绿、蓝三色 LED 分别制备在透明基板上。2) LLO：将 LED 连接到带有粘合剂的临时载体上，以固定它们。准分子 通过透明基板聚焦，将LED从基板上分离出来。3) LIFT：准分子 通过临时载体聚焦，将单个LED分离并将其推向最终基板上的焊盘。4) LAB：二极管激光同时加热多个LED和焊球，使其迅速熔化并形成最终连接。
与大多数半导体器件一样，LED最初是在晶圆上通过外延生长制备的。通常，这种晶圆采用sapphire 。要构成微LED显示屏的每个像素，需要分别发出红、绿、蓝三原色的独立LED。但每片晶圆上仅包含单一颜色的器件。因此，必须将LED分离成单独的芯片，然后按照所需的图案排列组合，才能制成最终的显示屏。
激光器 是该工艺前两个主要步骤中经济高效的工具。具体而言，首先采用激光剥离（LLO）技术，将单个LED芯片从sapphire 分离出来，并转移到临时载体上。
接下来，利用激光诱导正向转移（LIFT）技术进行“批量转移”。这一过程是将芯片从临时载体转移到最终显示基板上的过程。最重要的是，批量转移正是将LED排列成所需像素图案的关键步骤。
微LED组装挑战
LED 安装到基板上后，必须将其与基板粘合并建立电气连接。否则，显示屏将无法点亮，而且一旦移动，所有的 LED 都会从基板上脱落！
为了便于这一过程，首先在基板上的所有预定电气连接点放置焊料“凸点”（即小焊球）。随后，利用LIFT技术将芯片放置到位后，对焊料进行加热使其熔化。在此状态下，焊料会流向基板和芯片上的电气触点周围。随后焊料冷却并重新凝固，从而在两者之间形成电气和机械连接。这是整个电子行业通用的标准组装工艺。
熔化焊料最常见的方法称为“整体回流”（MR）。该方法的基本原理是将包含焊球和芯片的基板组件整体放入烤箱中。通过循环控制温度使焊料熔化，随后再使其冷却。
但批量回流焊无法帮助微LED制造商实现向更小尺寸LED的跨越，因为这些LED必须以更高的定位精度更紧密地排列。 问题在于加热周期需要几分钟。这会给所有元件带来巨大的热负荷，可能导致元件变形、产生热机械应力，并使基板上的芯片发生物理位移。在大规模回流炉中漫长的处理时间也会增加电气连接不良的风险。该工艺本身也消耗大量能源。
热压接（TCB）是一种可降低MR（熔融再分布）导致翘曲风险的替代方案。TCB在加热的同时施加压力，从而更好地控制互连结构的高度和形状。但该工艺需要使用针对特定芯片和封装体尺寸定制的复杂喷嘴，且基本上每次只能压接单个芯片。这使得它不太适合微LED应用——这类应用往往需要压接数百万个LED芯片才能制成一块显示屏。
激光辅助粘接
激光辅助键合（LAB）技术解决了所有这些问题。在LAB工艺中，高功率红外二极管发出的激光束 塑造成矩形。其强度分布经过均质化处理，在光束覆盖的整个区域内高度均匀。矩形光束的尺寸因应用而异，但完全可以将其做得足够大，以同时照射基板上的数千甚至数百万个LED。
在LAB工艺中，激光的照射时间非常短暂——不到一秒。但这已足以向组件传递足够的热量以熔化焊料。然而，这一时间又太短，不足以引起显著的整体加热，从而导致芯片翘曲或位置偏移。激光能够精确控制加热周期，并根据需要加入冷却阶段。因此，焊接过程能够快速完成，且不会产生任何显著的负面影响。 LAB工艺的短周期时间也使其比MR或TCB工艺具有显著更高的能源效率。
更优质的激光器 实验室升级
就激光而言，LAB的一项关键要求是光束强度在整个区域内必须均匀。这是为了实现焊料的稳定、均匀加热，从而获得一致的焊接效果。 目标是仅对目标区域（包含特定数量的微型LED）进行选择性加热，而完全不加热周围区域。这使得生成一种矩形光斑尤为重要，其边缘附近的光强衰减幅度应较小。否则，该区域内的LED可能完全无法实现键合。但光斑强度在照射区域之外必须迅速衰减。
高意 HighLight DL 传输激光器 与我们的PH50 DL 变焦光学组件配合激光器 从而产生这种高度均匀的矩形光斑。通常，4 kW 的HighLight DL （功率范围为 1–4 kW）用于微型 LED 的激光辅助烧结（LAB）。
高意 DL 变焦光学组件可将HighLight DD 系列 激光器通过光纤传输的多模输出光束转换为高度均匀的矩形光束。该矩形光束的长度和宽度均可独立动态调节。此处所示的斑点尺寸范围为 12×12 毫米至 110×110 毫米，但也可提供其他变焦配置。
该组合通过采用我们独有的光学设计，实现了强度均匀性 任何竞品强度均匀性 优异强度均匀性 。具体而言，通过使用微透镜阵列将入射激光束 分离激光束 众多“微光束”，进而将这些微光束扩散并重叠，从而获得高度均匀的强度分布。
高意 DL 变焦光学元件的另一个显著优势在于，它支持“实时”调节，即使在工艺过程中也能进行调整。具体而言，矩形光斑的长度和宽度均可根据需要独立调节，且调节范围广泛。这种变焦功能对制造商在开发和验证工艺时非常有用，使他们能够尝试各种配置，从而找出效果最佳且效率最高的方案。 当然，高意 采用相同的方法，生产满足客户特定要求的固定（非变焦）光学元件 此类线状光束光学元件 范围可从几毫米到1000毫米不等。
LLO和LIFT技术已确立为微LED生产中的两项关键使能技术。如今，基于高意 另一项工艺——LAB——似乎将推动高分辨率显示 。
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