北京時(shí)間12月22日消息，中國(guó)觸摸屏網(wǎng)訊，

近年來，Micro LED因其功耗低、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、光效率高等特點(diǎn)，被視為繼LCD、OLED之后的新一代顯示面板技術(shù)。Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發(fā)光二極體，也可以寫作μLED，是將傳統(tǒng)LED薄膜化、微小化和矩陣化，使像素點(diǎn)距離從毫米級(jí)降低至微米級(jí)別，并在一個(gè)晶片上高度集成的固體自發(fā)光顯示技術(shù) 其與常規(guī)LED最大的不同在于尺寸，大小相當(dāng)于人頭發(fā)絲的1/10，體積達(dá)到了主流LED大小的1%，然而像素尺寸當(dāng)前還未形成統(tǒng)一的定義。

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Micro LED微米級(jí)別的像素間距可以使其覆蓋從中小尺寸顯示到中大尺寸顯示等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。相比傳統(tǒng)小間距LED，由于尺寸微縮，顯著提高了顯示解析度和畫質(zhì)，光學(xué)設(shè)計(jì)上可以使得可視角度更開闊，對(duì)比度更高，畫質(zhì)更好，適合虛擬現(xiàn)實(shí)、小型投影儀，微顯示器，可見光通訊，醫(yī)學(xué)研究等多種多樣的顯示場(chǎng)景。相比OLED，均采用自發(fā)光技術(shù)顯示，允許集成感測(cè)器和電路，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式感測(cè)功能，也可結(jié)合柔性襯底實(shí)現(xiàn)柔性顯示，從而用于可穿戴/可植入器件、車載顯示等柔性顯示領(lǐng)域 此外，Micro LED清晰度高、亮度高、對(duì)比度好，高反應(yīng)速度等特點(diǎn)非常適合VR、AR等對(duì)反應(yīng)速度有較高要求的可穿戴設(shè)備（高亮度和節(jié)電適用于戶外穿戴場(chǎng)合）應(yīng)用。

 

Micro LED顯示的概念自2000年 直到2012年，在索尼展示了第一臺(tái)Crystal-LED的microLED電視后，Micro LED顯示器才出現(xiàn)在商界視野中，不同研究機(jī)構(gòu)和公司開始主攻微縮制程、全彩化、晶片轉(zhuǎn)移等瓶頸技術(shù) 根據(jù)不同應(yīng)用的顯示面板尺寸的不同，顯示器的制備可分為單片制造技術(shù)和巨量轉(zhuǎn)移技術(shù) 單片制造技術(shù)是指Micro LED直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高解析度顯示器，將LED鍵結(jié)于終端顯示基板上，最后用物理或化學(xué)機(jī)制剝離基板。這種方式避免了復(fù)雜的巨量轉(zhuǎn)移過程，但也只限于構(gòu)建較小的顯示器，如近眼顯示器、智慧手表等微顯示器，限制了Micro LED的應(yīng)用場(chǎng)景；另外，每種制程只能在基板上生長(zhǎng)一種顏色的燈珠晶片，故這種單片制造技術(shù)無法解決RGB全彩顯示。近年研究提出的量子點(diǎn)全彩顯示，采用單個(gè)紫外Micro LED發(fā)出的光激發(fā)其上層覆蓋的紅綠藍(lán)三色發(fā)光介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)全彩化，這種彩色化替代技術(shù)在未來發(fā)展中可能會(huì)填補(bǔ)單片制造在全彩化方面的局限性。另一種制造技術(shù)是巨量轉(zhuǎn)移，在源基板上生長(zhǎng)LED晶片，然后將LED從源基板上分離并通過某種作用力將晶片快速、準(zhǔn)確且可靠地轉(zhuǎn)移到顯示電子器件上。對(duì)于手機(jī)、平板和電視等更廣泛的顯示應(yīng)用場(chǎng)合，在襯底上制作完成后從基板上進(jìn)行分離，不可避免地需要通過巨量轉(zhuǎn)移的方式將Micro LED晶片在更大尺寸且?guī)в羞壿嬰娐返幕�板上進(jìn)行組裝，從而滿足應(yīng)用需求。此外，柔性和可拉伸的光電器件用于可穿戴和生物電子應(yīng)用近來獲得了廣泛的研究普及，這些應(yīng)用需要將LED轉(zhuǎn)移到柔性基板上,亦需要巨量轉(zhuǎn)移得以實(shí)現(xiàn)。然而由于每次轉(zhuǎn)移的晶片尺寸極小、數(shù)量巨大，對(duì)轉(zhuǎn)移制程的精確性和速率要求非常高，成為當(dāng)前制約Micro LED量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

 

本文將簡(jiǎn)要概述Micro LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，分析該技術(shù)存在的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。根據(jù)在研技術(shù)流派的制程過程，可將巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)步驟分為基板分離和晶片轉(zhuǎn)移兩個(gè)關(guān)鍵制程，將分別闡述每一制程的原理、研究進(jìn)展及關(guān)鍵研究問題，最后展望巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的發(fā)展前景。

 

1.巨量轉(zhuǎn)移

 

 

圖1 Micro LED制備流程

 

由于待轉(zhuǎn)移的LED晶片尺寸更小，大約為頭發(fā)絲的1/10，需要精度很高的精細(xì)化操作；一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬乃至幾十萬顆以上的LED，數(shù)量十分巨大，要求有極高的轉(zhuǎn)移速率，傳統(tǒng)LED晶片在封裝環(huán)節(jié)，主要采用真空吸取的方式，而真空管的物理極限下只能做到大約80μm，而Micro LED尺寸基本在50μm以下；而當(dāng)前的轉(zhuǎn)移設(shè)備（Pick ＆ Place）的精密度是±34μm (Multi－chipper Transfer），覆晶固晶機(jī)（Flip Chip Bonder）的精密度是±1.5μm （每次移轉(zhuǎn)為單一晶片）�？梢妭鹘y(tǒng)晶片轉(zhuǎn)移技術(shù)無法以經(jīng)濟(jì)且高精度的方式轉(zhuǎn)移數(shù)量達(dá)百萬個(gè)、尺寸為微米級(jí)的晶片

 

表1 傳統(tǒng)晶片轉(zhuǎn)移制程與巨量轉(zhuǎn)移制程對(duì)比

 

針對(duì)這些問題，許多公司和科研機(jī)構(gòu)基于不同原理已開展大量研究，形成了精準(zhǔn)拾取。

 

 

圖2 巨量轉(zhuǎn)移主流技術(shù)發(fā)展

 

精準(zhǔn)拾取流派技術(shù)主要區(qū)別于轉(zhuǎn)移頭吸附LED作用力的不同。Luxvue公司采用具有雙電極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭，通過靜電力拾取放置晶片，完成從源基板到目標(biāo)基板的轉(zhuǎn)移 X-Celeprint采用彈性印章作為轉(zhuǎn)移頭，利用范德華力拾取晶片，然后放置到目標(biāo)基板上 隨著技術(shù)的發(fā)展，巨量轉(zhuǎn)移不再局限于傳統(tǒng)的拾取制程，雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)在轉(zhuǎn)移中得到應(yīng)用，以非接觸式的加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)晶片的批量并行轉(zhuǎn)移 Uniqarta、Coherent、QMAT公司采用雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（LIFT）制程，通過雷射與材料發(fā)生光-物質(zhì)相互作用而實(shí)現(xiàn)晶片的分離，同時(shí)產(chǎn)生的局部沖擊力推動(dòng)晶片向基板轉(zhuǎn)移。Optovate公司提出p-LLO制程，通過雷射作用GaN分解為氮?dú)夂鸵簯B(tài)Ga，實(shí)現(xiàn)剝離與轉(zhuǎn)移。此外，elux和Self array公司采用自組裝技術(shù)，分別以流體自組裝和磁力自組裝為原理完成LED的自組裝過程。韓國(guó)機(jī)械與材料研究所( KIMM)提出了自對(duì)準(zhǔn)滾印轉(zhuǎn)移技術(shù)，通過輥印的方式實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移 當(dāng)前技術(shù)基于不同的作用原理取得了一定的研究進(jìn)展，但仍然存在良率、精度、轉(zhuǎn)移速率等問題，如何控制成本和良率成為當(dāng)前商業(yè)化的關(guān)鍵。

 

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)流程分為基板分離和晶片取放兩個(gè)關(guān)鍵制程：

 

（1）基板分離：以某種作用力將晶片與源基板批量整體式分離；

 

（2）晶片取放：通過轉(zhuǎn)移裝置將分離后的Micro LED晶片高精度選擇性地從源基板上拾取并轉(zhuǎn)移放置在目標(biāo)顯示基板的特定位置上。

 

圖3巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)流程

 

然而由于待轉(zhuǎn)移的Micro LED尺寸相比主流晶片尺寸更小、集成數(shù)量更多，使得傳統(tǒng)的LED基板剝離、轉(zhuǎn)移技術(shù)如機(jī)械頂針、真空吸附拾取等制程窗口大大縮小，對(duì)技術(shù)和成本的要求更高，仍然存在良率、精度等問題，如何控制成本和良率成為了商業(yè)化的關(guān)鍵。表2 列出了巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)不同流派的基板分離技術(shù)和拾取作用力。

 

表2巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)原理

 

2.

 

Micro LED通常在Si、藍(lán)寶石等襯底上生長(zhǎng)GaN外延層來制備 為減少生長(zhǎng)晶圓尺寸的限制，拓寬到中大尺寸顯示、柔性顯示領(lǐng)域，需要采用襯底去除技術(shù)將源基板剝離，當(dāng)前襯底去除技術(shù)主要有機(jī)械剝離、化學(xué)蝕刻、雷射剝離，如圖4.

 

 

圖4 基板分離制程（a）機(jī)械剝離技術(shù)；（b）化學(xué)剝離技術(shù)；（c）雷射剝離技術(shù)

 

機(jī)械剝離技術(shù)是通過在藍(lán)寶石襯底或犧牲層上用溫度較高蝕刻液刻蝕出金字塔 X-Celeprint、KIMM、LuxVue等公司巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中基板分離方式類似這種原理，也通過蝕刻的方式使LED與生長(zhǎng)襯底之間以橋式等弱接觸方式連接生長(zhǎng)，但剝離外力不同，分別采用范德華力、靜電力或粘附力等作用力下吸附LED，通過調(diào)控吸附力使弱接觸結(jié)構(gòu)斷裂，從而實(shí)現(xiàn)基板的分離。機(jī)械剝離技術(shù)原理簡(jiǎn)單，剝離后GaN薄膜位錯(cuò)密度小，但蝕刻操作比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)完整剝離較為困難。

 

化學(xué)剝離技術(shù)通常指在襯底上先生長(zhǎng)一層沉積層，這層沉積層由CrN 最近報(bào)道了Trindade Kim等人 化學(xué)玻璃技術(shù)對(duì)GaN薄膜的損傷最小，但是由于化學(xué)反應(yīng)存在周期，使得玻璃速率較慢，且后續(xù)需增加殘留化學(xué)溶液的清除制程，無法滿足巨量轉(zhuǎn)移要求的超高轉(zhuǎn)移速率，故這方面的應(yīng)用較少。

 

雷射剝離技術(shù)誕生于1997年，KELLY等人 交介面處發(fā)生的分解反應(yīng)可表示為：

 

 

 

許多研究人員針對(duì)雷射能量密度 巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的基板雷射分離采用同樣的原理，2016 年Kim J. 等 以雷射驅(qū)動(dòng)技術(shù)為代表的公司如Uniqarta、Optovate等在基板分離制程中均采用雷射剝離的方式實(shí)現(xiàn)源基板的去除。雷射剝離技術(shù)具有作用時(shí)間短、剝離速率快的優(yōu)點(diǎn)，但要求襯底對(duì)所作用波長(zhǎng)的雷射透明，且成本設(shè)備較高，對(duì)GaN薄膜仍會(huì)有一定的損傷。

 

從巨量轉(zhuǎn)移的角度來看，機(jī)械剝離雖原理簡(jiǎn)單，但蝕刻操作復(fù)雜，分離吸附力需根據(jù)單次時(shí)刻結(jié)構(gòu)的斷裂特性進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)性較差；化學(xué)剝離雖對(duì)GaN薄膜損傷小，但分離速率受限；雷射剝離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效率剝離，如何將GaN薄膜的熱損傷降低是當(dāng)前需要研究的問題。

 

3.

 

隨著柔性和可拉伸的光電器件的發(fā)展，顯示技術(shù)逐漸應(yīng)用于可穿戴和生物電子領(lǐng)域，這要求將源基板上生長(zhǎng)的Micro LED轉(zhuǎn)移至柔性基底上。另一方面，受限于晶圓尺寸的大小，在面對(duì)手機(jī)、電視等中大尺寸顯示應(yīng)用時(shí)，也需要將從基板分離的Micro LED從源基板或中間載體基板上轉(zhuǎn)移至顯示面板上。晶片取放是指將源基板上的Micro LED通過晶片取放設(shè)備，以高精度、高速率的方式放置在目標(biāo)位置，是實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同可分為精準(zhǔn)拾取、雷射誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移、自組裝技術(shù)。

 

3.1

 

精準(zhǔn)拾取技術(shù)一般通過轉(zhuǎn)移頭將源基板(Donor Substrate)上的器件以某種作用力吸附，移動(dòng)至相應(yīng)的位置后精確地釋放在接收基體上(Receive substrate)，從而完成轉(zhuǎn)移過程，這一過程如圖5，該技術(shù)可看做介面競(jìng)爭(zhēng)斷裂的過程，當(dāng)轉(zhuǎn)移頭與晶片的作用力大于晶片與源基板介面粘附力時(shí)實(shí)現(xiàn)拾取，當(dāng)接收基板與晶片的介面粘附大于轉(zhuǎn)移頭與晶片的作用力時(shí)實(shí)現(xiàn)釋放，而選擇性則由轉(zhuǎn)移裝置的拾取頭來實(shí)現(xiàn)，整個(gè)取放過程的關(guān)鍵在于介面粘附的調(diào)控，而這一機(jī)制在柔性電子領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)印技術(shù)方面有著較為深入的研究。

 

 

圖5 拾取技術(shù)步驟

 

在轉(zhuǎn)印技術(shù)中根據(jù)不同的力學(xué)原理已發(fā)展出不同轉(zhuǎn)印技術(shù)控制原理及拾取放置方法：調(diào)控印章速度的動(dòng)態(tài)可控轉(zhuǎn)印技術(shù) 在巨量轉(zhuǎn)移μLED技術(shù)領(lǐng)域，X-Celeprint 同轉(zhuǎn)印技術(shù)特點(diǎn)類似，這種速度調(diào)控方式雖然操作簡(jiǎn)單，單為滿足巨量轉(zhuǎn)移的高精度高速率要求，印章剝離速度受到極大的限制從而降低了制程窗口。

 

其他類似轉(zhuǎn)印的靜電力、輥印方式亦可實(shí)現(xiàn)晶片的高精度取放要求。LuxVue 該過程包括從帶有一排靜電轉(zhuǎn)移頭的載體基板上拾取一排微型LED，并從工作電路中施加同向電壓以產(chǎn)生吸引力，從而與微型LED接觸粘附。待轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板特定位置。轉(zhuǎn)移頭直接接觸該位置，并在電場(chǎng)作用下加熱液化接收基板鍵合層，將LED陣列鍵合到接收基板上，最后施加反向電壓釋放LED，從而完成轉(zhuǎn)移過程。韓國(guó)機(jī)械和材料制造 整個(gè)過程包括三個(gè)輥轉(zhuǎn)移步驟，首先通過涂有一次性轉(zhuǎn)移膜的輥壓印模將控制TFT陣列拾取并放置到臨時(shí)基板上；然后將微型LED從其支撐基板上取下，放置在臨時(shí)基板上，并通過焊料鍵合與TFT連接；最后，將互連的微型LED + TFT的陣列滾動(dòng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上，以形成有源矩陣微型LED顯示器，這種轉(zhuǎn)移方式可用于轉(zhuǎn)移晶片尺寸和晶片厚度分別低于100 µm和10 µm的MIicro LED。

 

 

圖6 精準(zhǔn)拾取技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移制程過程

 

精準(zhǔn)拾取技術(shù)分別采用靜電力、范德華力、磁力作為吸附力實(shí)現(xiàn)介面調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高精度下晶片的大面積轉(zhuǎn)移，如圖6。該方法克服了傳統(tǒng)機(jī)械拾取方式難以拾取、容易損壞晶片的不足，但受轉(zhuǎn)移頭尺寸的大小，使得轉(zhuǎn)移效率受到一定的制約，同時(shí)作用力調(diào)控需在特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而大大縮小了制程窗口，增加了工業(yè)成本。

 

3.2

 

隨著高性價(jià)比雷射設(shè)備的可用性不斷提高，基于雷射的微加工技術(shù)已發(fā)展成為高精度制造技術(shù)不可或缺的工業(yè)工具。雷射驅(qū)動(dòng)（laser propulsion）的概念最早是由Kontrowitz Saeidpourazar等人 雷射驅(qū)動(dòng)的主要原理是利用雷射器產(chǎn)生的雷射與物質(zhì)的相互作用，其中紫外（UV）波長(zhǎng)的光子在被物質(zhì)吸收時(shí)會(huì)引起電子激發(fā)，產(chǎn)生燒蝕分解，從而產(chǎn)生沖擊力；紅外（IR）波長(zhǎng)的光子被物質(zhì)吸收后導(dǎo)致電子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)激發(fā)，然后發(fā)生熱分解，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。此后，許多研究人員對(duì)雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移方面進(jìn)行了充分的研究。

 

雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)的通常步驟為：由石英、藍(lán)寶石等透明基底通過某種中間材料承載器件，再通過雷射照射透明基材作用在物質(zhì)上發(fā)生反應(yīng)，采用光學(xué)掩膜的方式以實(shí)現(xiàn)器件的選擇性轉(zhuǎn)移，如圖7。在轉(zhuǎn)移過程中，由于雷射波長(zhǎng)和材料性質(zhì)的不同，根據(jù)作用機(jī)理可將雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移分為雷射直接釋放和雷射燒蝕釋放。

 

 

圖7 雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)步驟

 

雷射直接釋放是指中間材料在雷射作用下發(fā)生熱分解，直至晶片脫離，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。熱分解作用可以是雷射與器件的熱作用間接作用于中建材路，如Karlitskaya 等人 熱分解作用還可以是雷射與中間材料的直接作用。Karlitskaya等人 這一機(jī)理在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中得到了很好的應(yīng)用，QMAT公司開發(fā)的束定址釋放技術(shù)（BAR）采用熱釋放機(jī)理，將雷射透過透明基板作用在雷射釋放層上，通過光熱作用使晶片從源基板轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板，能夠在100KHz-1MHz的速度脈沖下可達(dá)到10億個(gè)/h 的轉(zhuǎn)移量。該技術(shù)在轉(zhuǎn)移前進(jìn)行壞點(diǎn)檢測(cè)，并由用戶電腦將前一步所檢測(cè)得到的晶片好壞文件進(jìn)行處理記憶，而進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)遇到壞點(diǎn)雷射則繞過，可以避免將壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移到基板上，從而提高了良率。

 

雷射燒蝕釋放原理是指雷射照射犧牲層材料，在光束作用下材料受限燒蝕，產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物對(duì)其上的晶片造成沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)釋放轉(zhuǎn)移，這種方法得益于對(duì)雷射燒蝕聚合物機(jī)理的研究。Zweig AD等人 Holmes等人 這些研究為雷射動(dòng)態(tài)燒蝕釋放提供了很好的原理解釋。2002年雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（laser induction front transfer, LIFT）技術(shù)問世 Alberto Piqué等人 Karlitskaya等人 Marinov V 等人基于LIFT技術(shù)發(fā)展出LEAP制程以轉(zhuǎn)移和組裝微器件，將晶片剝離、轉(zhuǎn)移、組裝全部使用雷射技術(shù)完成，并已成功用于無源RFID晶片轉(zhuǎn)移。隨后，美國(guó)北達(dá)科他州立大學(xué)納米科學(xué)與工程中心基于LIFT技術(shù)發(fā)展了另一項(xiàng)新的前向轉(zhuǎn)移制程——熱機(jī)械選擇性雷射輔助模轉(zhuǎn)移 圖8給出了雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移制程，其對(duì)比見表2

 

 

圖8雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移制程

 

表3 雷射輔助轉(zhuǎn)移制程

 

巨量轉(zhuǎn)移領(lǐng)域使用雷射燒蝕原理轉(zhuǎn)移技術(shù)的是Uniqarta報(bào)道的LEAP制程，使用355nm的Nd:YVO 該過程可以單束或多束模式運(yùn)行，這提供了處理晶片上的不良晶粒的能力。在單光束模式下，使用掃描儀將雷射順序聚焦在不同的晶片位置上，從晶圓上去除不需要的晶片；然后使用多光束模式快速轉(zhuǎn)移良好的晶片陣列；最后，再次使用單光束模式將單個(gè)晶片填補(bǔ)到由于先前移除不良管芯而導(dǎo)致的未填充的空余位置上。這種有選擇地移除和替換不需要的晶片的能力使LEAP制程相比其他并行轉(zhuǎn)移技術(shù)在良率上具有極大的優(yōu)勢(shì)。

 

目前應(yīng)用于轉(zhuǎn)移晶片的雷射驅(qū)動(dòng)制程，與傳統(tǒng)的微器件取放制程相比，該過程是非接觸式的，當(dāng)晶片比較小且薄時(shí)，將大大降低傳統(tǒng)拾取制程造成的機(jī)械損壞，此外單次照射下能夠并行轉(zhuǎn)移多個(gè)晶片，轉(zhuǎn)移速度更高。然而無論是直接釋放還是熱釋放，由于存在間距，其晶片下落都會(huì)出現(xiàn)容易偏移和偏轉(zhuǎn)等不穩(wěn)定問題，且下落速度都與雷射入射能量密度有關(guān)。相比較而言，熱釋放較燒蝕釋放下落速度雖然要低很多，便于晶片下落的控制；但熱釋放對(duì)光束均勻性較敏感，光束強(qiáng)度分布不均勻?qū)е箩尫艧後尫拍z層不均勻膨脹，從而導(dǎo)致組件釋放不均勻；同時(shí)，晶片尺寸縮小后范德華力、靜電力等會(huì)與重力的大小接近，以至于熱釋放過程不得不考慮這些力對(duì)其轉(zhuǎn)移的影響，因此燒蝕釋放機(jī)理的適用性更強(qiáng)，關(guān)于研究改善光束的均勻性對(duì)釋放角度的影響，機(jī)理包括光吸收、溫度隨時(shí)間變化分布、能量如何轉(zhuǎn)換為下落晶片的動(dòng)能等問題尚待進(jìn)一步研究。

 

3.3

 

自組裝技術(shù)通常指基本結(jié)構(gòu)單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)）自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)，該構(gòu)想誕生于上世紀(jì)末，具有多組分同時(shí)并行組裝、避免了人為誤差的干擾、適用組裝的材料種類多、組份尺寸范圍廣，已應(yīng)用于光電材料、生物材料、醫(yī)藥材料等多種領(lǐng)域。自組裝的產(chǎn)物的缺陷程度是最低的，因?yàn)樽越M裝的過程是自發(fā)的，也就是說在組裝的過程中各個(gè)組份之間就是按照最佳的結(jié)構(gòu)和組合方式組裝的。另外,自組裝技術(shù)所需的儀器設(shè)備比較廉價(jià),自組裝過程比較迅速,因?yàn)樽越M裝過程本身就是各組份自發(fā)組裝成產(chǎn)物的。

 

目前自組裝技術(shù)主要分為分子自組裝(Molecular Self組件) 和定向自組裝(Directed self組件) 。分子自組裝 定向自組裝如圖8所示，是采用流體,電磁場(chǎng) 定向自組裝是在傳統(tǒng)技術(shù)不能完全滿足需要而分子自組裝技術(shù)又不成熟的情況下應(yīng)運(yùn)而生的，其方法主要有基于表面張力作用利用導(dǎo)向引導(dǎo)的定向自組裝,利用毛細(xì)作用力驅(qū)動(dòng)的定向自組裝及基于尺寸匹配,表面張力作用，次序自組裝于一體的混合三維定向自組裝等。

 

自組裝技術(shù)作為一種并行制造技術(shù)，已經(jīng)提出了流體力。

 

目前業(yè)界最為代表性的兩大自組裝技術(shù)分別是磁力自組裝和流體自組裝技術(shù)。磁力自組裝是Self Array公司開發(fā)的利用磁體、振動(dòng)和懸浮力將LED自組裝成陣列的技術(shù)，首先將LED外表包覆一層熱解石墨薄膜，放置在磁性平臺(tái)，在磁場(chǎng)引導(dǎo)下LED將快速排列到定位。采用這種方式，需要先處理磁性平臺(tái)，讓磁性平臺(tái)能有設(shè)計(jì)好的陣列分布，而分割好的LED器件，在磁場(chǎng)的作用下能快速實(shí)現(xiàn)定位，然后還是會(huì)通過像PDMS一類的中間介質(zhì)，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上去。流體自組裝技術(shù)是eLux公司利用流體的作用，讓LED落入做好的特殊結(jié)構(gòu)中，達(dá)到自組裝的效果。2017年eLux公司申請(qǐng)了此項(xiàng)技術(shù)專利。

 

任何依賴于自組裝的新的系統(tǒng),要么能忍受它的缺陷,要么就得修復(fù)缺陷 自組裝技術(shù)的缺陷問題一直是自組裝技術(shù)的關(guān)鍵問題，如何實(shí)現(xiàn)自組裝過程可逆、自我調(diào)控或在線監(jiān)控才能減少或避免組裝體的缺陷；其他如自組裝前驅(qū)體的精確合成、尺寸效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)和機(jī)制以及表征和控制，這些都是自組裝技術(shù)未來發(fā)展的關(guān)鍵。

 

4.

 

本文基于近代顯示技術(shù)的發(fā)展背景，分析了Micro LED 技術(shù)的發(fā)展?jié)摿�，總結(jié)出Micro LED 所具有的顯示技術(shù)優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)述了Micro LED 顯示器的制備制程，但由于μLED微縮化和全彩RGB μLED數(shù)量巨大，難以使用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移技術(shù)在成本效益可觀的條件下實(shí)現(xiàn)具有高精度、高良率的轉(zhuǎn)移，使得巨量轉(zhuǎn)移成為制約其商業(yè)化的最關(guān)鍵的瓶頸技術(shù)。

 

目前，巨量轉(zhuǎn)移已發(fā)展出多種技術(shù)流派，盡管基于不同的原理，但都需要將晶片從源生長(zhǎng)基板分離，然后通過某種作用方式選擇性地將LED晶片放置到目標(biāo)基板上。其中，基板分離是通過機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕或雷射作用等方式，對(duì)源基板進(jìn)行整體式批量處理，以便于后續(xù)的取放制程。相對(duì)而言，由于機(jī)械剝離蝕刻操作復(fù)雜，且蝕刻程度的不均勻性使得后續(xù)的選擇性拾取作用力需根據(jù)單次蝕刻結(jié)構(gòu)的斷裂特性進(jìn)行調(diào)整，可選擇性差；化學(xué)剝離受化學(xué)反應(yīng)速率影響，且后期需增加化學(xué)溶液干燥步驟，制程時(shí)間較長(zhǎng)；雷射剝離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效率地剝離，相對(duì)前兩者而言更方便后續(xù)選擇性取放制程，但存在對(duì)GaN薄膜的熱損傷問題，仍需進(jìn)一步解決。

 

晶片取放制程是巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)，從制程角度來講，如何實(shí)現(xiàn)高精度且選擇性地批量拾取、放置是各技術(shù)流派的核心內(nèi)容。對(duì)于精準(zhǔn)拾取技術(shù)而言，基于范德華力、靜電力、電磁力等力學(xué)原理產(chǎn)生對(duì)晶片的拾取放置的作用力，通過轉(zhuǎn)移頭來滿足選擇性操作，而轉(zhuǎn)移數(shù)量則取決于轉(zhuǎn)移頭的尺寸，但該技術(shù)大多對(duì)晶片有特殊要求，如電磁力轉(zhuǎn)移需要在晶片中摻入鐵、鎳等磁性材料，微印章轉(zhuǎn)移技術(shù)需要晶片與基板為弱連接結(jié)構(gòu)，這對(duì)晶片的發(fā)光特性會(huì)有一定的影響。雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)則基于雷射與物質(zhì)的作用機(jī)理，通過燒蝕或直接釋放原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)移晶片的作用力，通過掩膜、光斑聚焦陣列化等方式實(shí)現(xiàn)選擇性，且雷射相對(duì)其他技術(shù)而言在修復(fù)方面具有優(yōu)勢(shì)，可以將壞點(diǎn)融掉，對(duì)于提高良率具有很大的作用，但雷射轉(zhuǎn)移雖然能夠滿足高速、選擇性轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移精度影響因素較多，需要研究雷射參數(shù)（如雷射能量密度、脈沖頻率、光斑大小等）、轉(zhuǎn)移裝置的幾何參數(shù)（如極板間距、晶片間距）等多種參數(shù)問題，且雷射設(shè)備昂貴，相對(duì)而言成本會(huì)較高。自組裝技術(shù)可以在流體流動(dòng)過程總實(shí)現(xiàn)精確的位置和組裝，但選擇性差，后續(xù)缺陷修復(fù)會(huì)很困難。

 

另外，除選擇性和精度外，為了提高經(jīng)濟(jì)和時(shí)間效益，轉(zhuǎn)移率也是確定不同轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵參數(shù)。在雷射驅(qū)動(dòng)，自組裝技術(shù)，精準(zhǔn)拾取技術(shù)中的彈性體印章和卷對(duì)卷沖壓等主流技術(shù)中，流體組裝表現(xiàn)出最快的轉(zhuǎn)移速度——每小時(shí)5,000萬個(gè)晶片，而卷對(duì)卷輥印轉(zhuǎn)移率達(dá)每小時(shí)3600萬個(gè)晶片，彈性體印章轉(zhuǎn)移率達(dá)每小時(shí)100萬個(gè)晶片，從轉(zhuǎn)移速度看，流體組裝技術(shù)可以提供最好的轉(zhuǎn)移性能，但該技術(shù)的開發(fā)仍在進(jìn)行中。相對(duì)而言，流體組裝技術(shù)轉(zhuǎn)移速率最高，但由于流體力控制技術(shù)難度大，相對(duì)其他技術(shù)而言成功概率低，且實(shí)現(xiàn)較為困難；滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)和微印章轉(zhuǎn)移技術(shù)容易且轉(zhuǎn)移速率較高，但是選擇性差，后期檢修環(huán)節(jié)不容易實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致良率保障低；與此相似的靜電、磁力轉(zhuǎn)移由于轉(zhuǎn)移頭的尺寸限制，傳遞速度大大降低，但選擇性相對(duì)好且產(chǎn)率高。而雷射輔助技術(shù)由于其轉(zhuǎn)移速度快、可靠性高且選擇性好，可應(yīng)用于任何尺寸面板的轉(zhuǎn)移，在未來的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中占有極高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

 

總體而言，Micro LED顯示技術(shù)仍屬于起步階段，巨量轉(zhuǎn)移等制約瓶頸使得其尚未能夠大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。其未來的應(yīng)用有兩個(gè)方向，一個(gè)是小尺寸、超高解析度的方向；另一個(gè)是大尺寸巨型電視的方向。對(duì)于晶片轉(zhuǎn)移而言，小尺寸應(yīng)用為了保證超高解析度的顯示則更注重轉(zhuǎn)移精度，對(duì)組裝速率的要求相比大尺寸應(yīng)用要低一些；而尺寸較大的應(yīng)用則相反，顯示面積增大意味著需要更多數(shù)量的晶片參與轉(zhuǎn)移過程，相對(duì)而言更關(guān)注組裝速率和成本�？傮w而言，小尺寸顯示應(yīng)用如穿戴式手表等領(lǐng)域由于轉(zhuǎn)移數(shù)量少，難度相對(duì)較低，是當(dāng)前最容易實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用Micro LED顯示的領(lǐng)域；而中大尺寸應(yīng)用如電視等領(lǐng)域的決定因素在于成本，即低成本前提下滿足大批量、高速率轉(zhuǎn)移，這一技術(shù)當(dāng)前還需突破，目前商業(yè)化的可能性還比較低。

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