Kontinuierliche Rollenproduktion für microLED-Displays ...

Die von Forschern der University of Strathclyde entwickelte Methode ebnet den Weg zur Herstellung großflächiger Anordnungen optischer Komponenten und könnte zur schnellen Herstellung von microLED-Displays für AR- und VR-Datenbrillen genutzt werden. Bei größeren microLED-Displays sind die Herausforderungen bei der Integration von Millionen von Geräten auf einem Substrat enorm.

„Die Übertragung mikrometergroßer Halbleiterbauelemente von ihrem nativen Substrat auf eine Vielzahl von Empfangsplattformen ist eine Herausforderung, der sich sowohl akademische Forschungsgruppen als auch die Industrie auf internationaler Ebene stellen“, sagte Eleni Margariti, Leiterin des Forschungsteams an der University of Strathclyde. „Unser walzenbasiertes Druckverfahren bietet eine Möglichkeit, dies auf skalierbare Weise zu erreichen und gleichzeitig die für diese Anwendung erforderliche anspruchsvolle Genauigkeit zu erfüllen.“

Die Walzentechnologie kann mit einer Genauigkeit von weniger als 1 Mikrometer an das entworfene Gerätelayout angepasst werden und ist kostengünstig und einfach genug, um an Standorten mit begrenzten Ressourcen konstruiert zu werden.

„Dieses Druckverfahren könnte auch für andere Arten von Geräten verwendet werden, darunter Silizium und gedruckte Elektronik wie Transistoren, Sensoren und Antennen für flexible und tragbare Elektronik, intelligente Verpackungen und Radiofrequenz-Identifikationsetiketten“, sagte Margariti, die das neue Druckverfahren entwickelt hat . „Es könnte auch für die Herstellung von Photovoltaik und für biomedizinische Anwendungen wie Arzneimittelverabreichungssysteme, Biosensoren und Gewebezüchtung nützlich sein.“

„Wir wollten die Übertragung einer großen Anzahl von Halbleiterbauelementen von einem Substrat auf ein anderes verbessern, um die Leistung und Skalierung elektronischer Systeme zu verbessern, die in Anwendungen wie Displays und On-Chip-Photonik verwendet werden, wo das Ziel darin besteht, verschiedene Materialien zu kombinieren, die Licht manipulieren.“ in sehr kleinem Maßstab“, fügte sie hinzu. „Für den Einsatz in der Großserienfertigung ist es entscheidend, Methoden zu verwenden, mit denen diese Geräte effizient, genau und mit minimalen Fehlern übertragen werden können.“

Der neue Ansatz beginnt mit einer Reihe winziger Geräte, die lose an ihrem Wachstumssubstrat befestigt werden. Die Oberfläche eines Zylinders, der einen leicht klebrigen Silikonpolymerfilm enthält, wird dann über die aufgehängte Anordnung von Bauelementen gerollt, wodurch die Adhäsionskräfte zwischen dem Silikon und dem Halbleiter die Bauelemente von ihrem Wachstumssubstrat lösen und auf der Zylindertrommel anordnen können. Da der Druckprozess kontinuierlich ist, können mehrere Geräte gleichzeitig bedruckt werden, was ihn für die Produktion in großem Maßstab äußerst effizient macht.

„Durch sorgfältige Auswahl der Eigenschaften des Silikons und der Oberfläche des Empfangssubstrats sowie der Geschwindigkeit und Mechanik des Rollvorgangs können die Geräte erfolgreich über das Empfangssubstrat gerollt und freigegeben werden, während das räumlich angeordnete Format, das sie auf dem Originalsubstrat hatten, erhalten bleibt.“ Sie sagte. „Wir haben außerdem eine benutzerdefinierte Analysemethode entwickelt, die das gedruckte Muster auf Fehler scannt und in nur wenigen Minuten die Druckausbeute und Positionierungsgenauigkeit liefert.“

Die Forscher testeten den neuen Ansatz mit Galliumnitrid (GaN) auf Siliziumstrukturen, die für Mikro-LED-Displays verwendet werden, und die Verwendung von Siliziumsubstraten erleichterte die Herstellung der Geräte als schwebende Strukturen, die von der Walze aufgenommen werden konnten. Sie konnten mehr als 99 % der Geräte in einem Array aus über 76.000 einzelnen Elementen mit einer räumlichen Präzision von weniger als einem Mikrometer ohne nennenswerte Rotationsfehler übertragen.

Das Team arbeitet daran, die Genauigkeit des Druckprozesses weiter zu verbessern und gleichzeitig die Anzahl der Geräte zu erhöhen, die gleichzeitig übertragen werden können. Sie planen außerdem, die Fähigkeit der Methode zu testen, verschiedene Gerätetypen auf derselben Empfangsplattform zu kombinieren, und festzustellen, ob sie zum Drucken an bestimmten Stellen der Empfangsplattform verwendet werden kann.

Beitrag: E. Margariti, G. Quinn, D. Jevtics, B. Guilhabert, MD Dawson, MJ Strain, „Kontinuierlicher Rollentransferdruck und automatisierte Messtechnik von >75.000 microLED-Pixeln in einer einzigen Aufnahme“

doi.org/10.1364/OME.483657; www.strathclyde.ac.uk