Ablation-Driven Selective Laser Direct Mass Transfer for Micro-LEDs with High Speed, Enhanced Gap Tolerance, and High Precision

📄 arXiv: 2610.21839v1 📥 PDF

作者: Yuxuan Cao, Yulong Wang, Jürgen Brugger, Zhen Zhang

分类: physics.optics, eess.SY

发布日期: 2026-10-15

💡 一句话要点

提出D-DLAT方法以解决微LED制造中的转移效率问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 微LED 激光转移 聚酰亚胺 高精度制造 显示技术 微组装 柔性电子 异构集成

📋 核心要点

  1. 现有的激光诱导前向转移方法在转移速度、选择性和反应时间上存在显著不足，限制了微LED的可扩展制造。
  2. 本文提出的D-DLAT方法通过直接剥离释放层，利用剥离冲击主动推动芯片转移，克服了传统方法的局限。
  3. 实验结果显示，D-DLAT能够实现高达50微米的转移间隙，最小放置误差小于1微米，显著提高了转移精度和速度。

📝 摘要（中文）

微型发光二极管（micro-LEDs）在下一代显示器中表现出色，但其可扩展制造受到从供体到接收基板的质量转移过程的严重制约。现有的激光诱导前向转移（LIFT）方法在转移速度、选择性和反应时间上存在局限。本文提出了一种新型的去聚焦直接激光剥离转移（D-DLAT）方法，利用聚酰亚胺作为动态释放层，直接剥离释放层以主动推动小型芯片向接收器移动。通过优化剥离轮廓和扫描路径，该方法实现了高速转移，显著提高了精度和鲁棒性。实验表明，D-DLAT成功转移了尺寸从600微米到35微米的微LED，最小放置误差小于1微米，关键转移间隙可达50微米。该方法还实现了完全选择性，促进了复杂图案转移和阵列重排操作，为全彩显示集成奠定了基础。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决微LED制造过程中，从供体到接收基板的质量转移效率低下的问题。现有的激光诱导前向转移方法存在转移速度慢、选择性差和反应时间长等痛点。

核心思路：D-DLAT方法通过直接剥离聚酰亚胺释放层，利用激光剥离产生的冲击力主动推动微型芯片向接收器转移，从而提高转移速度和精度。

技术框架：该方法的整体架构包括激光剥离模块、芯片转移模块和接收器对接模块。激光剥离模块负责精确控制激光参数以优化剥离效果，芯片转移模块则利用剥离冲击实现快速转移，接收器对接模块确保芯片的准确放置。

关键创新：D-DLAT的核心创新在于其主动推动芯片转移的机制，与传统的被动下降方式形成鲜明对比。这种设计显著提高了转移的速度和精度，克服了现有技术的基本限制。

关键设计：在D-DLAT中，激光剥离的参数设置至关重要，包括激光功率、脉冲宽度和扫描速度等。此外，优化的剥离轮廓和扫描路径设计也是实现高效转移的关键因素。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，D-DLAT方法成功实现了从600微米到35微米的微LED转移，最小放置误差小于1微米，关键转移间隙可达50微米。这些结果显示出D-DLAT在转移速度和精度上的显著提升，超越了现有转移技术的性能。

🎯 应用场景

该研究的D-DLAT方法具有广泛的应用潜力，尤其是在微型显示器、可穿戴设备和柔性电子产品的制造中。通过提高微LED的转移效率和精度，该技术能够推动下一代高性能显示技术的发展，并在微组装和异构集成领域产生深远影响。

📄 摘要（原文）

Micro light-emitting diodes (micro-LEDs) offer superior performance for next-generation displays, yet their scalable manufacturing is severely bottlenecked by the mass transfer process from donor to receiver substrates. The existing laser-induced forward transfer (LIFT) methods are restricted by low throughput, limited selectivity, and long reaction times. In this study, we introduce a novel defocused direct laser ablation transfer (D-DLAT) method utilizing polyimide as a dynamic release layer. Whereas most indirect laser transfer methods trigger chip release followed by passive descent toward the receiver, D-DLAT directly ablates the release layer to actively propel the small-sized chips towards the receiver via ablation shock. By optimizing the ablation profiles and scanning paths, this method achieves high-speed transfer with significantly enhanced precision and robustness. We demonstrate the successful transfer of micro-LEDs ranging from 600 $\unicode{x03BC}$m down to 35 $\unicode{x03BC}$m in size, with a minimum reported placement error of less than 1 $\unicode{x03BC}$m, and a critical transfer gap of up to 50 $\unicode{x03BC}$m. Furthermore, the D-DLAT approach enables full selectivity, facilitating complex patterned transfers and array repitching operations that are essential for full-color display integration. Our findings indicate that D-DLAT effectively overcomes the fundamental limitations of current transfer technologies, demonstrating substantial potential for the scalable and high-yield manufacturing of advanced micro-LED displays. Ultimately, D-DLAT establishes a robust paradigm for the high-speed manipulation and heterogeneous integration of micro-optoelectronic devices, extending its profound implications beyond displays to the broader landscape of advanced micro-assembly and flexible electronics.