柔性显示器前景广阔，激光剥离技术如何助力产业升级？

激光剥离（LLO）技术在推动微电子领域的诸多市场发展中起着关键作用，包括发光二极管（LED）、高密度封装的半导体设备以及柔性显示器等。其中一个典型应用是在薄膜晶体管（TFT）结构的制造中，这些结构是通过将聚合物层旋涂在玻璃载体上构建的。为了制造轻质且坚固的柔性显示器，这些结构需要通过LLO技术从刚性基板上分离出来。由于相邻功能薄膜的热敏性，低热预算工艺是必不可少的，以防止热损伤。准分子激光器凭借其短波长的紫外光和超短脉冲持续时间，能够实现高度局部化的能量传递。此外，准分子激光器的高功率输出还支持更大面积的处理区域，并确保实现大规模制造所需的高吞吐量，使LLO技术在工业规模应用中极具效率。

紫外激光剥离去层技术为基于晶圆的三维电子器件结构以及基于聚合物的有源矩阵显示面板（如用于智能手机、电子阅读器、平板电脑以及潜在的大尺寸电视的AMOLED）开辟了新路径。通过选择合适的波长、光学系统和能量密度，可以实现其他辐射或非辐射热源无法达到的功能薄膜层选择性激光剥离（LLO）处理。随着微电子应用中器件特征尺寸和薄膜厚度的不断缩小，这种技术变得越来越具吸引力。这一趋势促使人们持续开发适用于248nm和308nm波长的准分子激光源和光束传输系统。

激光剥离过程通常通过选择性激光烧蚀和界面层蒸发来完成，这些界面层通常是具有强吸收性的材料，例如绝缘聚合物层。关键是确保相邻的微电子功能层不受激光能量的损害，因此短波长激光（尤其是248nm和308nm的准分子激光）成为了实现高选择性分离的最佳选择。由于准分子激光在商用微电子聚合物中的吸收深度仅为几百纳米，而这些聚合物层的厚度通常在几十到几百微米之间，激光剥离能够有效地实现层间分离，同时不影响相邻功能层的性能。

虽然吸收界面不一定限于聚合物，但如今微电子器件中的各类薄膜厚度普遍较小，通常在微米范围内，因此需要选择尽可能短的波长和吸收深度来进行精确控制。准分子激光技术成为高效分离薄层并确保功能层完好无损的理想工具。

随着微电子生产中使用的晶圆直径扩大至300毫米，数字显示应用中更是涉及到高达5平方米的矩形玻璃基板。在工业规模上，实现大面积快速且可重复的激光剥离，需要基于准分子激光的两种光学处理方法。这两种方法在激光束的几何形状上有所不同。正如下所示，激光剥离可以通过线扫描法（使用宽度仅为几百微米的激光束扫描基板）或步进重复法（通过拼接矩形区域）来完成。

准分子激光快速大面积加工的基本策略 图源：公开网络

两种加工策略都适用于基于晶圆的激光剥离工艺。然而，对于面积更大的显示基板，目前仅采用了线扫描方法。随着技术的发展，线束长度已达到750毫米，能够应用于显示面板的生产线上，即使是尺寸为2500 x 2200mm²的第八代基板，功能层也能迅速分离。

   激光剥离在柔性显示器制造中的应用

无论柔性显示器被应用于智能手机、平板电脑或电子阅读器，它们都具有一个共同的特征：驱动每个像素的电路层背板不再位于刚性玻璃载体上，而是被转移到柔性聚合物薄膜上。这种设计不仅与最终采用的显示技术无关，最终的设备也不一定必须是可弯曲的。聚合物背板可以驱动液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）或电泳显示器。在电泳显示器中，使用厚度约为100微米的聚合物薄膜替代约1毫米厚的玻璃载体，能实现设备重量减少50%和设计厚度降低30%的显著效果。此外，柔性显示器还因其抗冲击性而具有额外优势。

根据市场调研公司MarketsandMarkets的预测，柔性显示器市场将在未来五年内增长六倍，销售收入将超过30亿美元。目前，基于聚合物薄膜的柔性显示器由三星（Samsung）生产，旗下产品以YOUM为商标，E Ink与LG也联合推出了类似产品。这种创新且前景广阔的显示技术有望引领下一代智能手机、平板电脑和电子阅读器的变革。

在柔性显示器的制造过程中，关键步骤如下图所示，以电泳显示器的制造为例，它被广泛应用于电子阅读器。第一步是将100微米厚的聚合物薄膜旋涂到临时玻璃载体上并进行固化。在聚合物层上构建电路背板，即薄膜晶体管（TFT）矩阵，接着是包含电极层和微胶囊的显示前板。最终，通过激光剥离工艺实现从刚性到柔性显示器的过渡。

柔性显示器的激光提升制造方案 图源：公开网络

在技术上，308nm波长的准分子激光束通过玻璃载体照射到聚合物薄膜上。激光仅使紧邻玻璃载体的聚合物层（约200纳米深度）蒸发。每个区域仅需一个脉冲，脉冲持续时间约为25纳秒，能量密度约为275 J/cm²。通过适当地移动基板，使整个第4代显示面板（730mm x 920mm）都能被覆盖，每块面板可以生产约55个6英寸对角线的显示屏。下图展示了一块已涂覆100微米聚酰亚胺薄膜的玻璃载体。经过308nm波长的激光剥离处理后，聚酰亚胺薄膜可以轻松脱离基板，且无需进行任何后处理。

聚酰亚胺涂层显示玻璃基板通过激光剥离分层 图源：公开网络

采用临时玻璃基板结合激光剥离技术的一个巨大优势在于，显示器制造商可以在无需进行大规模生产设备升级的情况下，将产品组合从基于刚性玻璃的背板扩展到基于柔性聚合物的显示背板。

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