詳解Micro LED巨量轉移技術

　　一、概述

　　1.歷史沿革

　　Micro LED最(zui)早由(you)堪薩斯(si)州立大學(xue) 洪興教(jiao)授和德州理(li)工大學(xue)Jingyu Lin教(jiao)授在(zai)2000年首(shou)先發明的(de)。

　　發展(zhan)如下：

　　2.對比

　　3.Micro LED +量子點顯示

　　巨(ju)量轉(zhuan)移的(de)難點(dian)在于，如(ru)何提升(sheng)轉(zhuan)移良率(lv)到(dao)99.9999%(俗稱的(de)「六個(ge)九」)，且每顆芯片的(de)精準(zhun)度(du)必須控制在正負(fu)0.5 μm以內。

　　傳統的(de)(de)(de)LED在封裝環節，主要采用真(zhen)空(kong)吸(xi)取的(de)(de)(de)方(fang)式進行(xing)轉(zhuan)移。但由于真(zhen)空(kong)管在物(wu)理極限下(xia)只能(neng)做到(dao)大(da)約(yue)80μm，而MicroLED的(de)(de)(de)尺寸基(ji)本小于50μm，所(suo)以真(zhen)空(kong)吸(xi)附的(de)(de)(de)方(fang)式在MicroLED時代不再適用。

　　二、技術流派

　　業界(jie)誕生出至少三種精準(zhun)抓(zhua)取(Fine Pick/Place)的技(ji)術(shu)：「靜(jing)電(dian)力(li)」、「凡德瓦力(li)」和「磁力(li)」、選擇性(xing)釋(shi)放(Selective Release)、自組(zu)裝(Self-Assembly)及(ji)轉(zhuan)印(Roll Printing)。

　　1.靜電力

　　靜電力采用具有雙級(ji)結構的轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)頭，在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)過程中，分(fen)別施于正(zheng)負電壓(ya)，當(dang)從襯底上抓取LED時，對一硅電極(ji)通正(zheng)電，LED就會吸附在(zai)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)頭上，當(dang)需要把LED放到既(ji)定位置時，對另(ling)外一個硅電極(ji)通負電，即可完成轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)移(yi)(yi)。

　　但是(shi)在靜(jing)(jing)電(dian)轉移(yi)(yi)(yi)過程中，靜(jing)(jing)電(dian)轉移(yi)(yi)(yi)頭陣(zhen)列平面(mian)需跟MicroLED陣(zhen)列平面(mian)對準，再進行拾取及(ji)轉移(yi)(yi)(yi)，因此(ci)，在制(zhi)造上，每一(yi)MicroLED的(de)位置以及(ji)高度必須(xu)精確控制(zhi)，任一(yi)MicroLED位置的(de)偏(pian)移(yi)(yi)(yi)、高度的(de)差(cha)異或(huo)是(shi)污染，都有(you)可能導致整個MicroLED陣(zhen)列轉移(yi)(yi)(yi)的(de)失敗，造成良率的(de)降低以及(ji)成本的(de)增加(jia)。因此(ci)，研發具有(you)穩(wen)健(jian)性(robust)的(de)發明，使得靜(jing)(jing)電(dian)轉移(yi)(yi)(yi)具備強健(jian)的(de)免疫力(li)以抵御(yu)制(zhi)程的(de)變異，是(shi)靜(jing)(jing)電(dian)轉移(yi)(yi)(yi)技術最大(da)之(zhi)困難與(yu)挑戰。

　　陣營代(dai)表：蘋(pin)果并購的 LuxVue/ Mikro Mesa

　　2.凡德瓦力

　　轉移方(fang)式：使用(yong)彈(dan)性印(yin)模，結合高精度(du)運(yun)動控制打(da)印(yin)頭，利用(yong)凡德瓦(wa)力(li)，通(tong)過改變打(da)印(yin)頭的速度(du)，讓LED粘(zhan)附在轉移頭上(shang)，或打(da)印(yin)到目標襯底片的預定位置(zhi)上(shang)。

　　3. 磁力

　　在切割之前(qian)，在Micro LED上(shang)混入(ru)諸(zhu)如鐵鈷(gu)鎳等磁(ci)性(xing)材(cai)料，利(li)用電(dian)磁(ci)吸附和釋放(fang)。

　　4.選擇性釋放派

　　選(xuan)擇性釋放，直接從原(yuan)有(you)的(de)襯(chen)底上(shang)將LED進行(xing)轉(zhuan)移，目(mu)前實(shi)現方式最(zui)多(duo)的(de)是圖案化激光(guang)剝離(p-LLO)，即使用準(zhun)(zhun)分(fen)子(zi)激光(guang)，照射(she)在生長界面(mian)上(shang)的(de)氮化鎵(jia)薄片上(shang)稀疏分(fen)離的(de)模具大(da)小區(qu)域(yu)，再通過紫外線(xian)曝光(guang)產生鎵(jia)元素和氮氣，做到平行(xing)轉(zhuan)移至襯(chen)底，實(shi)現精準(zhun)(zhun)的(de)光(guang)學(xue)陣列(lie)。

　　5.自組裝派

　　利用刷桶在襯(chen)底(di)上滾動，使得(de)LED置于液體懸浮(fu)液中(zhong)(zhong)，通過流(liu)體力(li)，讓(rang)LED落入(ru)襯(chen)底(di)上的對應井中(zhong)(zhong)。

　　6.轉印派

　　下圖分析整(zheng)理(li)三大主流的(de)巨量轉(zhuan)移技術(shu)，歸納了主要技術(shu)特征(zheng)并列于表(biao)1中(zhong)，以便(bian)于快速掌握(wo)各種巨量轉(zhuan)移技術(shu)與比較其中(zhong)差(cha)異性(xing)。

　　三、當前進展

　　早在CES 2012展(zhan)中便已推(tui)出Crystal LED Display技術，采用622萬顆微型(xing)LED顆粒導入(ru)55英寸(cun)(1920×1080×3)電(dian)視，但(dan)造(zao)價相(xiang)當昂(ang)貴(gui)，加上巨(ju)量(liang)(liang)轉移相(xiang)關技術尚未(wei)成熟，以致(zhi)生產良(liang)率低且(qie)耗時費工，無法實現量(liang)(liang)產。

　　2016年Sony改變(bian)策(ce)略重新推出拼接型幕，并將(jiang)該項技術(shu)命(ming)名(ming)為CLEDIS，確立借由Micro LED專攻(gong)大尺寸顯示器市(shi)場的策(ce)略。

　　美國新創公司Uniqarta在會中(zhong)提及，相較于傳統的(de)pick and place轉(zhuan)(zhuan)移技(ji)術，Uniqarta的(de)巨(ju)量(liang)轉(zhuan)(zhuan)移方(fang)案速(su)度(du)與效率將(jiang)大幅(fu)度(du)提升。現(xian)行(xing)的(de)pick and place每小(xiao)時(shi)只(zhi)能轉(zhuan)(zhuan)移1萬到(dao)(dao)2.5萬顆，制作一臺(tai)顯示(shi)器約需(xu)2到(dao)(dao)15周(zhou)。但Uniqarta所研發的(de)雷射轉(zhuan)(zhuan)移技(ji)術，可(ke)以透過(guo)單激光束(shu)(shu)，或者是多重激光束(shu)(shu)的(de)方(fang)式做(zuo)移轉(zhuan)(zhuan)。Uniqarta執行(xing)長Ronn Kliger在演講過(guo)程(cheng)透過(guo)影片呈現(xian)轉(zhuan)(zhuan)移速(su)度(du)，一顆大小(xiao)為130x160微米的(de)LED。每小(xiao)時(shi)可(ke)轉(zhuan)(zhuan)移約1400萬顆。

　　另一家做雷射轉(zhuan)(zhuan)移的(de)(de)代表廠(chang)商是(shi)QMAT，QMAT轉(zhuan)(zhuan)移技術是(shi)利用(yong)BAR(Beam-Addressed Release)，使用(yong)激光(guang)束將Micro LED從原始基(ji)板快(kuai)速且大規(gui)模轉(zhuan)(zhuan)移Micro LED到目(mu)標基(ji)板。特(te)別的(de)(de)是(shi)，為(wei)了(le)確保巨量轉(zhuan)(zhuan)移制程的(de)(de)零ppm缺陷及高產量目(mu)標，QMAT也提出了(le)PL/EL的(de)(de)檢(jian)測(ce)方(fang)(fang)案，在轉(zhuan)(zhuan)移之前先(xian)行檢(jian)測(ce)及確認，確保轉(zhuan)(zhuan)移的(de)(de)Micro LED是(shi)良品(pin)，這樣的(de)(de)方(fang)(fang)式(shi)將可以減少后續維(wei)修(xiu)的(de)(de)時(shi)間及加(jia)工成(cheng)本。

　　除(chu)了(le)雷射(she)轉(zhuan)移(yi)方(fang)案外，美國(guo)另一家新(xin)創公司SelfArray也展示了(le)以定向自組(zu)裝的(de)方(fang)式，透(tou)過(guo)反磁漂(piao)浮的(de)辦法處理(li)轉(zhuan)移(yi)。方(fang)法是先將LED外觀包覆一層熱解石墨薄膜，放(fang)在振動磁性平臺，在磁場(chang)引導(dao)下(xia)LED將快(kuai)速排列(lie)到定位。

　　SelfArray執行(xing)長Clinton Ballinger在會(hui)中也(ye)透過(guo)影片，以(yi)350x350微米大(da)小的(de)(de)覆晶技(ji)(ji)(ji)術(shu)LED示(shi)范該項技(ji)(ji)(ji)術(shu)，并表示(shi)公司正在設計體積小于(yu)150微米的(de)(de)LED，未來將會(hui)進行(xing)測試。如(ru)果該技(ji)(ji)(ji)術(shu)成熟后(hou)，未來只需要幾分鐘便可制作出一(yi)臺(tai)4K電視(shi)。

　　滾軸(zhou)(zhou)轉(zhuan)(zhuan)寫制(zhi)程技術為南韓機械(xie)研究院(KIMM)獨創的(de)專利技術。利用滾軸(zhou)(zhou)對滾軸(zhou)(zhou)方式(shi)，將TFT元(yuan)件與LED元(yuan)件「轉(zhuan)(zhuan)寫」至基板上(shang)，最后形(xing)成(cheng)可伸(shen)縮主動矩陣Micro LED(AMLED)面板，透過(guo)滾軸(zhou)(zhou)轉(zhuan)(zhuan)寫技術的(de)巨量轉(zhuan)(zhuan)移(yi)效(xiao)率相(xiang)較傳(chuan)統打(da)件制(zhi)程的(de)速度平均快上(shang)1萬倍(bei)左右

　　eLux在巨量(liang)轉移中主(zhu)要(yao)是聚焦(jiao)流體(ti)(ti)裝配與定位技術。eLux專利(li)提(ti)出流體(ti)(ti)裝配之(zhi)方(fang)法是利(li)用熔融焊料毛(mao)細(xi)管的(de)界面，以便在組(zu)裝期(qi)間(jian)藉由流體(ti)(ti)懸浮液體(ti)(ti)當介質(zhi)對電極進行機械和電器連接(jie)，可(ke)快速(su)的(de)將Micro LED捕(bu)獲及對準至(zhi)焊點上(shang)，是一種低成本且高速(su)度的(de)組(zu)裝方(fang)法。

　　eLux具備可(ke)在巨量(liang)轉移大(da)量(liang)微(wei)小(xiao)Micro LED到承載用(yong)(yong)的(de)(de)基板(ban)、背版(ban)(ban)時，透(tou)過紫外線UV與光學(xue)檢測(ce)，判斷出有哪些(xie)小(xiao)點(dian)是壞掉的(de)(de)Micro LED。然后透(tou)過機械手臂，透(tou)過流體組(zu)裝(zhuang)技術，把(ba)(ba)「相(xiang)變(bian)化(hua)」材質涂(tu)在壞掉的(de)(de)Micro LED上，等液體材料變(bian)成固態時，透(tou)過靜電吸取的(de)(de)方(fang)式，把(ba)(ba)這(zhe)些(xie)壞掉的(de)(de)Micro LED吸上來，并且把(ba)(ba)周圍(wei)可(ke)能有臟掉的(de)(de)區域也清除。最后，再使(shi)用(yong)(yong)機器手臂把(ba)(ba)好的(de)(de)Micro LED放回版(ban)(ban)子上。

　　依(yi)據顯示基板(ban)尺寸不同(tong)，大(da)致(zhi)可分二種轉(zhuan)移(yi)形式(shi)，第一(yi)種是小尺寸顯示基板(ban)，使(shi)用(yong)(yong)半導(dao)體(ti)制(zhi)程整(zheng)合(he)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，將(jiang)LED直接(jie)鍵結于基板(ban)上(shang)，技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)代表(biao)廠商(shang)為臺工(gong)研院，第二種是用(yong)(yong)于大(da)尺寸(或無尺寸限制(zhi))的(de)顯示基板(ban)，使(shi)用(yong)(yong)pick-and-place的(de)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)，將(jiang)Micro LED陣列上(shang)的(de)畫素分別轉(zhuan)移(yi)到背板(ban)上(shang)，代表(biao)廠商(shang)為Apple (LuxVue)、X-Celeprint等，其他廠商(shang)例如Sony、eLux等亦有相關轉(zhuan)移(yi)技(ji)術(shu)(shu)(shu)(shu)。