激光剥离技术如何推动柔性显示器产业升级并拓展广阔前景

激光剥离（LLO）技术在微电子领域的多个市场发展中扮演着核心角色，涵盖发光二极管（LED）、高密度封装的半导体设备及柔性显示器等。一个典型应用是在制造薄膜晶体管（TFT）结构时，这些结构先是在玻璃载体上通过旋涂聚合物层构建。为了创造出既轻又坚固的柔性显示器，必须利用LLO技术将这些结构从硬质基板上分离。鉴于相邻功能薄膜的热敏感性，低热预算工艺至关重要，以防止任何热损伤。准分子激光器，凭借其短波长紫外光和极短脉冲，能够实现高度精确的能量传递。此外，其高功率输出支持更大处理面积，确保高吞吐量，使LLO技术在工业应用中极为高效。

紫外激光剥离去层技术为晶圆级三维电子器件结构及聚合物基有源矩阵显示面板（如智能手机、电子阅读器、平板电脑及潜在的大尺寸AMOLED电视）开辟了新途径。通过精心选择波长、光学系统和能量密度，可实现其他热源难以达成的功能薄膜层选择性激光剥离。随着微电子器件特征尺寸和薄膜厚度的持续缩减，此技术愈发吸引人。这一趋势推动了适用于248nm和308nm波长的准分子激光源及光束传输系统的不断开发。

激光剥离过程主要通过选择性激光烧蚀和界面层蒸发实现，这些界面层通常为强吸收性材料，如绝缘聚合物层。关键在于确保相邻微电子功能层免受激光能量损害，因此短波长激光，特别是248nm和308nm的准分子激光，成为实现高选择性分离的理想选择。由于准分子激光在商用微电子聚合物中的吸收深度仅几百纳米，而聚合物层厚度通常在几十至几百微米间，激光剥离能有效实现层间分离，同时保持相邻功能层性能不受影响。

尽管吸收界面不仅限于聚合物，但微电子器件中薄膜厚度普遍较小，通常在微米级，因此需要选择尽可能短的波长和吸收深度以实现精确控制。准分子激光技术成为高效分离薄层并保护功能层完好的理想工具。

随着微电子生产中晶圆直径增至300毫米，数字显示应用中更是涉及高达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，需依赖基于准分子激光的两种光学处理方法，它们在激光束几何形状上有所不同。具体而言，激光剥离可通过线扫描法（使用宽度仅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）完成。

两种加工策略均适用于晶圆级激光剥离工艺。然而，对于更大面积的显示基板，目前仅采用线扫描方法。随着技术进步，线束长度已达750毫米，可用于显示面板生产线，即使是尺寸为2500 x 2200mm²的第八代基板，也能迅速分离功能层。

在柔性显示器制造中，激光剥离的应用至关重要。无论柔性显示器用于智能手机、平板电脑还是电子阅读器，它们共同的特点是驱动每个像素的电路层背板不再置于刚性玻璃载体上，而是转移到柔性聚合物薄膜上。这种设计不仅与最终显示技术无关，最终设备也不一定需具备弯曲性。聚合物背板可驱动液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）或电泳显示器。在电泳显示器中，使用约100微米厚的聚合物薄膜替代约1毫米厚的玻璃载体，可显著减轻设备重量50%并降低设计厚度30%。此外，柔性显示器还因抗冲击性而具有额外优势。

据市场调研公司MarketsandMarkets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，三星生产基于聚合物薄膜的柔性显示器，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。

以电泳显示器制造为例，柔性显示器制造的关键步骤包括：将100微米厚的聚合物薄膜旋涂到临时玻璃载体上并固化；在聚合物层上构建电路背板，即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。

技术上，308nm波长的准分子激光束穿透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。每个区域仅需一个约25纳秒持续时间的脉冲，能量密度约为275 J/cm²。通过适当移动基板，确保整个第4代显示面板（730mm x 920mm）被覆盖，每块面板可生产约55个6英寸对角线的显示屏。经过308nm波长激光剥离处理后，涂覆有100微米聚酰亚胺薄膜的玻璃载体上的聚酰亚胺薄膜可轻松脱离基板，且无需后处理。

采用临时玻璃基板结合激光剥离技术的巨大优势在于，显示器制造商无需大规模生产设备升级，即可将产品组合从基于刚性玻璃的背板扩展至基于柔性聚合物的显示背板。