近年來(lái)，Micro LED因其功耗低、響應(yīng)快、壽命長(zhǎng)、光效率高等特點(diǎn)，被視為繼LCD、OLED之后的新一代顯示面板技術(shù)。Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發(fā)光二極體，也可以寫作μLED，是將傳統(tǒng)LED薄膜化、微小化和矩陣化，使像素點(diǎn)距離從毫米級(jí)降低至微米級(jí)別，并在一個(gè)晶片上高度集成的固體自發(fā)光顯示技術(shù) 其與常規(guī)LED最大的不同在于尺寸，大小相當(dāng)于人頭發(fā)絲的1/10，體積達(dá)到了主流LED大小的1%，然而像素尺寸當(dāng)前還未形成統(tǒng)一的定義。

    Micro LED微米級(jí)別的像素間距可以使其覆蓋從中小尺寸顯示到中大尺寸顯示等多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。相比傳統(tǒng)小間距LED，由于尺寸微縮，顯著提高了顯示解析度和畫質(zhì)，光學(xué)設(shè)計(jì)上可以使得可視角度更開闊，對(duì)比度更高，畫質(zhì)更好，適合虛擬現(xiàn)實(shí)、小型投影儀，微顯示器，可見光通訊，醫(yī)學(xué)研究等多種多樣的顯示場(chǎng)景。相比OLED，均采用自發(fā)光技術(shù)顯示，允許集成感測(cè)器和電路，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式感測(cè)功能，也可結(jié)合柔性襯底實(shí)現(xiàn)柔性顯示，從而用于可穿戴/可植入器件、車載顯示等柔性顯示領(lǐng)域 此外，Micro LED清晰度高、亮度高、對(duì)比度好，高反應(yīng)速度等特點(diǎn)非常適合VR、AR等對(duì)反應(yīng)速度有較高要求的可穿戴設(shè)備（高亮度和節(jié)電適用于戶外穿戴場(chǎng)合）應(yīng)用。

    Micro LED顯示的概念自2000年 直到2012年，在索尼展示了第一臺(tái)Crystal-LED的microLED電視后，Micro LED顯示器才出現(xiàn)在商界視野中，不同研究機(jī)構(gòu)和公司開始主攻微縮制程、全彩化、晶片轉(zhuǎn)移等瓶頸技術(shù) 根據(jù)不同應(yīng)用的顯示面板尺寸的不同，顯示器的制備可分為單片制造技術(shù)和巨量轉(zhuǎn)移技術(shù) 單片制造技術(shù)是指Micro LED直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高解析度顯示器，將LED鍵結(jié)于終端顯示基板上，最后用物理或化學(xué)機(jī)制剝離基板。這種方式避免了復(fù)雜的巨量轉(zhuǎn)移過(guò)程，但也只限于構(gòu)建較小的顯示器，如近眼顯示器、智慧手表等微顯示器，限制了Micro LED的應(yīng)用場(chǎng)景；另外，每種制程只能在基板上生長(zhǎng)一種顏色的燈珠晶片，故這種單片制造技術(shù)無(wú)法解決RGB全彩顯示。近年研究提出的量子點(diǎn)全彩顯示，采用單個(gè)紫外Micro LED發(fā)出的光激發(fā)其上層覆蓋的紅綠藍(lán)三色發(fā)光介質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)全彩化，這種彩色化替代技術(shù)在未來(lái)發(fā)展中可能會(huì)填補(bǔ)單片制造在全彩化方面的局限性。另一種制造技術(shù)是巨量轉(zhuǎn)移，在源基板上生長(zhǎng)LED晶片，然后將LED從源基板上分離并通過(guò)某種作用力將晶片快速、準(zhǔn)確且可靠地轉(zhuǎn)移到顯示電子器件上。對(duì)于手機(jī)、平板和電視等更廣泛的顯示應(yīng)用場(chǎng)合，在襯底上制作完成后從基板上進(jìn)行分離，不可避免地需要通過(guò)巨量轉(zhuǎn)移的方式將Micro LED晶片在更大尺寸且?guī)в羞壿嬰娐返幕�板上進(jìn)行組裝，從而滿足應(yīng)用需求。此外，柔性和可拉伸的光電器件用于可穿戴和生物電子應(yīng)用近來(lái)獲得了廣泛的研究普及，這些應(yīng)用需要將LED轉(zhuǎn)移到柔性基板上,亦需要巨量轉(zhuǎn)移得以實(shí)現(xiàn)。然而由于每次轉(zhuǎn)移的晶片尺寸極小、數(shù)量巨大，對(duì)轉(zhuǎn)移制程的精確性和速率要求非常高，成為當(dāng)前制約Micro LED量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。

    本文將簡(jiǎn)要概述Micro LED巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)，分析該技術(shù)存在的難點(diǎn)與挑戰(zhàn)。根據(jù)在研技術(shù)流派的制程過(guò)程，可將巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)步驟分為基板分離和晶片轉(zhuǎn)移兩個(gè)關(guān)鍵制程，將分別闡述每一制程的原理、研究進(jìn)展及關(guān)鍵研究問(wèn)題，最后展望巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的發(fā)展前景。

    1.巨量轉(zhuǎn)移

圖1 Micro LED制備流程

    由于待轉(zhuǎn)移的LED晶片尺寸更小，大約為頭發(fā)絲的1/10，需要精度很高的精細(xì)化操作；一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬(wàn)乃至幾十萬(wàn)顆以上的LED，數(shù)量十分巨大，要求有極高的轉(zhuǎn)移速率，傳統(tǒng)LED晶片在封裝環(huán)節(jié)，主要采用真空吸取的方式，而真空管的物理極限下只能做到大約80μm，而Micro LED尺寸基本在50μm以下；而當(dāng)前的轉(zhuǎn)移設(shè)備（Pick ＆ Place）的精密度是±34μm (Multi－chipper Transfer），覆晶固晶機(jī)（Flip Chip Bonder）的精密度是±1.5μm （每次移轉(zhuǎn)為單一晶片）。可見傳統(tǒng)晶片轉(zhuǎn)移技術(shù)無(wú)法以經(jīng)濟(jì)且高精度的方式轉(zhuǎn)移數(shù)量達(dá)百萬(wàn)個(gè)、尺寸為微米級(jí)的晶片

    表1 傳統(tǒng)晶片轉(zhuǎn)移制程與巨量轉(zhuǎn)移制程對(duì)比

    針對(duì)這些問(wèn)題，許多公司和科研機(jī)構(gòu)基于不同原理已開展大量研究，形成了精準(zhǔn)拾取。

圖2 巨量轉(zhuǎn)移主流技術(shù)發(fā)展

    精準(zhǔn)拾取流派技術(shù)主要區(qū)別于轉(zhuǎn)移頭吸附LED作用力的不同。Luxvue公司采用具有雙電極結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移頭，通過(guò)靜電力拾取放置晶片，完成從源基板到目標(biāo)基板的轉(zhuǎn)移 X-Celeprint采用彈性印章作為轉(zhuǎn)移頭，利用范德華力拾取晶片，然后放置到目標(biāo)基板上 隨著技術(shù)的發(fā)展，巨量轉(zhuǎn)移不再局限于傳統(tǒng)的拾取制程，雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)在轉(zhuǎn)移中得到應(yīng)用，以非接觸式的加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)晶片的批量并行轉(zhuǎn)移 Uniqarta、Coherent、QMAT公司采用雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（LIFT）制程，通過(guò)雷射與材料發(fā)生光-物質(zhì)相互作用而實(shí)現(xiàn)晶片的分離，同時(shí)產(chǎn)生的局部沖擊力推動(dòng)晶片向基板轉(zhuǎn)移。Optovate公司提出p-LLO制程，通過(guò)雷射作用GaN分解為氮?dú)夂鸵簯B(tài)Ga，實(shí)現(xiàn)剝離與轉(zhuǎn)移。此外，elux和Self array公司采用自組裝技術(shù)，分別以流體自組裝和磁力自組裝為原理完成LED的自組裝過(guò)程。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)，通過(guò)輥印的方式實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移 當(dāng)前技術(shù)基于不同的作用原理取得了一定的研究進(jìn)展，但仍然存在良率、精度、轉(zhuǎn)移速率等問(wèn)題，如何控制成本和良率成為當(dāng)前商業(yè)化的關(guān)鍵。

    巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)流程分為基板分離和晶片取放兩個(gè)關(guān)鍵制程：

    （1）基板分離：以某種作用力將晶片與源基板批量整體式分離；

    （2）晶片取放：通過(guò)轉(zhuǎn)移裝置將分離后的Micro LED晶片高精度選擇性地從源基板上拾取并轉(zhuǎn)移放置在目標(biāo)顯示基板的特定位置上。

圖3巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)流程

    然而由于待轉(zhuǎn)移的Micro LED尺寸相比主流晶片尺寸更小、集成數(shù)量更多，使得傳統(tǒng)的LED基板剝離、轉(zhuǎn)移技術(shù)如機(jī)械頂針、真空吸附拾取等制程窗口大大縮小，對(duì)技術(shù)和成本的要求更高，仍然存在良率、精度等問(wèn)題，如何控制成本和良率成為了商業(yè)化的關(guān)鍵。表2 列出了巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)不同流派的基板分離技術(shù)和拾取作用力。

    表2巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)原理

    2.

    Micro LED通常在Si、藍(lán)寶石等襯底上生長(zhǎng)GaN外延層來(lái)制備 為減少生長(zhǎng)晶圓尺寸的限制，拓寬到中大尺寸顯示、柔性顯示領(lǐng)域，需要采用襯底去除技術(shù)將源基板剝離，當(dāng)前襯底去除技術(shù)主要有機(jī)械剝離、化學(xué)蝕刻、雷射剝離，如圖4.

圖4 基板分離制程（a）機(jī)械剝離技術(shù)；（b）化學(xué)剝離技術(shù)；（c）雷射剝離技術(shù)

    機(jī)械剝離技術(shù)是通過(guò)在藍(lán)寶石襯底或犧牲層上用溫度較高蝕刻液刻蝕出金字塔 X-Celeprint、KIMM、LuxVue等公司巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中基板分離方式類似這種原理，也通過(guò)蝕刻的方式使LED與生長(zhǎng)襯底之間以橋式等弱接觸方式連接生長(zhǎng)，但剝離外力不同，分別采用范德華力、靜電力或粘附力等作用力下吸附LED，通過(guò)調(diào)控吸附力使弱接觸結(jié)構(gòu)斷裂，從而實(shí)現(xiàn)基板的分離。機(jī)械剝離技術(shù)原理簡(jiǎn)單，剝離后GaN薄膜位錯(cuò)密度小，但蝕刻操作比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)完整剝離較為困難。

    化學(xué)剝離技術(shù)通常指在襯底上先生長(zhǎng)一層沉積層，這層沉積層由CrN 最近報(bào)道了Trindade Kim等人 化學(xué)玻璃技術(shù)對(duì)GaN薄膜的損傷最小，但是由于化學(xué)反應(yīng)存在周期，使得玻璃速率較慢，且后續(xù)需增加殘留化學(xué)溶液的清除制程，無(wú)法滿足巨量轉(zhuǎn)移要求的超高轉(zhuǎn)移速率，故這方面的應(yīng)用較少。

    雷射剝離技術(shù)誕生于1997年，KELLY等人 交介面處發(fā)生的分解反應(yīng)可表示為：

    許多研究人員針對(duì)雷射能量密度 巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的基板雷射分離采用同樣的原理，2016 年Kim J. 等 以雷射驅(qū)動(dòng)技術(shù)為代表的公司如Uniqarta、Optovate等在基板分離制程中均采用雷射剝離的方式實(shí)現(xiàn)源基板的去除。雷射剝離技術(shù)具有作用時(shí)間短、剝離速率快的優(yōu)點(diǎn)，但要求襯底對(duì)所作用波長(zhǎng)的雷射透明，且成本設(shè)備較高，對(duì)GaN薄膜仍會(huì)有一定的損傷。

    從巨量轉(zhuǎn)移的角度來(lái)看，機(jī)械剝離雖原理簡(jiǎn)單，但蝕刻操作復(fù)雜，分離吸附力需根據(jù)單次時(shí)刻結(jié)構(gòu)的斷裂特性進(jìn)行調(diào)整，重復(fù)性較差；化學(xué)剝離雖對(duì)GaN薄膜損傷小，但分離速率受限；雷射剝離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效率剝離，如何將GaN薄膜的熱損傷降低是當(dāng)前需要研究的問(wèn)題。

    3.

    隨著柔性和可拉伸的光電器件的發(fā)展，顯示技術(shù)逐漸應(yīng)用于可穿戴和生物電子領(lǐng)域，這要求將源基板上生長(zhǎng)的Micro LED轉(zhuǎn)移至柔性基底上。另一方面，受限于晶圓尺寸的大小，在面對(duì)手機(jī)、電視等中大尺寸顯示應(yīng)用時(shí)，也需要將從基板分離的Micro LED從源基板或中間載體基板上轉(zhuǎn)移至顯示面板上。晶片取放是指將源基板上的Micro LED通過(guò)晶片取放設(shè)備，以高精度、高速率的方式放置在目標(biāo)位置，是實(shí)現(xiàn)巨量轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同可分為精準(zhǔn)拾取、雷射誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移、自組裝技術(shù)。

    3.1

    精準(zhǔn)拾取技術(shù)一般通過(guò)轉(zhuǎn)移頭將源基板(Donor Substrate)上的器件以某種作用力吸附，移動(dòng)至相應(yīng)的位置后精確地釋放在接收基體上(Receive substrate)，從而完成轉(zhuǎn)移過(guò)程，這一過(guò)程如圖5，該技術(shù)可看做介面競(jìng)爭(zhēng)斷裂的過(guò)程，當(dāng)轉(zhuǎn)移頭與晶片的作用力大于晶片與源基板介面粘附力時(shí)實(shí)現(xiàn)拾取，當(dāng)接收基板與晶片的介面粘附大于轉(zhuǎn)移頭與晶片的作用力時(shí)實(shí)現(xiàn)釋放，而選擇性則由轉(zhuǎn)移裝置的拾取頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)取放過(guò)程的關(guān)鍵在于介面粘附的調(diào)控，而這一機(jī)制在柔性電子領(lǐng)域中的轉(zhuǎn)印技術(shù)方面有著較為深入的研究。

圖5 拾取技術(shù)步驟

    在轉(zhuǎn)印技術(shù)中根據(jù)不同的力學(xué)原理已發(fā)展出不同轉(zhuǎn)印技術(shù)控制原理及拾取放置方法：調(diào)控印章速度的動(dòng)態(tài)可控轉(zhuǎn)印技術(shù) 在巨量轉(zhuǎn)移μLED技術(shù)領(lǐng)域，X-Celeprint 同轉(zhuǎn)印技術(shù)特點(diǎn)類似，這種速度調(diào)控方式雖然操作簡(jiǎn)單，單為滿足巨量轉(zhuǎn)移的高精度高速率要求，印章剝離速度受到極大的限制從而降低了制程窗口。

    其他類似轉(zhuǎn)印的靜電力、輥印方式亦可實(shí)現(xiàn)晶片的高精度取放要求。LuxVue 該過(guò)程包括從帶有一排靜電轉(zhuǎn)移頭的載體基板上拾取一排微型LED，并從工作電路中施加同向電壓以產(chǎn)生吸引力，從而與微型LED接觸粘附。待轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板特定位置。轉(zhuǎn)移頭直接接觸該位置，并在電場(chǎng)作用下加熱液化接收基板鍵合層，將LED陣列鍵合到接收基板上，最后施加反向電壓釋放LED，從而完成轉(zhuǎn)移過(guò)程。韓國(guó)機(jī)械和材料制造 整個(gè)過(guò)程包括三個(gè)輥轉(zhuǎn)移步驟，首先通過(guò)涂有一次性轉(zhuǎn)移膜的輥壓印模將控制TFT陣列拾取并放置到臨時(shí)基板上；然后將微型LED從其支撐基板上取下，放置在臨時(shí)基板上，并通過(guò)焊料鍵合與TFT連接；最后，將互連的微型LED + TFT的陣列滾動(dòng)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基板上，以形成有源矩陣微型LED顯示器，這種轉(zhuǎn)移方式可用于轉(zhuǎn)移晶片尺寸和晶片厚度分別低于100 µm和10 µm的MIicro LED。

圖6 精準(zhǔn)拾取技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移制程過(guò)程

    精準(zhǔn)拾取技術(shù)分別采用靜電力、范德華力、磁力作為吸附力實(shí)現(xiàn)介面調(diào)控，實(shí)現(xiàn)高精度下晶片的大面積轉(zhuǎn)移，如圖6。該方法克服了傳統(tǒng)機(jī)械拾取方式難以拾取、容易損壞晶片的不足，但受轉(zhuǎn)移頭尺寸的大小，使得轉(zhuǎn)移效率受到一定的制約，同時(shí)作用力調(diào)控需在特定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而大大縮小了制程窗口，增加了工業(yè)成本。

    3.2

    隨著高性價(jià)比雷射設(shè)備的可用性不斷提高，基于雷射的微加工技術(shù)已發(fā)展成為高精度制造技術(shù)不可或缺的工業(yè)工具。雷射驅(qū)動(dòng)（laser propulsion）的概念最早是由Kontrowitz Saeidpourazar等人 雷射驅(qū)動(dòng)的主要原理是利用雷射器產(chǎn)生的雷射與物質(zhì)的相互作用，其中紫外（UV）波長(zhǎng)的光子在被物質(zhì)吸收時(shí)會(huì)引起電子激發(fā)，產(chǎn)生燒蝕分解，從而產(chǎn)生沖擊力；紅外（IR）波長(zhǎng)的光子被物質(zhì)吸收后導(dǎo)致電子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)激發(fā)，然后發(fā)生熱分解，從而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。此后，許多研究人員對(duì)雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移方面進(jìn)行了充分的研究。

    雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)的通常步驟為：由石英、藍(lán)寶石等透明基底通過(guò)某種中間材料承載器件，再通過(guò)雷射照射透明基材作用在物質(zhì)上發(fā)生反應(yīng)，采用光學(xué)掩膜的方式以實(shí)現(xiàn)器件的選擇性轉(zhuǎn)移，如圖7。在轉(zhuǎn)移過(guò)程中，由于雷射波長(zhǎng)和材料性質(zhì)的不同，根據(jù)作用機(jī)理可將雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移分為雷射直接釋放和雷射燒蝕釋放。

圖7 雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)步驟

    雷射直接釋放是指中間材料在雷射作用下發(fā)生熱分解，直至晶片脫離，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。熱分解作用可以是雷射與器件的熱作用間接作用于中建材路，如Karlitskaya 等人 熱分解作用還可以是雷射與中間材料的直接作用。Karlitskaya等人 這一機(jī)理在巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中得到了很好的應(yīng)用，QMAT公司開發(fā)的束定址釋放技術(shù)（BAR）采用熱釋放機(jī)理，將雷射透過(guò)透明基板作用在雷射釋放層上，通過(guò)光熱作用使晶片從源基板轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基板，能夠在100KHz-1MHz的速度脈沖下可達(dá)到10億個(gè)/h 的轉(zhuǎn)移量。該技術(shù)在轉(zhuǎn)移前進(jìn)行壞點(diǎn)檢測(cè)，并由用戶電腦將前一步所檢測(cè)得到的晶片好壞文件進(jìn)行處理記憶，而進(jìn)行轉(zhuǎn)移時(shí)遇到壞點(diǎn)雷射則繞過(guò)，可以避免將壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移到基板上，從而提高了良率。

    雷射燒蝕釋放原理是指雷射照射犧牲層材料，在光束作用下材料受限燒蝕，產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物對(duì)其上的晶片造成沖擊力，從而實(shí)現(xiàn)釋放轉(zhuǎn)移，這種方法得益于對(duì)雷射燒蝕聚合物機(jī)理的研究。Zweig AD等人 Holmes等人 這些研究為雷射動(dòng)態(tài)燒蝕釋放提供了很好的原理解釋。2002年雷射誘導(dǎo)前向轉(zhuǎn)移（laser induction front transfer, LIFT）技術(shù)問(wèn)世 Alberto Piqué等人 Karlitskaya等人 Marinov V 等人基于LIFT技術(shù)發(fā)展出LEAP制程以轉(zhuǎn)移和組裝微器件，將晶片剝離、轉(zhuǎn)移、組裝全部使用雷射技術(shù)完成，并已成功用于無(wú)源RFID晶片轉(zhuǎn)移。隨后，美國(guó)北達(dá)科他州立大學(xué)納米科學(xué)與工程中心基于LIFT技術(shù)發(fā)展了另一項(xiàng)新的前向轉(zhuǎn)移制程——熱機(jī)械選擇性雷射輔助模轉(zhuǎn)移 圖8給出了雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移制程，其對(duì)比見表2

圖8雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移制程

    表3 雷射輔助轉(zhuǎn)移制程

    巨量轉(zhuǎn)移領(lǐng)域使用雷射燒蝕原理轉(zhuǎn)移技術(shù)的是Uniqarta報(bào)道的LEAP制程，使用355nm的Nd:YVO 該過(guò)程可以單束或多束模式運(yùn)行，這提供了處理晶片上的不良晶粒的能力。在單光束模式下，使用掃描儀將雷射順序聚焦在不同的晶片位置上，從晶圓上去除不需要的晶片；然后使用多光束模式快速轉(zhuǎn)移良好的晶片陣列；最后，再次使用單光束模式將單個(gè)晶片填補(bǔ)到由于先前移除不良管芯而導(dǎo)致的未填充的空余位置上。這種有選擇地移除和替換不需要的晶片的能力使LEAP制程相比其他并行轉(zhuǎn)移技術(shù)在良率上具有極大的優(yōu)勢(shì)。

    目前應(yīng)用于轉(zhuǎn)移晶片的雷射驅(qū)動(dòng)制程，與傳統(tǒng)的微器件取放制程相比，該過(guò)程是非接觸式的，當(dāng)晶片比較小且薄時(shí)，將大大降低傳統(tǒng)拾取制程造成的機(jī)械損壞，此外單次照射下能夠并行轉(zhuǎn)移多個(gè)晶片，轉(zhuǎn)移速度更高。然而無(wú)論是直接釋放還是熱釋放，由于存在間距，其晶片下落都會(huì)出現(xiàn)容易偏移和偏轉(zhuǎn)等不穩(wěn)定問(wèn)題，且下落速度都與雷射入射能量密度有關(guān)。相比較而言，熱釋放較燒蝕釋放下落速度雖然要低很多，便于晶片下落的控制；但熱釋放對(duì)光束均勻性較敏感，光束強(qiáng)度分布不均勻?qū)е箩尫艧後尫拍z層不均勻膨脹，從而導(dǎo)致組件釋放不均勻；同時(shí)，晶片尺寸縮小后范德華力、靜電力等會(huì)與重力的大小接近，以至于熱釋放過(guò)程不得不考慮這些力對(duì)其轉(zhuǎn)移的影響，因此燒蝕釋放機(jī)理的適用性更強(qiáng)，關(guān)于研究改善光束的均勻性對(duì)釋放角度的影響，機(jī)理包括光吸收、溫度隨時(shí)間變化分布、能量如何轉(zhuǎn)換為下落晶片的動(dòng)能等問(wèn)題尚待進(jìn)一步研究。

    3.3

    自組裝技術(shù)通常指基本結(jié)構(gòu)單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)）自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)，該構(gòu)想誕生于上世紀(jì)末，具有多組分同時(shí)并行組裝、避免了人為誤差的干擾、適用組裝的材料種類多、組份尺寸范圍廣，已應(yīng)用于光電材料、生物材料、醫(yī)藥材料等多種領(lǐng)域。自組裝的產(chǎn)物的缺陷程度是最低的，因?yàn)樽越M裝的過(guò)程是自發(fā)的，也就是說(shuō)在組裝的過(guò)程中各個(gè)組份之間就是按照最佳的結(jié)構(gòu)和組合方式組裝的。另外,自組裝技術(shù)所需的儀器設(shè)備比較廉價(jià),自組裝過(guò)程比較迅速,因?yàn)樽越M裝過(guò)程本身就是各組份自發(fā)組裝成產(chǎn)物的。

    目前自組裝技術(shù)主要分為分子自組裝(Molecular Self組件) 和定向自組裝(Directed self組件) 。分子自組裝 定向自組裝如圖8所示，是采用流體,電磁場(chǎng) 定向自組裝是在傳統(tǒng)技術(shù)不能完全滿足需要而分子自組裝技術(shù)又不成熟的情況下應(yīng)運(yùn)而生的，其方法主要有基于表面張力作用利用導(dǎo)向引導(dǎo)的定向自組裝,利用毛細(xì)作用力驅(qū)動(dòng)的定向自組裝及基于尺寸匹配,表面張力作用，次序自組裝于一體的混合三維定向自組裝等。

    自組裝技術(shù)作為一種并行制造技術(shù)，已經(jīng)提出了流體力。

    目前業(yè)界最為代表性的兩大自組裝技術(shù)分別是磁力自組裝和流體自組裝技術(shù)。磁力自組裝是Self Array公司開發(fā)的利用磁體、振動(dòng)和懸浮力將LED自組裝成陣列的技術(shù)，首先將LED外表包覆一層熱解石墨薄膜，放置在磁性平臺(tái)，在磁場(chǎng)引導(dǎo)下LED將快速排列到定位。采用這種方式，需要先處理磁性平臺(tái)，讓磁性平臺(tái)能有設(shè)計(jì)好的陣列分布，而分割好的LED器件，在磁場(chǎng)的作用下能快速實(shí)現(xiàn)定位，然后還是會(huì)通過(guò)像PDMS一類的中間介質(zhì)，轉(zhuǎn)移到目標(biāo)基底上去。流體自組裝技術(shù)是eLux公司利用流體的作用，讓LED落入做好的特殊結(jié)構(gòu)中，達(dá)到自組裝的效果。2017年eLux公司申請(qǐng)了此項(xiàng)技術(shù)專利。

    任何依賴于自組裝的新的系統(tǒng),要么能忍受它的缺陷,要么就得修復(fù)缺陷 自組裝技術(shù)的缺陷問(wèn)題一直是自組裝技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)自組裝過(guò)程可逆、自我調(diào)控或在線監(jiān)控才能減少或避免組裝體的缺陷；其他如自組裝前驅(qū)體的精確合成、尺寸效應(yīng)、動(dòng)力學(xué)和機(jī)制以及表征和控制，這些都是自組裝技術(shù)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。

    4.

    本文基于近代顯示技術(shù)的發(fā)展背景，分析了Micro LED 技術(shù)的發(fā)展?jié)摿�，總結(jié)出Micro LED 所具有的顯示技術(shù)優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)述了Micro LED 顯示器的制備制程，但由于μLED微縮化和全彩RGB μLED數(shù)量巨大，難以使用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)移技術(shù)在成本效益可觀的條件下實(shí)現(xiàn)具有高精度、高良率的轉(zhuǎn)移，使得巨量轉(zhuǎn)移成為制約其商業(yè)化的最關(guān)鍵的瓶頸技術(shù)。

    目前，巨量轉(zhuǎn)移已發(fā)展出多種技術(shù)流派，盡管基于不同的原理，但都需要將晶片從源生長(zhǎng)基板分離，然后通過(guò)某種作用方式選擇性地將LED晶片放置到目標(biāo)基板上。其中，基板分離是通過(guò)機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕或雷射作用等方式，對(duì)源基板進(jìn)行整體式批量處理，以便于后續(xù)的取放制程。相對(duì)而言，由于機(jī)械剝離蝕刻操作復(fù)雜，且蝕刻程度的不均勻性使得后續(xù)的選擇性拾取作用力需根據(jù)單次蝕刻結(jié)構(gòu)的斷裂特性進(jìn)行調(diào)整，可選擇性差；化學(xué)剝離受化學(xué)反應(yīng)速率影響，且后期需增加化學(xué)溶液干燥步驟，制程時(shí)間較長(zhǎng)；雷射剝離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效率地剝離，相對(duì)前兩者而言更方便后續(xù)選擇性取放制程，但存在對(duì)GaN薄膜的熱損傷問(wèn)題，仍需進(jìn)一步解決。

    晶片取放制程是巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)，從制程角度來(lái)講，如何實(shí)現(xiàn)高精度且選擇性地批量拾取、放置是各技術(shù)流派的核心內(nèi)容。對(duì)于精準(zhǔn)拾取技術(shù)而言，基于范德華力、靜電力、電磁力等力學(xué)原理產(chǎn)生對(duì)晶片的拾取放置的作用力，通過(guò)轉(zhuǎn)移頭來(lái)滿足選擇性操作，而轉(zhuǎn)移數(shù)量則取決于轉(zhuǎn)移頭的尺寸，但該技術(shù)大多對(duì)晶片有特殊要求，如電磁力轉(zhuǎn)移需要在晶片中摻入鐵、鎳等磁性材料，微印章轉(zhuǎn)移技術(shù)需要晶片與基板為弱連接結(jié)構(gòu)，這對(duì)晶片的發(fā)光特性會(huì)有一定的影響。雷射驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)移技術(shù)則基于雷射與物質(zhì)的作用機(jī)理，通過(guò)燒蝕或直接釋放原理產(chǎn)生轉(zhuǎn)移晶片的作用力，通過(guò)掩膜、光斑聚焦陣列化等方式實(shí)現(xiàn)選擇性，且雷射相對(duì)其他技術(shù)而言在修復(fù)方面具有優(yōu)勢(shì)，可以將壞點(diǎn)融掉，對(duì)于提高良率具有很大的作用，但雷射轉(zhuǎn)移雖然能夠滿足高速、選擇性轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移精度影響因素較多，需要研究雷射參數(shù)（如雷射能量密度、脈沖頻率、光斑大小等）、轉(zhuǎn)移裝置的幾何參數(shù)（如極板間距、晶片間距）等多種參數(shù)問(wèn)題，且雷射設(shè)備昂貴，相對(duì)而言成本會(huì)較高。自組裝技術(shù)可以在流體流動(dòng)過(guò)程總實(shí)現(xiàn)精確的位置和組裝，但選擇性差，后續(xù)缺陷修復(fù)會(huì)很困難。

    另外，除選擇性和精度外，為了提高經(jīng)濟(jì)和時(shí)間效益，轉(zhuǎn)移率也是確定不同轉(zhuǎn)移技術(shù)實(shí)用性的關(guān)鍵參數(shù)。在雷射驅(qū)動(dòng)，自組裝技術(shù)，精準(zhǔn)拾取技術(shù)中的彈性體印章和卷對(duì)卷沖壓等主流技術(shù)中，流體組裝表現(xiàn)出最快的轉(zhuǎn)移速度——每小時(shí)5,000萬(wàn)個(gè)晶片，而卷對(duì)卷輥印轉(zhuǎn)移率達(dá)每小時(shí)3600萬(wàn)個(gè)晶片，彈性體印章轉(zhuǎn)移率達(dá)每小時(shí)100萬(wàn)個(gè)晶片，從轉(zhuǎn)移速度看，流體組裝技術(shù)可以提供最好的轉(zhuǎn)移性能，但該技術(shù)的開發(fā)仍在進(jìn)行中。相對(duì)而言，流體組裝技術(shù)轉(zhuǎn)移速率最高，但由于流體力控制技術(shù)難度大，相對(duì)其他技術(shù)而言成功概率低，且實(shí)現(xiàn)較為困難；滾輪轉(zhuǎn)印技術(shù)和微印章轉(zhuǎn)移技術(shù)容易且轉(zhuǎn)移速率較高，但是選擇性差，后期檢修環(huán)節(jié)不容易實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致良率保障低；與此相似的靜電、磁力轉(zhuǎn)移由于轉(zhuǎn)移頭的尺寸限制，傳遞速度大大降低，但選擇性相對(duì)好且產(chǎn)率高。而雷射輔助技術(shù)由于其轉(zhuǎn)移速度快、可靠性高且選擇性好，可應(yīng)用于任何尺寸面板的轉(zhuǎn)移，在未來(lái)的巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)中占有極高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

    總體而言，Micro LED顯示技術(shù)仍屬于起步階段，巨量轉(zhuǎn)移等制約瓶頸使得其尚未能夠大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展。其未來(lái)的應(yīng)用有兩個(gè)方向，一個(gè)是小尺寸、超高解析度的方向；另一個(gè)是大尺寸巨型電視的方向。對(duì)于晶片轉(zhuǎn)移而言，小尺寸應(yīng)用為了保證超高解析度的顯示則更注重轉(zhuǎn)移精度，對(duì)組裝速率的要求相比大尺寸應(yīng)用要低一些；而尺寸較大的應(yīng)用則相反，顯示面積增大意味著需要更多數(shù)量的晶片參與轉(zhuǎn)移過(guò)程，相對(duì)而言更關(guān)注組裝速率和成本�？傮w而言，小尺寸顯示應(yīng)用如穿戴式手表等領(lǐng)域由于轉(zhuǎn)移數(shù)量少，難度相對(duì)較低，是當(dāng)前最容易實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用Micro LED顯示的領(lǐng)域；而中大尺寸應(yīng)用如電視等領(lǐng)域的決定因素在于成本，即低成本前提下滿足大批量、高速率轉(zhuǎn)移，這一技術(shù)當(dāng)前還需突破，目前商業(yè)化的可能性還比較低。

    參考文獻(xiàn)

    [1] 邰建鵬,郭偉玲.Micro LED顯示技術(shù)研究進(jìn)展[J].照明工程學(xué)報(bào),2019,30(01):18-25.

    [2] Eric, H, Virey,等. Status and Prospects of microLED Displays[J]. Sid International Symposium Digest of Technology Papers, 2018./

    [3] The Key Technology to Micro LED: Mass Transfer. CTIMES //en.ctimes.com.tw/DispArt.asp?O=HK28H8JSE42ARASTDQ

    [4] An introduction to MicroLED; a new self-emitting display technology //www.flatpanelshd.com/focus.php?subaction=showfull&id=1477048275

    [5] 天風(fēng)證券 Micro LED 點(diǎn)亮新一代顯示技技術(shù)

    max.book118.com/html/2019/0413/8055077120002016.shtm

    [6] Morkoç, 「Micro-LEDs, a manufacturability perspective,」 Appl. Sci. (Basel) 9(6), 1206 (2019).

    [7] Han HV , Lin HY , Lin CC , et al. Resonant-enhanced full-color emission of quantum-dot-based micro LED display technology[J]. Optics Express, 2015, 23(25):32504.

    [8] Feil, M, Adler, et al. The Challenge of Ultra Thin Chip Assembly[J]. Electronic Components & Technology Conference, 2004.

    [9] A. Piqué, Mathews SA , Pratap B , et al. Embedding electronic circuits by laser direct-write[J]. microelectronic engineering, 2006, 83(11-12):2527-2533.

    [10] LuxVue patent US 9,318,475

    [11] Nuzzo RG , Rogers JA , Menard E , et al. Pattern transfer printing by kinetic control of adhesion to an elastomeric stamp:, 2011.

    [12] Park SI , Xiong Y , Kim RH , et al. Printed Assemblies of Inorganic Light-Emitting Diodes for Deformable and Semitransparent Displays[J]. ence, 2009, 325(5943):977-981.

    [13] Kim HS , Brueckner E , Song J , et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(25):10072-10077.

    [14] Wong, MS, et al. (2019). “Review—Progress in High Performance III-Nitride Micro-Light-Emitting Diodes.”

    [15] Choi M , Jang B , Lee W , et al. Stretchable Active Matrix Inorganic Light-Emitting Diode Display Enabled by Overlay-Aligned Roll-Transfer Printing[J]. Advanced Functional Materials, 2017, 27(11):1606005.1-1606005.10.

    [16] Marinov V. Laser-Enabled Advanced Packaging of Ultrathin Bare Dice in Flexible Substrates[J]. Components Packaging & Manufacturing Technology IEEE Transactions on, 2012, 2(4): p.569\\t-577.

    [17] David Hwang. Epitaxial Growth, Nanofabrication, and Mass Transfer of InGaN Micro-LEDs for Displays. [D]. 2018

    [18] CHEN M,ZHANG BP,CAIL E,et .al.Auto-split laser liftoff technique for Vertical-injection GAN-based green emitting diodes[J]IEEE Photonics Journal,2013,5(4):8400407-1-8400407-7.

    [19] TPM,HSU SC,CHANG C YH High quality vertical light emitting diodes fabrication by mechanical lit-off technique[J]. Proc SPIE 2011,8123(3):91-94.

    [20] LEE CY, LIN DW, LIU, CY, et al. A study of mechanical liftoff technology for high-efficiency vertical LEDs using microporous GaN template[C]/Proceedings of CLEO: Applications and Technology. San Jose, California, USA, 2013.1-2

    [21] KELLY MK, AMBACHER O, DIMI TROV R, et al. Optical process for liftoff of group III -nitride films[J]. Physical Status Solidi,1997,159(159):R3-R4.

    [22] HAJ S, LEE SW, LEE HJ, et al. The fabrication of vertical light-emitting diodes using chemical lift-off process [J]IEEE Photonics Technology Letters,2008,20(3):175-177.

    [23] HORNG RH, PANC T. TSAIT Y, et al. Transferring thin film GaN LED epi-structure to the Cu substrate by chemical it-off technology[J] Electrochemical and Solid State Letters,2011,14(7)H281-H284.

    [24] JIANG RH,LIN CF,HUANG YC, et al. Separating InGaN membranes from GaN/sapphire templates through a crystallographic-etch-limited process [J].RSC Advances, 2013,32(12): 13446-13450.

    [25] SHIMOJUKU M.KOJIMA A.SHIMADA M, et al A damage-free sapphire substrate removal process to realize highly manufacturable wafer-level white LED package [C] Proceedings of the IEEE CPMT Symposium Japan.Kyoto,Japan,2013:1-2.

    [26] DELMDAHL R,POTZEL R, BRUNE J.Large-area laserlift-off processing in microelectronics[J]Physics Procedia,2013, 41(30):241-248.

    [27] KIM JG, KIM JH, CHO SH, et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation [J]. Applied Physics:A,2016,122(4):1-6.

    [28] Hahn, B.; Galler, B.; Engl, K. Development of high-efficiency and high-power vertical light emitting diodes. Jpn. J. Appl. Phys. 2014, 53, 100208

    [29] Liu, HF; Seng, HL; Teng, JH; Chua, SJ; Chi, DZ Effects of lift-off and strain relaxation on optical properties of InGaN/GaN blue LED grown on 150 mm diameter Si (111) substrate. J. Cryst. Growth 2014, 402, 155.

    [30] Trindade AJ , Guilhabert B , Massoubre D , et al. Nanoscale-accuracy transfer printing of ultra-thin AllnGaN light-emitting diodes onto mechanically flexible substrates[J]. Applied Physics Letters, 2013, 103(25):253302.1-253302.4.

    [31] Kim, J.-Y., et al. (2019). “Mass Transfer of Microscale Light-Emitting Diodes to Unusual Substrates by Spontaneously Formed Vertical Tethers During Chemical Lift-Off.” Applied Sciences 9(20).

    [32] Feng X, Meitl MA, Bowen AM, et al. Competing fracture in kinetically controlled transfer printing[J]. Langmuir, 2007, 23(25): 12555-12560.

    [33] Cheng H, WuJ, YuQ, ct al. An analytical model for shear- enhanced adhesiveless transfer printing. Mech Res Commun, 2012, 43: 46- 49

    [34] Gorb S, Varenberg M, Peressadko A, et al. Biomimetic mushroom-shaped fibrillar adhesive microstructure. JR Soc Interface, 2007, 4: 271-275

    [35] Chen H, Feng x, Huang Y, et al. Experiments and viscoelastic analysis of peel test with patterned strips for applications to transfer printing. [J]Mech Phys Solids, 2013, 61: 1737-1752

    [36] Kim s, Wu 1, Carson A. et al. Microstructured elastomeric surfaces with reversible adhesion and examples of their use in deterministic assembly by transfer printing. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107: 17095-17100

    [37] Yan Z, Pan T, Xue M, et al. Thermal rclease transfer printing for stretchable confomal bioelectronics. Adv Sci, 2017, 4: 1700251

    [38] Kim, J.-Y., et al. (2019). “Mass Transfer of Microscale Light-Emitting Diodes to Unusual Substrates by Spontaneously Formed Vertical Tethers During Chemical Lift-Off.” Applied Sciences 9(20).

    [39] A. Kantrowitz, 「Propulsion to orbit by ground-based lasers」, Astronautics & Aeronautics (A/A) Vol.10, 74-76, 1972

    [40] Karlitskaya NS , Lange DFD , Sanders R , et al. Study of laser die release by Q-switched Nd:YAG laser pulses[J]. Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering, 2004, 5448:935-943.

    [41] Karlitskaya NS , Meijer J , Lange DFD , et al. Laser propulsion of microelectronic components: releasing mechanism investigation[C]// High-Power Laser Ablation VI. International Society for Optics and Photonics, 2006.

    [42] Kim J , Kim JH , Cho SH , et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using 266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation[J]. Applied Physics A, 2016, 122(4):305.

    [43] Zweig AD , Deutsch TF . Shock waves generated by XeCl excimer laser ablation of polyimide in air and water[C]// Conference on Lasers & Electro-optics. 1992.

    [44] Holmes AS, Saidam S M. Sacrificial layer process with laser-driven release for batch assembly operations[J]. Journal of Microelectromechanical Systems, 1998, 7(4): 416-422

    [45] Holmes A S. Laser processes for MEMS manufacture[C]//Second International Symposium on Laser Precision Microfabrication. International Society for Optics and Photonics, 2002, 4426: 203-209

    [46] Alberto Piqué, Kim H , Arnold CB . Laser Forward Transfer of Electronic and Power Generating Materials[M]// Laser Ablation and its Applications. 2007.

    [47] A. Piqué, 「Use of laser direct-write in microelectronics assembly,」 J. Laser Micro/Nanoeng., vol. 2, no. 1, pp. 103–107, 2007.

    [48] Miller R . Noncontact Selective Laser-Assisted Placement of Thinned Semiconductor Dice[J]. Components, Packaging and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on, 2012, 2(6):p.971-978.

    [49] Marinov V, Swenson O, Miller R, et al. Laser-enabled advanced packaging of ultrathin bare dice in flexible substrates[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 2011, 2(4): 569-577.

    [50] 邢麗,張復(fù)實(shí),向軍輝,楊鏡奎.自組裝技術(shù)及其研究進(jìn)展[J].世界科技研究與發(fā)展,2007(03):39-44.

    [51] Grzybowski BA, Whitesides G M. Directed dynamic self-assembly ofobjects rotating on two parallel fluid interfaces.J ChemPhys, 2002, 116 (19) :8571~8577

    [52] Adam W, Byron DG, Logan SM, et al.Directed self-assembly ofspherical particles on patterned electrodes by an applied electricield.Adv Mater, 2005, 17:1507~1511

    [53] Huang, Y., Duan, X., Wei, Q. & Lieber, CM Directed assembly ofone-dimensional nanostructures into functional Networks.Science291,630–633 (2001).

    [54] Dendukuri, D., Hatton, TA & Doyle, PS Synthesis and self-assembly ofamphiphilic polymeric microparticles.Langmuir23,4669–4674 (2006)

    [55] Tanase, M.et al.Magnetic trapping and self-assembly of multicomponentnanowires.J. Appl. Phys.91,8549–8551 (2002).

    [56] Tasoglu, S.et al.Paramagnetic Levitational Assembly of Hydrogels.Adv. Mater.25,1137–1143 (2013).

    [57] Hulteen, JC & Van Duyne, RP Nanosphere lithography: A materials generalfabrication process for periodic particle array surfaces.J. Vac. Sci. Technol. A13,1553–1558 (1995).

    [58] Gracias, DH, Tien, J., Breen, TL, Hsu, C. & Whitesides, GM Formingelectrical networks in three dimensions by self-assembly.Science289,1170–1172 (2000).

    [59] Tasoglu S , Yu CH , Gungordu HI , et al. Guided and magnetic self-assembly of tunable magnetoceptive gels[J]. Nature Communications, 2014, 5:4702.

    [60] ServiceR E. How far can we push chen ical se If assembly Science,2005, 309: 95 .

    [61] Texter I, Tirell M，Chen ical processing by self – assenb ly.A ChE，2001, 47: 1706~1710

    [62] Jin SX , Li J , Li JZ , et al. GaN microdisk light emitting diodes[J]. Applied Physics Letters, 2000, 76(5):631—633633.

    [63] Xu, H., et al. (2008). “Application of blue-green and ultraviolet micro-LEDs to biological imaging and detection.” Journal of Physics D-Applied Physics 41(9).

    [64] Jeon, CW, et al. (2002). “Fabricaltion of two-dimensional InGaN-Based micro-LED arrays.” Physica Status Solidi a-Applied Research 192(2): 325-328.

    [65] Jeon, CW, et al. (2003). Fabrication and performance of high-density, matrix-addressable green and ultraviolet micro-LED arrays. 2003 Ieee Leos Annual Meeting Conference Proceedings, Vols 1 and 2: 878-879.

    [66] Jin, X., et al. (2006). Study on the fabrication of orange micro-LED arrays for display. Ico20: Display Devices and Systems. T. Uchida, X. Liu and H. Song. 6030.

    [67] Onushkin, GA, et al. (2006). Micro-EL studying of high power blue LEDs. Physica Status Solidi C – Current Topics in Solid State Physics, Vol 3, No 6. S. Hildebrandt and M. Stutzmann. 3: 2149-2152.