1、microLED簡(jiǎn)介

　　microLED，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是在一顆芯片上集成高密度微小尺寸(<100μm)的LED陣列。

　　相比于已經(jīng)大規(guī)模量產(chǎn)的LCD和OLED技術(shù)，microLED幾乎在各個(gè)技術(shù)維度上都有著碾壓般的性能優(yōu)勢(shì)：長(zhǎng)壽命，高對(duì)比度，高分辨率，響應(yīng)速度快，更廣的視角，豐富的色彩，超高的亮度和更低的功耗。microLED促使顯示屏向輕薄化、低功耗、高亮度方向發(fā)展。

　　2、microLED使用場(chǎng)景（市場(chǎng)潛力巨大）：

　　3、microLED主要產(chǎn)業(yè)鏈：（這部分內(nèi)容將在下個(gè)專(zhuān)題中重點(diǎn)闡述）

　　4、microLED核心工藝——巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

　　與OLED顯示技術(shù)不同，無(wú)機(jī)LED無(wú)法在玻璃或其他大尺寸襯底進(jìn)行大面積的制作，因此需要在半導(dǎo)體襯底上進(jìn)行制作，然后再轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)背板上。當(dāng)前LED所采用的襯底一般為藍(lán)寶石，但藍(lán)寶石與外延層之間的晶格和熱膨脹系數(shù)不匹配，當(dāng)尺寸增大時(shí)會(huì)因?yàn)閼?yīng)力而造成彎曲。而且藍(lán)寶石襯底與目前大規(guī)模集成電路芯片不兼容，因此也有采用硅作為外延襯底的方案，但無(wú)論哪種襯底形式，LED在制作成應(yīng)用成品時(shí)都或多或少需要進(jìn)行轉(zhuǎn)移動(dòng)作。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方式一次只能轉(zhuǎn)移數(shù)顆器件，而對(duì)于一塊常見(jiàn)的顯示屏而言，往往需要完成數(shù)百萬(wàn)甚至更多微器件的轉(zhuǎn)移，因此這種轉(zhuǎn)移方式對(duì)實(shí)際量產(chǎn)而言是不現(xiàn)實(shí)的技術(shù)路線。要完成microLED現(xiàn)實(shí)屏的制作，必須采用巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，即一次能夠轉(zhuǎn)移大量的器件到驅(qū)動(dòng)基板上，在保持巨量轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，還必須同時(shí)保證轉(zhuǎn)移的精度，良率及工藝的可靠性等。

　　目前microLED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)有好幾種并行技術(shù)流派，根據(jù)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的作用力或具體的轉(zhuǎn)移方式，大致可以分為：范德華力轉(zhuǎn)移技術(shù)、磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)移技術(shù)、靜電力轉(zhuǎn)移技術(shù)、自對(duì)準(zhǔn)滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)、自組裝轉(zhuǎn)移技術(shù)及激光轉(zhuǎn)移技術(shù)。

　　1)、范德華力拾取轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　范德華力拾取轉(zhuǎn)移技術(shù)，又稱(chēng)微轉(zhuǎn)移印刷(μTP)技術(shù)，其技術(shù)的關(guān)鍵是采用高聚物印章的力學(xué)特性來(lái)完成巨量轉(zhuǎn)移中界面的粘性力調(diào)控挑戰(zhàn)，如圖所示，其流程可分為拾取和放置兩個(gè)過(guò)程：拾取過(guò)程主要依靠彈性圖章與待轉(zhuǎn)移器件之間的范德華力從施主基體上剝離;放置過(guò)程是利用印章將microLED功能器件(或無(wú)機(jī)薄膜)印制到受主基體上。在這兩個(gè)過(guò)程中，解決界面粘附主要涉及印章/microLED和microLED/基體兩個(gè)界面之間的斷裂形成“競(jìng)爭(zhēng)斷裂”機(jī)制。在拾取過(guò)程中，印章/microLED界面的黏附作用應(yīng)該大于元件/贈(zèng)體基底界面的黏附作用，從而實(shí)現(xiàn)將元件薄膜從贈(zèng)底基底上剝離，放置過(guò)程中，microLED元件/印章界面的黏附應(yīng)該小于microLED/柔性受體界面的黏附，實(shí)現(xiàn)將microLED器件轉(zhuǎn)移到柔性受體。然而，從源基板上依靠范德華力直接拾取microLED很難突破生長(zhǎng)層的束縛的，通常需要對(duì)源基板做處理，用氫氧化鉀(KOH)或氫氧化四甲銨的濕法化學(xué)蝕刻去除Si與Si的平面，將每個(gè)器件連接到這些區(qū)域中的硅從而在不腐蝕硅晶片深度的情況下對(duì)器件進(jìn)行了底切，硅的浮雕結(jié)構(gòu)保留在器件之間的正交方向上，此時(shí)microLED結(jié)構(gòu)中的GaN形成了小支撐結(jié)構(gòu)(即錨)，整個(gè)μLED通過(guò)兩個(gè)錨結(jié)構(gòu)懸浮連接在基板上，此時(shí)可以使用圖章轉(zhuǎn)印方式以非破壞性，高速和并行操作將其移離源基板。

　　2)、磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)移技術(shù)是在微轉(zhuǎn)移印刷(μTP)工藝的基礎(chǔ)上，基于生物材料工程技術(shù)制造印章使用微結(jié)構(gòu)控制材料表面的特征，使用磁流變彈性體，根據(jù)磁場(chǎng)控制機(jī)械性能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移工作。具體轉(zhuǎn)移流程如圖所示，為了將microLED與生長(zhǎng)基板分離，microLED與彈性印章之間的接觸界面處的粘合力(SDF)必須大于在基板與microLED之間的接觸界面處的粘合力(MDF);要將從源基板上拾取的microLED轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板，粘合力(SDF)必須大于在microLED和印章之間的接觸界面處產(chǎn)生的粘合力(TDF)，這一流程與前述微轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)一致，但不同點(diǎn)在于這項(xiàng)研究提出了一種磁流變彈性體(MRE)，是用光刻工藝制備表面仿生微結(jié)構(gòu)并添加羰基鐵(CI)粉末的一種彈性印章，彈性印章引入柱形微結(jié)構(gòu)以調(diào)節(jié)界面粘性力，而脫附力則隨著外加磁場(chǎng)和CI顆粒含量的不同而變化，施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，CI粒子之間的間隙越小，由于當(dāng)CI顆粒分散在硅基質(zhì)中時(shí)兩種材料之間的界面結(jié)合強(qiáng)度降低，因此機(jī)械性能降低。此外CI粒徑越小，MR效應(yīng)越小，這是因?yàn)轭w粒之間的拉力弱。當(dāng)CI顆粒的含量降低時(shí)，相互吸引的顆粒數(shù)量減少，這導(dǎo)致MR效應(yīng)降低和硬度降低。通過(guò)調(diào)節(jié)CI粒子的比列和外加磁場(chǎng)的大小，粘附力變化如圖所示。

　　3)、靜電力轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　靜電力轉(zhuǎn)移技術(shù)是通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)移頭通電產(chǎn)生的靜電引力或斥力作為拾取和放置微器件的方法。轉(zhuǎn)移裝置如圖所示，單個(gè)轉(zhuǎn)移頭由帶有可獨(dú)立通電的單電極或雙電極凸臺(tái)構(gòu)成，并在基板上形成與μLED節(jié)距成整數(shù)倍相匹配的陣列，μLED陣列從源基板上通過(guò)剝離方式釋放并固定在帶有粘合層的基板上，其實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移的過(guò)程如圖所示，首先將轉(zhuǎn)移頭陣列移動(dòng)至μLED陣列上方，對(duì)準(zhǔn)后與μLED上表面接觸;然后選擇性地施加電壓在轉(zhuǎn)移頭地電極上，對(duì)相應(yīng)位置的μLED產(chǎn)生抓取力，同時(shí)轉(zhuǎn)移頭在電壓作用下自身加熱至高于粘合層液相線的溫度，μLED與基板間的粘附力被減弱，轉(zhuǎn)移頭拾取μLED及粘附層的一部分移動(dòng)至接收基板的目標(biāo)位置上方，對(duì)準(zhǔn)后斷開(kāi)電壓，粘結(jié)層與接收基板冷卻固結(jié)后移走轉(zhuǎn)移頭實(shí)現(xiàn)放置。

　　4)、自對(duì)準(zhǔn)滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)：

　　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)，該技術(shù)使用彎曲的PDMS壓模實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移，并通過(guò)計(jì)算機(jī)界面控制的卷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)帶有PDMS印章的滾輪與待轉(zhuǎn)移器件接觸，并提供實(shí)時(shí)反饋，microLED可以通過(guò)兩個(gè)安裝的顯微鏡與接收器基板精確對(duì)準(zhǔn)，然后轉(zhuǎn)移到接收器基板。具體轉(zhuǎn)移過(guò)程如圖所示，帶有PDMS壓模的輥在供體基板上的microLED上移動(dòng)。通過(guò)優(yōu)化施主基板和輥之間的夾緊力，可以將微型LED準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到PDMS壓模上。之后，滾軸系統(tǒng)將微型LED轉(zhuǎn)移到接收器基板上TFT的相應(yīng)位置，通過(guò)使用安裝在卷對(duì)卷轉(zhuǎn)移機(jī)上的兩個(gè)顯微鏡，可以將TFT和微型LED精確對(duì)準(zhǔn)。因此，微型LED中放入接收器襯底上。在滾輪轉(zhuǎn)印過(guò)程中，壓模與切屑之間的界面粘附力不僅取決于壓模的速度，還取決于壓模的半徑。為了進(jìn)一步擴(kuò)大滾輪轉(zhuǎn)印附著力控制，引入了成角度的立柱以通過(guò)縮回方向控制轉(zhuǎn)移，但是必須嚴(yán)格控制模具與水平輸送板之間的壓力以防止損壞μLED。此外，由于這種技術(shù)的大規(guī)模轉(zhuǎn)移，通常有必要設(shè)計(jì)一種具有微柱結(jié)構(gòu)的陣列壓模，以適應(yīng)不同的接收基板。由于范德華力，相鄰的微柱會(huì)彼此自接觸，這有一定的局限性。

　　5)、自組裝轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　精準(zhǔn)拾取技術(shù)雖然選擇性相對(duì)好且產(chǎn)率高，但由于轉(zhuǎn)移頭的尺寸限制，傳遞速度大大降低。相比而言，自組裝技術(shù)可以提供很高的轉(zhuǎn)移速率，該技術(shù)是以elux公司提出的流體自組裝為代表，其轉(zhuǎn)移原理是將大量微LED元件放置于轉(zhuǎn)移系統(tǒng)中，以流體力或磁力轉(zhuǎn)移作用力使得芯片以一定的速度快速移動(dòng)，以動(dòng)態(tài)注入速率穿過(guò)接收器基板，然后懸浮液將微LED捕獲在孔中，自行完成與基板相應(yīng)組裝位置的對(duì)位組裝方式，然后在退火后將其電連接到相應(yīng)孔的電接口。

　　6)、激光轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　激光無(wú)接觸轉(zhuǎn)移技術(shù)是以激光為驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸選擇性加工，并以圖案化方式實(shí)現(xiàn)microLED陣列化和批量化的轉(zhuǎn)移。Uniqarta的激光使能高級(jí)放置(LEAP)是一種非接觸式方法，通過(guò)這種方法，激光可以將芯片從載體轉(zhuǎn)移到基板上，并具有高精度和高產(chǎn)量。多個(gè)模具通過(guò)單個(gè)掃描激光同時(shí)傳送，從而最大限度地減少了對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的需求。這使每小時(shí)的貼裝速度超過(guò)1億個(gè)單位，比任何其他裸片貼裝技術(shù)都要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。QMAT開(kāi)發(fā)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)是束尋址釋放(BAR)，利用激光束將大量microLED從源基板快速轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板。原理圖如圖所示,激光透過(guò)透明基板作用在激光釋放層，通過(guò)光熱作用使的芯片與原基板分離達(dá)到轉(zhuǎn)移的目的，在進(jìn)行轉(zhuǎn)移前，由用戶(hù)電腦將前一步所檢測(cè)得到的芯片好壞文件進(jìn)行處理并記憶，在進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)遇到壞點(diǎn)激光則繞過(guò)，可以避免將壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移到基板上，提高了良率。Optovate公司的選擇性激光剝離(p-LLO)工藝使用準(zhǔn)分子激光器在藍(lán)寶石晶片的生長(zhǎng)界面處照亮稀疏分離的裸片大小的氮化鎵區(qū)域。紫外線照射會(huì)產(chǎn)生鎵金屬和氮?dú)?，這些氣體可控制地將微型LED燒蝕到接收器工具或基板上。這種選擇性陣列轉(zhuǎn)移工藝使microLED制造商能夠應(yīng)對(duì)GaN晶圓上的變化，包括生長(zhǎng)缺陷，顏色和正向電壓。此外，p-LLO的選擇性光學(xué)尋址功能使晶圓上的預(yù)轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)能夠編碼為microLED提取圖案，并用于播種和回填microLED背板，從而優(yōu)化了總產(chǎn)量。