詳解Micro LED巨量轉移技術(shù)

　　一、概述

　　1.歷史沿革

　　Micro LED最早由堪薩斯州立大學(xué) 洪興教授和德州理工大學(xué)Jingyu Lin教授在2000年首先發(fā)明的。

　　發(fā)展如下：

　　2.對比

　　3.Micro LED +量子點(diǎn)顯示

　　巨量轉移的難點(diǎn)在于，如何提升轉移良率到99.9999%(俗稱(chēng)的「六個(gè)九」)，且每顆芯片的精準度必須控制在正負0.5 μm以?xún)取?/p>

　　傳統的LED在封裝環(huán)節，主要采用真空吸取的方式進(jìn)行轉移。但由于真空管在物理極限下只能做到大約80μm，而MicroLED的尺寸基本小于50μm，所以真空吸附的方式在MicroLED時(shí)代不再適用。

　　二、技術(shù)流派

　　業(yè)界誕生出至少三種精準抓取(Fine Pick/Place)的技術(shù)：「靜電力」、「凡德瓦力」和「磁力」、選擇性釋放(Selective Release)、自組裝(Self-Assembly)及轉印(Roll Printing)。

　　1.靜電力

　　靜電力采用具有雙級結構的轉移頭，在轉移過(guò)程中，分別施于正負電壓，當從襯底上抓取LED時(shí)，對一硅電極通正電，LED就會(huì )吸附在轉移頭上，當需要把LED放到既定位置時(shí)，對另外一個(gè)硅電極通負電，即可完成轉移。

　　但是在靜電轉移過(guò)程中，靜電轉移頭陣列平面需跟MicroLED陣列平面對準，再進(jìn)行拾取及轉移，因此，在制造上，每一MicroLED的位置以及高度必須精確控制，任一MicroLED位置的偏移、高度的差異或是污染，都有可能導致整個(gè)MicroLED陣列轉移的失敗，造成良率的降低以及成本的增加。因此，研發(fā)具有穩健性(robust)的發(fā)明，使得靜電轉移具備強健的免疫力以抵御制程的變異，是靜電轉移技術(shù)最大之困難與挑戰。

　　陣營(yíng)代表：蘋(píng)果并購的 LuxVue/ Mikro Mesa

　　2.凡德瓦力

　　轉移方式：使用彈性印模，結合高精度運動(dòng)控制打印頭，利用凡德瓦力，通過(guò)改變打印頭的速度，讓LED粘附在轉移頭上，或打印到目標襯底片的預定位置上。

　　3. 磁力

　　在切割之前，在Micro LED上混入諸如鐵鈷鎳等磁性材料，利用電磁吸附和釋放。

　　4.選擇性釋放派

　　選擇性釋放，直接從原有的襯底上將LED進(jìn)行轉移，目前實(shí)現方式最多的是圖案化激光剝離(p-LLO)，即使用準分子激光，照射在生長(cháng)界面上的氮化鎵薄片上稀疏分離的模具大小區域，再通過(guò)紫外線(xiàn)曝光產(chǎn)生鎵元素和氮氣，做到平行轉移至襯底，實(shí)現精準的光學(xué)陣列。

　　5.自組裝派

　　利用刷桶在襯底上滾動(dòng)，使得LED置于液體懸浮液中，通過(guò)流體力，讓LED落入襯底上的對應井中。

　　6.轉印派

　　下圖分析整理三大主流的巨量轉移技術(shù)，歸納了主要技術(shù)特征并列于表1中，以便于快速掌握各種巨量轉移技術(shù)與比較其中差異性。

　　三、當前進(jìn)展

　　Sony早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技術(shù)，采用622萬(wàn)顆微型LED顆粒導入55英寸(1920×1080×3)電視，但造價(jià)相當昂貴，加上巨量轉移相關(guān)技術(shù)尚未成熟，以致生產(chǎn)良率低且耗時(shí)費工，無(wú)法實(shí)現量產(chǎn)。

　　2016年Sony改變策略重新推出拼接型顯示屏幕，并將該項技術(shù)命名為CLEDIS，確立借由Micro LED專(zhuān)攻大尺寸顯示器市場(chǎng)的策略。

　　美國新創(chuàng )公司Uniqarta在會(huì )中提及，相較于傳統的pick and place轉移技術(shù)，Uniqarta的巨量轉移方案速度與效率將大幅度提升?，F行的pick and place每小時(shí)只能轉移1萬(wàn)到2.5萬(wàn)顆，制作一臺顯示器約需2到15周。但Uniqarta所研發(fā)的雷射轉移技術(shù)，可以透過(guò)單激光束，或者是多重激光束的方式做移轉。Uniqarta執行長(cháng)Ronn Kliger在演講過(guò)程透過(guò)影片呈現轉移速度，一顆大小為130x160微米的LED。每小時(shí)可轉移約1400萬(wàn)顆。

　　另一家做雷射轉移的代表廠(chǎng)商是QMAT，QMAT轉移技術(shù)是利用BAR(Beam-Addressed Release)，使用激光束將Micro LED從原始基板快速且大規模轉移Micro LED到目標基板。特別的是，為了確保巨量轉移制程的零ppm缺陷及高產(chǎn)量目標，QMAT也提出了PL/EL的檢測方案，在轉移之前先行檢測及確認，確保轉移的Micro LED是良品，這樣的方式將可以減少后續維修的時(shí)間及加工成本。

　　除了雷射轉移方案外，美國另一家新創(chuàng )公司SelfArray也展示了以定向自組裝的方式，透過(guò)反磁漂浮的辦法處理轉移。方法是先將LED外觀(guān)包覆一層熱解石墨薄膜，放在振動(dòng)磁性平臺，在磁場(chǎng)引導下LED將快速排列到定位。

　　SelfArray執行長(cháng)Clinton Ballinger在會(huì )中也透過(guò)影片，以350x350微米大小的覆晶技術(shù)LED示范該項技術(shù)，并表示公司正在設計體積小于150微米的LED，未來(lái)將會(huì )進(jìn)行測試。如果該技術(shù)成熟后，未來(lái)只需要幾分鐘便可制作出一臺4K電視。

　　滾軸轉寫(xiě)制程技術(shù)為南韓機械研究院(KIMM)獨創(chuàng )的專(zhuān)利技術(shù)。利用滾軸對滾軸方式，將TFT元件與LED元件「轉寫(xiě)」至基板上，最后形成可伸縮主動(dòng)矩陣Micro LED(AMLED)面板，透過(guò)滾軸轉寫(xiě)技術(shù)的巨量轉移效率相較傳統打件制程的速度平均快上1萬(wàn)倍左右

　　eLux在巨量轉移中主要是聚焦流體裝配與定位技術(shù)。eLux專(zhuān)利提出流體裝配之方法是利用熔融焊料毛細管的界面，以便在組裝期間藉由流體懸浮液體當介質(zhì)對電極進(jìn)行機械和電器連接，可快速的將Micro LED捕獲及對準至焊點(diǎn)上，是一種低成本且高速度的組裝方法。

　　eLux具備可在巨量轉移大量微小Micro LED到承載用的基板、背版時(shí)，透過(guò)紫外線(xiàn)UV與光學(xué)檢測，判斷出有哪些小點(diǎn)是壞掉的Micro LED。然后透過(guò)機械手臂，透過(guò)流體組裝技術(shù)，把「相變化」材質(zhì)涂在壞掉的Micro LED上，等液體材料變成固態(tài)時(shí)，透過(guò)靜電吸取的方式，把這些壞掉的Micro LED吸上來(lái)，并且把周?chē)赡苡信K掉的區域也清除。最后，再使用機器手臂把好的Micro LED放回版子上。

　　依據顯示基板尺寸不同，大致可分二種轉移形式，第一種是小尺寸顯示基板，使用半導體制程整合技術(shù)，將LED直接鍵結于基板上，技術(shù)代表廠(chǎng)商為臺工研院，第二種是用于大尺寸(或無(wú)尺寸限制)的顯示基板，使用pick-and-place的技術(shù)，將Micro LED陣列上的畫(huà)素分別轉移到背板上，代表廠(chǎng)商為Apple (LuxVue)、X-Celeprint等，其他廠(chǎng)商例如Sony、eLux等亦有相關(guān)轉移技術(shù)。