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Micro LED芯片巨量转移技术介绍

2021年12月,天马发布了五大MicroLED新品,包括全球领先弯折半径达5mm Micro LED显示屏、全球最高的PPI拼接单元对拼Micro LED显示屏、全球最高的PPI拼接单元四拼Micro LED显示屏、车规级高分辨率(2.4K)Micro LED显示屏、全球首款透明度超过70%小像素间距Micro LED显示屏。


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7.56" Flexible Micro LED显示屏


天马的透明Micro-LED显示采用AM LTPS背板,通过巨量转移技术将Micro-LED RGB芯片转移到玻璃TFT基板上,亮度可达到600nits,色域高于116%NTSC,在特殊的面板设计下,透过率可达到60%,PPI高达114,分辨率为720x480。


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9.38" 透明Micro LED显示屏


今天给大家介绍一下Micro-LED的巨量转移技术。

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一、Micro-LED概述


Micro LED,又称为 mLED 或μLED,是一种基于微型发光二极管(LED)的新型自发光显示 技术。业内不同公司对 Micro LED 的定义不同,PlayNitride 和 Sony 公司定义 LED 芯片尺 寸小于 50μm,或发光区域小于 0.003mm²称之为 Micro LED。


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(source: EE Times Asia)


二、Micro-LED与Mini LED的区别


Micro LED 和 Mini LED 核心区别不只是尺寸,LEDinside 曾经定义 100μm 作为 Micro LED 及 Mini LED 尺寸的分界,即 100μm 以上的为 Mini LED,小于 100μm 的则是 Micro LED。随着相关技术的持续进展,厂商已经能够制造 出尺寸小于 100μm 但仍带有蓝宝石衬底的 Mini LED 芯片。


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LEDinside 重新定义二者关键区别是有无带蓝宝石衬底,且尺寸是否在 75μm 以下。


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三、Micro-LED巨量转移技术


在完成微米级 Micro LED 晶粒制作后,要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒正确且有效率地移动到电路基板上的过程称之为“巨量转移”。


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通常巨量转移技术的转移效率要求在每小时数十 KK 级以上,现有的 LED 机械式转移效率在每小时百 K 级,远远无法满足 Micro LED 显示的转移要求,需要采用全新的技术来实现。


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许多公司和科研机构基于不同原理已开展大量研究,形成了精准拾取、激光转移、滚轴转印、自组装技术等流派。


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目前业内主要有激光选择性释放、静电力吸附、流体装配、弹性印模、滚轴转印等几种技术方式,3D-Micromac、 LuxVux、eLux、XDC 等厂商陆续推出相关巨量转移设备。


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1、静电力吸附转移


原理主要是利用静电力来控制内外电极电压差,实现对晶粒的吸附和转移。静电力采用具有双级结构的转移头,转移头被介电层对半分离呈一对 Si 电极。拾取晶粒阶段,在吸附转移头和芯片上产生不同电荷,利用异性相吸的原理将晶粒吸附拾取。放置晶粒阶段,通过调节电极电压差,同性电荷相斥,把晶粒放到既定位臵完成转移。在转移过程中要求被吸取的微型晶粒衬底平整度必须精确控制,以免造成无效的抓取动作,降低良率。


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静电力吸附转移示意图 资料来源:LuxVue 公司专利 US 20140299837A1


2、流体装配转移


原理是将芯片分装在流体内,通过控制流体的流动,利用流体的流力和重力作用,将其中的 Micro LED 芯片颗粒捕获并放置到衬底上的对应井中。流体组装技术仅需在 Micro LED 芯片上做特殊设计,芯片即可精准对位。


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流体装备转移技术示意图 eLux 公司专利


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eLux 流体装配转移设备


3、弹性印模转移


原理是先处理 Micro LED 芯片衬底,使其只通过锚点和断裂链固定在基底上,然后利用聚二甲基硅氧烷作为转移膜材料制作弹性印模。弹性印模与芯片通过范德华力结合,断裂链发生断裂,所有芯片按原来的阵列排布被转移到弹性体上面,通过调整印模与芯片之间的黏着性,完成释放动作。要求精准控制各个阶段粘力大小,且印模必须表面度极为平坦,才不影响转移的良率和精度。


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弹性印模转移技术示意图


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XDC 弹性印模转移设备


4、选择性释放转移


选择性释放转移技术跳过拾取和释放的环节,直接从原有的衬底上将 LED 进行转移。目前实现方式通常是通过高能量脉冲激光透过镀有材料薄膜的基底,聚焦到基底与材料薄膜的交界面上,使薄膜被加热至熔融状态,基底上的芯片即可转移沉积到与之平行放臵的受体上。该转移技术需要精准控制激光的功率和分辨率,才能不影响芯片性能并达到产品良率。


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激光转移技术示意图 资料来源:Kulicke&Soffa 官网


相关厂商包括德国激光微加工系统厂商 3D-Micromac、Coherent 相干公司等,3D-Micromac 认为激光转移方式效率最高,是其它几种巨量转移技术效率的数倍。


5、滚轴转印转移


利用带有计算机接口的滚轮系统,反馈模块包含两个负载传感器和两个 Z 轴执行器,滚轮系统通过两个显微镜保持精确对准,通过反馈模块精准控制,将 Micro LED 转印至接收衬底上。


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滚轴转印技术示意图 资料来源:Micro-LED 技术路线图


Micro LED 显示设备芯片需求量极速增多,巨量转移设备将是一个广阔的市场。虽巨量转移技术在不断取得进展,但离实际大规模应用尚有相当距离。若巨量转移技术取得突破,将带来一个广阔的转移设备市场。


文章资料参考:

1.安信证券研报《Micro LED 巨量转移技术持续进展, Mini LED 应用方兴未艾》

2.Micro LED巨量转移技术研究进展https://codingnote.cc/p/180827/


从2021年开始,Mini LED应用正在快速增长。Mini LED产业链从芯片,封装,到模组以及显示器,到最终的终端产品,如平板电脑,笔电,汽车,电视,游戏机,VR;设备方面有固晶机,点胶机,AOI,清洗设备等等,为此,艾邦新建有Mini LED全产业链微信群,欢迎您识别二维码加入

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