激光剝離技術(shù)如何推動(dòng)柔性顯示器產(chǎn)業(yè)升級(jí)并拓展廣闊前景

激光剝離（LLO）技術(shù)在微電子領(lǐng)域的多個(gè)市場(chǎng)發(fā)展中扮演著核心角色，涵蓋發(fā)光二極管（LED）、高密度封裝的半導(dǎo)體設(shè)備及柔性顯示器等。一個(gè)典型應(yīng)用是在制造薄膜晶體管（TFT）結(jié)構(gòu)時(shí)，這些結(jié)構(gòu)先是在玻璃載體上通過旋涂聚合物層構(gòu)建。為了創(chuàng)造出既輕又堅(jiān)固的柔性顯示器，必須利用LLO技術(shù)將這些結(jié)構(gòu)從硬質(zhì)基板上分離。鑒于相鄰功能薄膜的熱敏感性，低熱預(yù)算工藝至關(guān)重要，以防止任何熱損傷。準(zhǔn)分子激光器，憑借其短波長(zhǎng)紫外光和極短脈沖，能夠?qū)崿F(xiàn)高度精確的能量傳遞。此外，其高功率輸出支持更大處理面積，確保高吞吐量，使LLO技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中極為高效。

紫外激光剝離去層技術(shù)為晶圓級(jí)三維電子器件結(jié)構(gòu)及聚合物基有源矩陣顯示面板（如智能手機(jī)、電子閱讀器、平板電腦及潛在的大尺寸AMOLED電視）開辟了新途徑。通過精心選擇波長(zhǎng)、光學(xué)系統(tǒng)和能量密度，可實(shí)現(xiàn)其他熱源難以達(dá)成的功能薄膜層選擇性激光剝離。隨著微電子器件特征尺寸和薄膜厚度的持續(xù)縮減，此技術(shù)愈發(fā)吸引人。這一趨勢(shì)推動(dòng)了適用于248nm和308nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光源及光束傳輸系統(tǒng)的不斷開發(fā)。

激光剝離過程主要通過選擇性激光燒蝕和界面層蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)，這些界面層通常為強(qiáng)吸收性材料，如絕緣聚合物層。關(guān)鍵在于確保相鄰微電子功能層免受激光能量損害，因此短波長(zhǎng)激光，特別是248nm和308nm的準(zhǔn)分子激光，成為實(shí)現(xiàn)高選擇性分離的理想選擇。由于準(zhǔn)分子激光在商用微電子聚合物中的吸收深度僅幾百納米，而聚合物層厚度通常在幾十至幾百微米間，激光剝離能有效實(shí)現(xiàn)層間分離，同時(shí)保持相鄰功能層性能不受影響。

盡管吸收界面不僅限于聚合物，但微電子器件中薄膜厚度普遍較小，通常在微米級(jí)，因此需要選擇盡可能短的波長(zhǎng)和吸收深度以實(shí)現(xiàn)精確控制。準(zhǔn)分子激光技術(shù)成為高效分離薄層并保護(hù)功能層完好的理想工具。

隨著微電子生產(chǎn)中晶圓直徑增至300毫米，數(shù)字顯示應(yīng)用中更是涉及高達(dá)5平方米的矩形玻璃基板。在工業(yè)規(guī)模上，實(shí)現(xiàn)大面積快速且可重復(fù)的激光剝離，需依賴基于準(zhǔn)分子激光的兩種光學(xué)處理方法，它們?cè)诩す馐鴰缀涡螤钌嫌兴煌?。具體而言，激光剝離可通過線掃描法（使用寬度僅幾百微米的激光束掃描基板）或步進(jìn)重復(fù)法（通過拼接矩形區(qū)域）完成。

兩種加工策略均適用于晶圓級(jí)激光剝離工藝。然而，對(duì)于更大面積的顯示基板，目前僅采用線掃描方法。隨著技術(shù)進(jìn)步，線束長(zhǎng)度已達(dá)750毫米，可用于顯示面板生產(chǎn)線，即使是尺寸為2500 x 2200mm2的第八代基板，也能迅速分離功能層。

在柔性顯示器制造中，激光剝離的應(yīng)用至關(guān)重要。無(wú)論柔性顯示器用于智能手機(jī)、平板電腦還是電子閱讀器，它們共同的特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素的電路層背板不再置于剛性玻璃載體上，而是轉(zhuǎn)移到柔性聚合物薄膜上。這種設(shè)計(jì)不僅與最終顯示技術(shù)無(wú)關(guān)，最終設(shè)備也不一定需具備彎曲性。聚合物背板可驅(qū)動(dòng)液晶顯示器（LCD）、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）或電泳顯示器。在電泳顯示器中，使用約100微米厚的聚合物薄膜替代約1毫米厚的玻璃載體，可顯著減輕設(shè)備重量50%并降低設(shè)計(jì)厚度30%。此外，柔性顯示器還因抗沖擊性而具有額外優(yōu)勢(shì)。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司MarketsandMarkets預(yù)測(cè)，柔性顯示器市場(chǎng)將在未來五年內(nèi)增長(zhǎng)六倍，銷售收入將超過30億美元。目前，三星生產(chǎn)基于聚合物薄膜的柔性顯示器，旗下產(chǎn)品以YOUM為商標(biāo)，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(jī)、平板電腦和電子閱讀器的變革。

以電泳顯示器制造為例，柔性顯示器制造的關(guān)鍵步驟包括：將100微米厚的聚合物薄膜旋涂到臨時(shí)玻璃載體上并固化；在聚合物層上構(gòu)建電路背板，即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(shí)現(xiàn)從剛性到柔性顯示器的過渡。

技術(shù)上，308nm波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光束穿透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(gè)區(qū)域僅需一個(gè)約25納秒持續(xù)時(shí)間的脈沖，能量密度約為275 J/cm2。通過適當(dāng)移動(dòng)基板，確保整個(gè)第4代顯示面板（730mm x 920mm）被覆蓋，每塊面板可生產(chǎn)約55個(gè)6英寸對(duì)角線的顯示屏。經(jīng)過308nm波長(zhǎng)激光剝離處理后，涂覆有100微米聚酰亞胺薄膜的玻璃載體上的聚酰亞胺薄膜可輕松脫離基板，且無(wú)需后處理。

采用臨時(shí)玻璃基板結(jié)合激光剝離技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)在于，顯示器制造商無(wú)需大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備升級(jí)，即可將產(chǎn)品組合從基于剛性玻璃的背板擴(kuò)展至基于柔性聚合物的顯示背板。