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詳解Micro LED巨量轉移技術

來源:知識酷Pro        編輯:lsy631994092    2021-06-25 09:26:58     加入收藏

MicroLED最早由堪薩斯州立大學洪興教授和德州理工大學JingyuLin教授在2000年首先發明的。發展如下:2.對比3.MicroLED+量子點顯示巨量轉移...

  一、概述

  1.歷史沿革

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

  發展如下:

 

  2.對比

  3.Micro LED +量子點顯示

  巨量轉移的難點在于,如何提升轉移良率到99.9999%(俗稱的「六個九」),且每顆芯片的精準度必須控制在正負0.5 μm以內。

  傳統的LED在封裝環節,主要采用真空吸取的方式進行轉移。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時代不再適用。

  二、技術流派

  業界誕生出至少三種精準抓取(Fine Pick/Place)的技術:「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,在轉移過程中,分別施于正負電壓,當從襯底上抓取LED時,對一硅電極通正電,LED就會吸附在轉移頭上,當需要把LED放到既定位置時,對另外一個硅電極通負電,即可完成轉移。

  但是在靜電轉移過程中,靜電轉移頭陣列平面需跟MicroLED陣列平面對準,再進行拾取及轉移,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,研發具有穩健性(robust)的發明,使得靜電轉移具備強健的免疫力以抵御制程的變異,是靜電轉移技術最大之困難與挑戰。

  陣營代表:蘋果并購的 LuxVue/ Mikro Mesa

  2.凡德瓦力

  轉移方式:使用彈性印模,結合高精度運動控制打印頭,利用凡德瓦力,通過改變打印頭的速度,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進行轉移,目前實現方式最多的是圖案化激光剝離(p-LLO),即使用準分子激光,照射在生長界面上的氮化鎵薄片上稀疏分離的模具大小區域,再通過紫外線曝光產生鎵元素和氮氣,做到平行轉移至襯底,實現精準的光學陣列。

  5.自組裝派

  利用刷桶在襯底上滾動,使得LED置于液體懸浮液中,通過流體力,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,歸納了主要技術特征并列于表1中,以便于快速掌握各種巨量轉移技術與比較其中差異性。

  三、當前進展

  Sony早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技術,采用622萬顆微型LED顆粒導入55英寸(1920×1080×3)電視,但造價相當昂貴,加上巨量轉移相關技術尚未成熟,以致生產良率低且耗時費工,無法實現量產。

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

  美國新創公司Uniqarta在會中提及,相較于傳統的pick and place轉移技術,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每小時只能轉移1萬到2.5萬顆,制作一臺顯示器約需2到15周。但Uniqarta所研發的雷射轉移技術,可以透過單激光束,或者是多重激光束的方式做移轉。Uniqarta執行長Ronn Kliger在演講過程透過影片呈現轉移速度,一顆大小為130x160微米的LED。每小時可轉移約1400萬顆。

  另一家做雷射轉移的代表廠商是QMAT,QMAT轉移技術是利用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間及加工成本。

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

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

  滾軸轉寫制程技術為南韓機械研究院(KIMM)獨創的專利技術。利用滾軸對滾軸方式,將TFT元件與LED元件「轉寫」至基板上,最后形成可伸縮主動矩陣Micro LED(AMLED)面板,透過滾軸轉寫技術的巨量轉移效率相較傳統打件制程的速度平均快上1萬倍左右

  eLux在巨量轉移中主要是聚焦流體裝配與定位技術。eLux專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對電極進行機械和電器連接,可快速的將Micro LED捕獲及對準至焊點上,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,透過紫外線UV與光學檢測,判斷出有哪些小點是壞掉的Micro LED。然后透過機械手臂,透過流體組裝技術,把「相變化」材質涂在壞掉的Micro LED上,等液體材料變成固態時,透過靜電吸取的方式,把這些壞掉的Micro LED吸上來,并且把周圍可能有臟掉的區域也清除。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,將LED直接鍵結于基板上,技術代表廠商為臺工研院,第二種是用于大尺寸(或無尺寸限制)的顯示基板,使用pick-and-place的技術,將Micro LED陣列上的畫素分別轉移到背板上,代表廠商為Apple (LuxVue)、X-Celeprint等,其他廠商例如Sony、eLux等亦有相關轉移技術。

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