详解Micro LED巨量转移技术

一、概述

1.历史沿革

Micro LED最早由堪萨斯州立大学 洪兴教授和德州理工大学Jingyu Lin教授在2000年首先发明的。

发展如下：

2.对比

3.Micro led +量子点显示

巨量转移的难点在于，如何提升转移良率到99.9999%(俗称的「六个九」)，且每颗芯片的精准度必须控制在正负0.5 μm以内。

传统的LED在封装环节，主要采用真空吸取的方式进行转移。但由于真空管在物理极限下只能做到大约80μm，而MicroLED的尺寸基本小于50μm，所以真空吸附的方式在MicroLED时代不再适用。

二、技术流派

业界诞生出至少三种精准抓取（Fine Pick/Place）的技术：「静电力」、「凡德瓦力」和「磁力」、选择性释放（Selective Release）、自组装(Self-Assembly)及转印（Roll Printing）。

1.静电力

静电力采用具有双级结构的转移头，在转移过程中，分别施于正负电压，当从衬底上抓取LED时，对一硅电极通正电，LED就会吸附在转移头上，当需要把LED放到既定位置时，对另外一个硅电极通负电，即可完成转移。

但是在静电转移过程中，静电转移头阵列平面需跟MicroLED阵列平面对准，再进行拾取及转移，因此，在制造上，每一MicroLED的位置以及高度必须精确控制，任一MicroLED位置的偏移、高度的差异或是污染，都有可能导致整个MicroLED阵列转移的失败，造成良率的降低以及成本的增加。因此，研发具有稳健性（robust）的发明，使得静电转移具备强健的免疫力以抵御制程的变异，是静电转移技术最大之困难与挑战。

阵营代表：苹果并购的 LuxVue/ Mikro Mesa

2.凡德瓦力

转移方式：使用弹性印模，结合高精度运动控制打印头，利用凡德瓦力，通过改变打印头的速度，让LED粘附在转移头上，或打印到目标衬底片的预定位置上。

3. 磁力

在切割之前，在Micro LED上混入诸如铁钴镍等磁性材料，利用电磁吸附和释放。

4.选择性释放派

选择性释放，直接从原有的衬底上将LED进行转移，目前实现方式最多的是图案化激光剥离（p-LLO），即使用准分子激光，照射在生长界面上的氮化镓薄片上稀疏分离的模具大小区域，再通过紫外线曝光产生镓元素和氮气，做到平行转移至衬底，实现精准的光学阵列。

5.自组装派

利用刷桶在衬底上滚动，使得LED置于液体悬浮液中，通过流体力，让LED落入衬底上的对应井中。

6.转印派

下图分析整理三大主流的巨量转移技术，归纳了主要技术特征并列于表1中，以便于快速掌握各种巨量转移技术与比较其中差异性。

静电转移技术

静电转移是指静电转移头利用静电力将MicroLED自载体基板（或称为中间基板）拾取并且释放至目的基板，复数个静电转移头形成静电转移头阵列，可以同时完成大量的MicroLED阵列转移，以满足高解析度显示器的需求。

微转印技术

微转印技术是利用弹性体印模将大阵列之MicroLED拾取且印刷于目的基板上。微转印程序包含拾取MicroLED及释放MicroLED，其拾取及释放之原理系藉由改变该印模之移动速度而调整该印模与MicroLED之间的黏着性。该印模可在单一个拾取及印刷操作中转贴成百上千个MicroLED。微转印技术包括：拾取／转印之前的准备工作、拾取／转印的技术以及目的基板组装技术。

流体组装技术

随着发光二极体的元件尺寸微米化，以拾取与放置的方式进行组装 会遭遇组装机械工具精确度与移动速度的问题，也无法轻易达成以每分 钟放置百万个微元件速度的要求，为突破以上困境，流体组装技术应运 而生。流体组装的目标是以低成本、高产量方法将Micro LED精确定位于显示基板上。

虽然流体组装虽然有极大的发展潜力，但仍有许多问题待解决，例如： 在Micro LED与孔洞之间具有公差下，如何确保电连接，诸多制程中的控制参数与变因仍待厘清与整理；此外，在进行流体组装时，虽然不似 一般巨量转移之拾取与放置制程需要较多的转移时间与精密的机械介入， 然而在进行流体组装之前置阶段，须进行多道制程将Micro LED形成具有柱状体之碟型晶粒，且後续要进行替换与修补制程时，依然需要高精密设备的介入，方能有稳定的产出与良率。

二、当前进展

Sony早在CES 2012展中便已推出Crystal LED Display技术，采用622万颗微型LED颗粒导入55英寸（1920×1080×3）电视，但造价相当昂贵，加上巨量转移相关技术尚未成熟，以致生产良率低且耗时费工，无法实现量产。

2016年Sony改变策略重新推出拼接型显示屏幕，并将该项技术命名为CLEDIS，确立借由Micro LED专攻大尺寸显示器市场的策略。

美国新创公司Uniqarta在会中提及，相较于传统的pick and place转移技术，Uniqarta的巨量转移方案速度与效率将大幅度提升。现行的pick and place每小时只能转移1万到2.5万颗，制作一台显示器约需2到15周。但Uniqarta所研发的雷射转移技术，可以透过单激光束，或者是多重激光束的方式做移转。Uniqarta执行长Ronn Kliger在演讲过程透过影片呈现转移速度，一颗大小为130x160微米的LED。每小时可转移约1400万颗。

另一家做雷射转移的代表厂商是QMAT，QMAT转移技术是利用BAR（Beam-Addressed Release），使用激光束将Micro LED从原始基板快速且大规模转移Micro LED到目标基板。特别的是，为了确保巨量转移制程的零ppm缺陷及高产量目标，QMAT也提出了PL/EL的检测方案，在转移之前先行检测及确认，确保转移的Micro LED是良品，这样的方式将可以减少后续维修的时间及加工成本。

除了雷射转移方案外，美国另一家新创公司SelfArray也展示了以定向自组装的方式，透过反磁漂浮的办法处理转移。方法是先将LED外观包覆一层热解石墨薄膜，放在振动磁性平台，在磁场引导下LED将快速排列到定位。

SelfArray执行长Clinton Ballinger在会中也透过影片，以350x350微米大小的覆晶技术LED示范该项技术，并表示公司正在设计体积小于150微米的LED，未来将会进行测试。如果该技术成熟后，未来只需要几分钟便可制作出一台4K电视。

滚轴转写制程技术为南韩机械研究院（KIMM）独创的专利技术。利用滚轴对滚轴方式，将TFT元件与LED元件「转写」至基板上，最后形成可伸缩主动矩阵Micro LED（AMLED）面板，透过滚轴转写技术的巨量转移效率相较传统打件制程的速度平均快上1万倍左右

eLux在巨量转移中主要是聚焦流体装配与定位技术。eLux专利提出流体装配之方法是利用熔融焊料毛细管的界面，以便在组装期间藉由流体悬浮液体当介质对电极进行机械和电器连接，可快速的将Micro LED捕获及对准至焊点上，是一种低成本且高速度的组装方法。

eLux具备可在巨量转移大量微小Micro LED到承载用的基板、背版时，透过紫外线UV与光学检测，判断出有哪些小点是坏掉的Micro LED。然后透过机械手臂，透过流体组装技术，把「相变化」材质涂在坏掉的Micro LED上，等液体材料变成固态时，透过静电吸取的方式，把这些坏掉的Micro LED吸上来，并且把周围可能有脏掉的区域也清除。最后，再使用机器手臂把好的Micro LED放回版子上。

依据显示基板尺寸不同，大致可分二种转移形式，第 一种是小尺寸显示基板，使用半导体制程整合技术，将LED直接键结于基板上，技术代表厂商为台工研院，第二种是用于大尺寸（或无尺寸限制）的显示基板，使用pick-and-place的技术，将Micro LED阵列上的画素分别转移到背板上，代表厂商为Apple (LuxVue)、X-Celeprint等，其他厂商例如Sony、eLux等亦有相关转移技术。

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