Microled简介及关键工艺（巨量转移）

1.什么是Microled？

        通俗来讲，将作为发光器件LED用作显示屏的像素，固这种LED的尺寸就得做得很小（约＜100μm），这种技术就是Microled；

2.Microled的优点

         相比于已经大规模量产的LCD技术和OLED技术，Microled几乎在各个技术维度上都有着碾压般的性能优势：长寿命，高对比度，可实现高分辨率，响应速度快，更广的视角，丰富的色彩，超高的亮度和更低的功耗。

3.Microled的技术瓶颈

        现阶段 Microled还有许多技术瓶颈有待突破，如芯片制造、巨量转移、检测修复等，这也是目前 Microled出货量低、售价高昂原因；其中巨量转移最难最难的技术痛点。

• 芯片制造：外延片厚度、波长、亮度均匀性与一致性要求更高，芯片结构比传统LED更为复杂，且目前行业制造工艺尚未标准化，使得工艺和设备标准化程度低、良品率和产量尚不成熟。
• 巨量转移：芯片制造完成后需要将微米级的晶粒转移到驱动电路基底上，无论是TV屏还是手机屏转移数量相当巨大，并且显示产品对于像素错误的容忍度极低。例如要制造少于 5 个 像素坏点的全彩 1920*1080 显示屏，良率必须达到 99.9999%，这是现有工艺很难达到。

• 检测修复：由于 Microled尺寸极小，传统测试设备难以使用，如何在百万级甚至千万级的 芯片中对坏点进行检测修复是一大挑战，同样通过检测技术挑出缺陷晶粒后，如何替换坏点 也是一项不可或缺的技术。

4.巨量转移概述

• 对比OLED：与OLED显示技术不同，无机LED无法在玻璃或其他大尺寸衬底进行大面积的制作，因此需要在半导体衬底上进行制作，然后再转移到驱动背板上。
• 对比LED：传统的LED采用的Pick&Place的方法，这种转移方式一次只能转移数颗器件，而对于一块常见的显示屏而言，往往需要完成数百万甚至更多微器件的转移，因此这种转移方式对实际量产而言是不现实的技术路线；
• 为什么采用巨量转移：所以要完成Microled的制作，必须采用巨量转移技术，即一次能够转移大量的器件到驱动基板上，在保持巨量转移的基础上，还必须同时保证转移的精度，良率及工艺的可靠性等。

5.巨量转移种类

         目前在产业界和学术界，Microled巨量技术有好几种并行技术流派，根据转移过程中的作用力或具体的转移方式，大致可以分为：范德华力派，静电力派，磁力派，激光转印派，流体自组装派和卷对卷转印派

1）范德华力派：巨量转移过程中，在Microled拾取和放置过程中采用了范德华力（即分子间作用力）的这一个技术派别，其核心是采用弹性印章来转移Microled器件，特点如下：

• 一旦印章制作完成，就无法选择性转移符合要求的microled芯片，因此可能导致将不良的器件转移到目标基板上，增加修复的难度。
• 拾取和放置的范德华力为不同的速度区间，需要仔细调制，且需保证面内均一性。
• 大部分的方案中必须弱化转移器件结构，因此增加工艺复杂程度。
• PDMS与衬底热膨胀系数不同，可能导致转移后位置存在误差。

2）静电力派：静电吸附是利用静电转移头产生吸引力或者排斥力实现对microled的拾取和放置(Apple的专利)；在拾取microled阶段，在吸附转移头和芯片上产生不同电荷，将microled吸附拾取；在放置microled阶段，通过调节内外电极电压差，使得电压差为零，将microled放置到接收衬底；键合方式包括共晶合金键合、瞬态液相键合或固态扩散键合，其核心是静电转移头的制作，主要特点如下：

• 适用于小尺寸的芯片和芯片间距；
• 抗ESD性能较好

3）磁力派：电磁力吸附转移技术有点类似于静电吸附转移，不同的是，该方法是通过线圈电感产生电磁力的方式，将microled吸附及放下(ITRI的专利)；在拾取microled阶段，主要方式为去除牺牲层，使其处于悬空状态，电可编程磁性模块产生磁力，吸附拾取芯片;在打印microled阶段，电可编程磁性模块通过加热工艺将导电模块与接收器衬底对准并接触，从而将microled与接收衬底键合。最后，断电消除磁力，拾取电可编程磁性模块，其核心在于磁性转移头的制作，主要特点如下：

• 需要芯片本身具有铁磁性
• 磁性材料的均匀性会影响电磁吸附的精度和一致性；
• 电磁可编程模块的设计较复杂；
• 转移芯片的间距不宜太小，电极材料需匹配

4）激光转移流派：激光选择性释放是利用材料对激光的不同吸收系数，引起界面的热膨胀，从而引起牺牲层的烧蚀，使microled从原始衬底转移到接收衬底(Sony的专利)，若为GaN外延片，界面处的GaN缓冲层分解成Ga和N2，实现芯片的分离和转移，主要特点如下：

• 适用于小尺寸芯片，小间距范围；
• 采用薄膜转移的方式，可以得到高质量的GaN薄膜，这样可以提升Micro LED器件的效率；
• 减少了2倍MOCVD的时间，使得成本大大降低；
• 可以在巨量转移前进行电学测试筛选，得到KGD的信息；
• EPI基底就是转移基底，采用激光可以实现选择性转移；
• 位于基底和EPI GaN之间的功能层，在LLO过程中作为释放层，可以避免GaN的损伤。

5）流体自组装派：利用刷子的移动来控制流体中microled的运动，最后使它落入接收衬底的井中(eLux的专利)，当V0 ≫ Vcrit，，随着电刷的平移和旋转，电刷周围的流体产生湍流，因此许多microled聚集在该区域中。首先，这些microled被动地向上移动，并由于湍流而高速离开基板表面;接下来，刷子继续移动，驱动这些microled开始在基板表面上向前散射，然后通过流体、振荡、减速，最后以低于Vcrit的速度沉入井中，主要特点如下：

• 适用于任何大小芯片，且芯片几何形状任意，但芯片间距不宜过小；
• 分离的MicroLED器件在流体中完全随机自组装，可以消除外延生长时，器件性能面内不均造成的影响；
• 可以先选择合格的Microled器件进行转移，因此可以避免将不良器件转移到驱动基板上；
• 剩余的MicroLED器件可以重复利用；
• 转移的速度快，成本低。

• V0代表microled的速度，Vcrit代表临界捕获速度；
• V0高于Vcrit ， microled逃离井；
• V0小于等于Vcrit ， microled被井捕获。

6）卷对卷打印派：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Microled转印至接收衬底上，主要特点如下：

• 在滚轮上面也需要一层PDMS材料作为印章；

6.总结

（1）Microled芯片需要进行多次转移（至少需要从蓝宝石衬底→临时衬底→新衬底），且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高；

（2）对于 R/G/B 全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将红/ 绿/蓝芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。；

（3）Microled的厚度仅为几微米，将其精确地放置在目标衬底上的难度非常高，芯片尺 寸及间距都很小，要将芯片连上电路也是一个挑战。

参考文章：

http://www.china-led.net/news/202004/27/45017.html

Micro LED巨量转移技术分析综述上篇

Micro LED巨量转移技术分析综述中篇

Micro LED巨量转移技术分析综述下篇（激光，流体，卷对卷）