1、microLED簡介

　　microLED，簡單來說，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幾乎在各個技術(shù)維度上都有著碾壓般的性能優(yōu)勢：長壽命，高對比度，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使用場景（市場潛力巨大）：

　　3、microLED主要產(chǎn)業(yè)鏈：（這部分內(nèi)容將在下個專題中重點闡述）

　　4、microLED核心工藝——巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)

　　與OLED顯示技術(shù)不同，無機LED無法在玻璃或其他大尺寸襯底進行大面積的制作，因此需要在半導(dǎo)體襯底上進行制作，然后再轉(zhuǎn)移到驅(qū)動背板上。當(dāng)前LED所采用的襯底一般為藍寶石，但藍寶石與外延層之間的晶格和熱膨脹系數(shù)不匹配，當(dāng)尺寸增大時會因為應(yīng)力而造成彎曲。而且藍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，但無論哪種襯底形式，LED在制作成應(yīng)用成品時都或多或少需要進行轉(zhuǎn)移動作。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)移方式一次只能轉(zhuǎn)移數(shù)顆器件，而對于一塊常見的顯示屏而言，往往需要完成數(shù)百萬甚至更多微器件的轉(zhuǎn)移，因此這種轉(zhuǎn)移方式對實際量產(chǎn)而言是不現(xiàn)實的技術(shù)路線。要完成microLED現(xiàn)實屏的制作，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)動基板上，在保持巨量轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上，還必須同時保證轉(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)、磁場力轉(zhuǎn)移技術(shù)、靜電力轉(zhuǎn)移技術(shù)、自對準滾輪轉(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過程：拾取過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;放置過程是利用印章將microLED功能器件(或無機薄膜)印制到受主基體上。在這兩個過程中，解決界面粘附主要涉及印章/microLED和microLED/基體兩個界面之間的斷裂形成“競爭斷裂”機制。在拾取過程中，印章/microLED界面的黏附作用應(yīng)該大于元件/贈體基底界面的黏附作用，從而實現(xiàn)將元件薄膜從贈底基底上剝離，放置過程中，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很難突破生長層的束縛的，通常需要對源基板做處理，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器件進行了底切，硅的浮雕結(jié)構(gòu)保留在器件之間的正交方向上，此時microLED結(jié)構(gòu)中的GaN形成了小支撐結(jié)構(gòu)(即錨)，整個μLED通過兩個錨結(jié)構(gòu)懸浮連接在基板上，此時可以使用圖章轉(zhuǎn)印方式以非破壞性，高速和并行操作將其移離源基板。

　　2)、磁場力轉(zhuǎn)移技術(shù)：

　　磁場力轉(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)磁場控制機械性能實現(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，但不同點在于這項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和CI顆粒含量的不同而變化，施加的磁場強度越大，CI粒子之間的間隙越小，由于當(dāng)CI顆粒分散在硅基質(zhì)中時兩種材料之間的界面結(jié)合強度降低，因此機械性能降低。此外CI粒徑越小，MR效應(yīng)越小，這是因為顆粒之間的拉力弱。當(dāng)CI顆粒的含量降低時，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。通過調(diào)節(jié)CI粒子的比列和外加磁場的大小，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)是通過對轉(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，單個轉(zhuǎn)移頭由帶有可獨立通電的單電極或雙電極凸臺構(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剝離方式釋放并固定在帶有粘合層的基板上，其實現(xiàn)轉(zhuǎn)移的過程如圖所示，首先將轉(zhuǎn)移頭陣列移動至μLED陣列上方，對準后與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，對相應(yīng)位置的μLED產(chǎn)生抓取力，同時轉(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至接收基板的目標位置上方，對準后斷開電壓，粘結(jié)層與接收基板冷卻固結(jié)后移走轉(zhuǎn)移頭實現(xiàn)放置。

　　4)、自對準滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)：

　　韓國機械與材料研究所( KIMM)提出了自對準滾印轉(zhuǎn)移技術(shù)，該技術(shù)使用彎曲的PDMS壓模實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，并通過計算機界面控制的卷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)進行系統(tǒng)帶有PDMS印章的滾輪與待轉(zhuǎn)移器件接觸，并提供實時反饋，microLED可以通過兩個安裝的顯微鏡與接收器基板精確對準，然后轉(zhuǎn)移到接收器基板。具體轉(zhuǎn)移過程如圖所示，帶有PDMS壓模的輥在供體基板上的microLED上移動。通過優(yōu)化施主基板和輥之間的夾緊力，可以將微型LED準確地轉(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，通過使用安裝在卷對卷轉(zhuǎn)移機上的兩個顯微鏡，可以將TFT和微型LED精確對準。因此，微型LED中放入接收器襯底上。在滾輪轉(zhuǎn)印過程中，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。為了進一步擴大滾輪轉(zhuǎn)印附著力控制，引入了成角度的立柱以通過縮回方向控制轉(zhuǎn)移，但是必須嚴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)：

　　精準拾取技術(shù)雖然選擇性相對好且產(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，以動態(tài)注入速率穿過接收器基板，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)：

　　激光無接觸轉(zhuǎn)移技術(shù)是以激光為驅(qū)動實現(xiàn)無接觸選擇性加工，并以圖案化方式實現(xiàn)microLED陣列化和批量化的轉(zhuǎn)移。Uniqarta的激光使能高級放置(LEAP)是一種非接觸式方法，通過這種方法，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。多個模具通過單個掃描激光同時傳送，從而最大限度地減少了對機械運動的需求。這使每小時的貼裝速度超過1億個單位，比任何其他裸片貼裝技術(shù)都要高幾個數(shù)量級。QMAT開發(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)移到目標基板。原理圖如圖所示,激光透過透明基板作用在激光釋放層，通過光熱作用使的芯片與原基板分離達到轉(zhuǎn)移的目的，在進行轉(zhuǎn)移前，由用戶電腦將前一步所檢測得到的芯片好壞文件進行處理并記憶，在進行轉(zhuǎn)移時遇到壞點激光則繞過，可以避免將壞點轉(zhuǎn)移到基板上，提高了良率。Optovate公司的選擇性激光剝離(p-LLO)工藝使用準分子激光器在藍寶石晶片的生長界面處照亮稀疏分離的裸片大小的氮化鎵區(qū)域。紫外線照射會產(chǎn)生鎵金屬和氮氣，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GaN晶圓上的變化，包括生長缺陷，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。