Laser-material interaction involves a wide range of physical and chemical processes. Gaining a comprehensive understanding of this interaction is of paramount importance for applications ranging from industrial processes to medical treatments. Using this knowledge, we can effectively utilize lasers in a variety of fields. This thesis describes the development of laser-based techniques, including laser-assisted μLED mass transfer process and laser patterning of 2D van der Waals materials.
In Chapter 2, a laser-assisted transfer technology was introduced to demonstrate a skin-attachable μLED mask for skin regeneration effects. We carefully optimized process parameters including laser power and shot time that affect transfer yield. In just a few minutes, about 3,000 μLEDs were transferred and densely arranged on a face-shaped FPCB. In addition, light distribution was induced by applying a light diffusion layer (LDL) to irradiate uniform light on the facial skin. The μLED mask generated little heat and the skin temperature reached 37.4℃ after 30 minutes of use, confirming that it was safe from low-temperature burns. Implemented with laser-assisted transfer technology, the μLED mask is expected to help people take care of their facial skin.
In Chapter 3, we presented a novel laser patterning technique for 2D van der Waals materials that does not require photoresist, enabling high-resolution and high-throughput processes. This breakthrough was achieved using a XeCl excimer laser operating at a wavelength of 308 nm, with a pulse duration of just a few nanoseconds and emitting intense light. Our laser patterning technology has broad applicability extending to a variety of 2D van der Waals materials and substrates. It enables direct patterning of van der Waals materials including mono- and bi-layer MoS$_2$, graphene, monolayer WSe$_2$ and 2D metal-organic framework (MOF) on a wide range of substrates such as glass and polymers. By comparing the morphology of materials patterned using conventional photolithography and our laser patterning process, we demonstrated that our laser patterning technology can rapidly pattern large-area 2D van der Waals materials without sacrificing material properties.
레이저-재료 상호 작용에는 광범위한 물리적 및 화학적 프로세스가 포함됩니다. 이 상호 작용에 대한 포괄적인 이해를 얻는 것은 산업 공정에서 의료 치료에 이르는 응용 분야에서 가장 중요합니다. 이 지식을 사용하여 다양한 분야에서 레이저를 효과적으로 활용할 수 있습니다. 이 논문은 레이저를 이용한 μLED 물질 전달 프로세스와 2D 반 데르 발스 재료의 레이저 패터닝을 포함한 레이저 기반 기술의 개발에 대해 설명합니다.
2장에서는 피부 재생 효과를 위한 피부 부착형 μLED 마스크를 시연하기 위해 레이저를 이용한 전사 기술을 소개했다. 전송 수율에 영향을 미치는 레이저 출력 및 샷 시간을 포함하여 프로세스 매개변수를 신중하게 최적화했습니다. 단 몇 분 만에 약 3,000개의 μLED가 전송되어 얼굴 모양의 FPCB에 조밀하게 배열되었습니다. 또한 광확산층(LDL)을 적용하여 얼굴 피부에 균일한 빛을 조사하여 광분포를 유도하였다. μLED 마스크는 열 발생이 적고 사용 30분 후 피부 온도가 37.4℃에 도달하여 저온 화상으로부터 안전한 것을 확인했습니다. 레이저 보조 전송 기술로 구현된 μLED 마스크는 사람들이 얼굴 피부를 관리하는 데 도움이 될 것으로 예상됩니다.
3장에서는 포토레지스트가 필요하지 않은 2차원 반데르발스 소재에 대한 새로운 레이저 패터닝 기술을 제시하여 고해상도 및 고효율 공정을 가능하게 했습니다. 이 돌파구는 308nm의 파장에서 작동하는 XeCl 엑시머 레이저를 사용하여 달성되었으며 펄스 지속 시간은 몇 나노초에 불과하고 강렬한 빛을 방출합니다. 당사의 레이저 패터닝 기술은 다양한 2D 반 데르 발스 재료 및 기판으로 확장되는 광범위한 적용 가능성을 가지고 있습니다. 유리 및 폴리머와 같은 광범위한 기판에서 단층 및 이중층 MoS$_2$, 그래핀, 단층 WSe$_2$ 및 2D 금속-유기 프레임워크(MOF)를 포함한 반 데르 발스 재료의 직접 패터닝이 가능합니다. 기존의 포토리소그래피와 레이저 패터닝 공정을 사용하여 패터닝된 재료의 형태를 비교함으로써 당사의 레이저 패터닝 기술이 재료 특성을 희생하지 않고 대면적 2D 반데르발스 재료를 빠르게 패터닝할 수 있음을 입증했습니다.
