CN108695412B - 传输微小元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种传输微小元件的方法。提供载体基板。载体基板上设置有缓冲层以及多个微小元件。缓冲层位于载体基板与微小元件之间。微小元件彼此分离且通过缓冲层而定位于载体基板上。令接收基板与载体基板上的微小元件相接触。至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度，而使至少部分微小元件从载体基板释放并传输至接收基板上。至少部分微小元件的数量介于1000个至2000000之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种传输的方法，尤其涉及一种可巨量传输微小元件的方法。
背景技术
现今可通过静电力或磁力等超距力的方式，将载体基板上的发光二极管转板至接收基板上。然而，通过上述方式所传输的发光二极管的数量因受限静电头或磁力头大小，因此无法有效提升传输的效率，进而无法满足巨量传输的需求。此外，上述方式必须先通过静电头或磁力头接触载体基板上的发光二极管以静电或磁力的方式拾取后，再转移且定位于接收基板上；之后，通过解除静电力或磁力等超距力的方式将发光二极管释放至接收基板上。上述如此步骤繁复的传输发光二极管的步骤，使得发光二极管在转板的程序中效率难以提升。
发明内容
本发明提供一种传输微小元件的方法，其可达到巨量传输微小元件的目的，且可具有传输效率高的优势。
本发明的传输微小元件的方法，其包括以下步骤。提供载体基板，载体基板上设置有缓冲层以及多个微小元件，缓冲层位于载体基板与微小元件之间，微小元件彼此分离且通过缓冲层而定位于载体基板上；令接收基板与载体基板上的微小元件相接触；以及至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度，而使至少部分微小元件从载体基板释放并传输至接收基板上，其中至少部分微小元件的数量介于1000个至2000000个之间。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲层覆盖载体基板的下表面，而微小元件暴露出部分缓冲层。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲层包括多个对应微小元件的缓冲部，缓冲部彼此分离且暴露出部分载体基板。
在本发明的一实施例中，上述的令接收基板与载体基板上的微小元件相接触的步骤包括：在微小元件与接收基板之间提供接合层，微小元件通过接合层与接收基板相接触。
在本发明的一实施例中，上述的接合层形成于微小元件上或接收基板上，以整面覆盖微小元件的多个下表面或接收基板的上表面。
在本发明的一实施例中，上述的接合层包括多个对应微小元件的接合部。
在本发明的一实施例中，上述的接合部形成于微小元件上、接收基板上或微小元件与接收基板上。
在本发明的一实施例中，上述的至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度的步骤包括：升高载体基板的温度，以降低至少部分微小元件与载体基板之间的接合力，而使微小元件传输至接收基板。
在本发明的一实施例中，上述的升高载体基板的温度至摄氏温度50度至200度之间。
在本发明的一实施例中，上述的至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度，其中载体基板的温度与接收基板的温度不同。
在本发明的一实施例中，上述的接合层的材质与缓冲层的材质相同，接合层的熔点温度为Tmr，载体基板的温度为Tc，接收基板的温度为Tr，且Tr＜Tmr＜Tc。
在本发明的一实施例中，上述的所述接合层的材质与所述缓冲层的材质不同，接合层的熔点温度为Tmr，缓冲层的熔点温度为Tmc，载体基板的温度为Tc，接收基板的温度为Tr，且Tc＞Tmc，且Tr＜Tmr。
在本发明的一实施例中，上述的每一微小元件的最大宽度介于3微米至100微米之间。
在本发明的一实施例中，上述的每一微小元件为无机发光二极管。
在本发明的一实施例中，上述的载体基板由无机材料所构成，而缓冲层由有机材料所构成，且载体基板的硬度大于缓冲层的硬度。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲层的杨氏模量(Young’s modulus)小于10GPa，而载体基板的杨氏模量大于20GPa。
在本发明的一实施例中，上述的微小元件的硬度大于缓冲层的硬度。
在本发明的一实施例中，上述的缓冲层的杨氏模量小于10GPa，而微小元件的杨氏模量大于20GPa。
在本发明的一实施例中，上述的载体基板的表面粗糙度小于2.5微米。
基于上述，本发明的传输微小元件的方法是令接收基板与载体基板上的微小元件相接触之后，通过至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度，而使数量介于1000个至2000000个之间的微小元件同时性地从载体基板释放并传输至接收基板上。相较于现有通过静电力或磁力等超距力的方式来进行发光二极管的转板程序而言，本发明的传输微小元件的方法可达成巨量传输微小元件的目的，且可具有传输效率高的优势。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C示出为本发明的一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。
图2A至图2C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。
图3A至图3C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。
图4A至图4C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。
图5A至图5C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。
附图标记说明
100：载体基板
102：下表面
110a、110b：缓冲层
112：缓冲部
120：微小元件
130：接收基板
132：上表面
140a、140c、140d、140e：接合层
142a、142c、142d：接合部
S1：第一支撑板
S2：第二支撑板
具体实施方式
图1A至图1C示出为本发明的一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。请先参考图1A，依照本实施例的传输微小元件的方法，首先，提供载体基板100。载体基板100上设置有缓冲层110a以及多个微小元件120，其中缓冲层110a位于载体基板100与微小元件120之间，而微小元件120彼此分离且通过缓冲层110a而定位于载体基板100上。
详细来说，本实施例的载体基板100的表面粗糙度例如是小于2.5微米，较佳地，介于0.01微米至2微米，且载体基板100的材质是无机材料，例如是蓝宝石基板或玻璃基板，但并不以此为限。控制载体基板100的表面粗糙度小于2.5微米，可使得微小元件120的水平高度均一，传输微小元件120的制程稳定度较高。如图1A所示，缓冲层110a整面覆盖载体基板100的下表面102，其中缓冲层110a可视为缓冲结构，其材质为有机材料，例如为具有粘性的高分子聚合物，以热固化或UV固化而成，如环氧树脂、聚酰亚胺、聚酯、聚氨酯、苯并环丁烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯及上述材料之组合。也就是说，缓冲层110a可同时具有粘着以及缓冲的功能。再者，缓冲层110a可为一层或多层结构，举例来说，缓冲层110a可为二种高分子材料的双层结构，或是由二种高分子交替堆叠而成多层结构，但不以此为限。此外，本实施例的缓冲层110a的材质也可为熔点低于摄氏温度200度的金属或是合金，例如铟、铟铋合金、锡铋合金、铅锡合金、锌锡合金等，但不以此为限。载体基板100的硬度大于缓冲层110a的硬度，而微小元件120的硬度大于缓冲层110a的硬度，其中缓冲层110a的杨氏模量小于10GPa，而载体基板110a的杨氏模量大于20GPa，且微小元件120的杨氏模量大于20GPa。
如图1A所示，本实施例的微小元件120通过缓冲层110a而以阵列排列的方式定位于载体基板100上，其中微小元件120暴露出部分缓冲层110a，意即相邻两微小元件120之间会暴露出部分缓冲层110a。此处，微小元件120例如是无机发光二极管，如水平式发光二极管或垂直式发光二极管，较佳地，每一微小元件120的最大宽度例如是介于3微米至100微米之间。也就是说，本实施例的微小元件120具体化为微型发光二极管。
接着，请再参考图1A，提供接收基板130，其中接收基板130具体化为薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)基板。在其他的实施例中，接收基板130可以是玻璃基板、陶瓷基板、半导体(Semiconductor)基板、次粘着基台(Submount)、互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)电路基板、硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon,LCOS)基板或其他具有驱动单元的基板。
须说明的是，为了提高载体基板100与接收基板130的结构强度，本实施例的载体基板100可配置于第一支撑板S1上，而接收基板130可配置于第二支撑板S2上，其中第一支撑板S1可为具有加热功能的支撑板或没有加热功能的支撑板，而第二支撑板S2可为具有加热功能的支撑板或没有加热功能的支撑板。
接着，请同时参考图1A与图1B，令接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触。在本实施例中，令接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触的步骤包括：在微小元件120与接收基板130之间提供接合层140a，其中微小元件120通过接合层140a与接收基板130相接触。此处，接合层140a具体化包括多个对应微小元件120的接合部142a，而接合部142a是形成于接收基板130上，但并不以此为限。换言之，微小元件120是夹置于设置在载体基板100上的缓冲层110a与形成在接合基板130上的接合层140a之间。此处，接合层140a的材质可与缓冲层110a的材质相同，借着不同温度的载体基板100与接收基板130，使得缓冲层110a与接合层140a为不同的相态。举例来说，当缓冲层110a为液态，而接合层140a为固态时，意即缓冲层110a与接合层140a呈现不同的相态，此时微小元件120转移的时候不会产生滑动或位移的现状，因而使微小元件120从载体基板100释放并可准确地传输至接收基板130上的对应位置。此外，本实施例的接合层140a的材质也可与缓冲层110a的材质不同，接合层140a的材质并不受限，金属或高分子聚合物均可为接合层140a的材质，可用以接合微小元件120与接收基板130，并搭配缓冲层110a的材料熔点选择适合的材料皆可作为接合层110a的材料。
由于缓冲层110a的硬度小于载体基板100的硬度以及微小元件120的硬度，因此当接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触时，硬度较大的载体基板100与微小元件120不会受到损坏，可确保传输后的微小元件120良率。再者，缓冲层110a的杨氏模量数小于载体基板100的杨氏模量数以及微小元件120的杨氏模量数，意即缓冲层110a可具有较大的弹性，因此，当接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触时所产生的应力可由缓冲层110a所吸收，可使微小元件120准确的传输到预定的位置，降低因微小元件120位移而产生的良率问题。较佳地，缓冲层110a的杨氏模量介于0.01GPa至10GPa，而微小元件120与载体基板100的杨氏模量介于20GPa至300GPa。
须说明的是，此处所示出的接合层140a的接合部142a为一示意结构，其必须搭配微小元件120的结构型态来设计。举例来说，当微小元件120具体化为水平式发光二极管时，接合部142a须搭配微小元件120的两个电极而形成彼此分离的两个部分；而，当微小元件120具体化为垂直式发光二极管时，接合部142a须搭配微小元件120的一个电极，而如图1A至图1C中所示出的型态。此外，本实施例的接合层140a的接合部142a的个数实质上与微小元件120的个数相同，因此本实施例的微小元件120可全部传输到形成在接收基板130上的接合层140a的接合部142a上。特别是，本实施例中传输到接收基板的微小元件120的数量，较佳地，介于1000个至1000002000000个之间。
最后，请参考图1C，至少改变载体基板100与接收基板130其中一个的温度，而使至少部分微小元件120从载体基板100释放并传输至接收基板130上。详细来说，至少改变载体基板100与接收基板130其中一个的温度的步骤包括：首先，升高载体基板100的温度，以降低至少部分微小元件120与载体基板100之间的接合力。此处，可通过第一支撑板S1来加热载体基板100，以升高载体基板100的温度或是通过第二支撑板S2来加热，通过热传导机制来加热载体基板100。当载体基板100的温度上升时，缓冲层110a因其材料特性的关系，会产生融(熔)态，而因此降低微小元件120与载体基板100之间的接合力，藉此微小元件120便从载体基板100释放并传输至接收基板130上。
除上述步骤外，可进一步包含微小元件120与接收基板130接合的步骤，详述如下，升高接收基板130的温度，以液化接合层140a。此处，可通过第二支撑板S2来加热接收基板130，以升高接收基板130的温度。当接收基板130的温度上升时，接合层140a因其材料特性的关系会液化。最后，须对接收基板130进行退火处理，使接合层140a由液态相转变为固态，以加强微小元件120与接收基板130之间接合力。
此外，也可以改为使用具有粘性的材料作为接合层140a，选择粘性足够的材料，使得微小元件120与接合层140a之间的粘着力大于微小元件120与载体基板100之间的接合力，因此将微小元件120通过接合层140a而接合到接收基板130上。
进一步来说，至少改变载体基板100与接收基板130其中一个的温度后，载体基板100的温度与接收基板130的温度不同。较佳地，升高载体基板100的温度至摄氏温度50度至200度之间，而升高接收基板130的温度至摄氏温度80度至280度之间。更具体来说，若接合层140a的材质与缓冲层110a的材质相同，缓冲层110a的熔点温度为Tmr，载体基板100的温度为Tc，接收基板130的温度为Tr，且Tr＜Tmr＜Tc。也就是说，在接合层140a与缓冲层110a采相同材质的情况下，缓冲层110a的熔点温度Tmc必须介于接收基板130的温度Tr与载体基板100的温度Tc之间。如此一来，载体基板100上的微小元件120才可通过载体基板100与接收基板130之间的温度差而转移至接收基板130上。
另一方面，若接合层140a的材质与缓冲层110a的材质不同，接合层140a的熔点温度为Tmr，缓冲层110a的熔点温度为Tmc，载体基板100的温度为Tc，接收基板130的温度为Tr，且Tc＞Tmc，且Tr＜Tmr。也就是说，在接合层140a与缓冲层110a采不同材质的情况下，载体基板100的温度Tc要大于缓冲层110a的熔点温度Tmc，以有效使缓冲层110a因其材料特性的关系产生融(熔)态，因而降低微小元件120与载体基板100之间的接合力；而接收基板130的温度Tr要小于接合层140a的熔点温度Tmr，而使微小元件120转移至接收基板130。
简言之，本实施例的传输微小元件的方法是令接收基板130与载体基板100上数量介于1000个至2000000个之间的微小元件120相接触之后，通过载体基板100与接收基板130之间的温度差，而使的微小元件120从载体基板100释放并传输至接收基板130上，而完成传输微小元件的动作。相较于现有通过静电力或磁力等超距力的方式来进行发光二极管的转板程序而言，本实施例的传输微小元件的方法可一次传输1000个至2000000个微小元件，可达成巨量传输微小元件120的目的，且可具有传输效率高的优势。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图2A至图2C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。请同时参考图2A与图1A，本实施例的传输微小元件与图1A的传输微小元件相似，两者的差异在于：在提供载体基板100的步骤中，本实施例的缓冲层110b包括多个对应微小元件120的缓冲部112，其中缓冲部112彼此分离且暴露出部分载体基板100。此处，缓冲部112的个数实质上与微小元件120的个数相同，而接合层140a的接合部142a的个数实质上与微小元件120的个数相同。特别是，缓冲部112于载体基板100上的正投影面积完全重叠且小于对应的微小元件120于载体基板100上的正投影面积，其目的在于当微小元件120转板时缓冲部112能提供更好的缓冲效果。
接着，同图1B的步骤，请参考图2B，令接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触。此处，载体基板100上的微小元件120分别与接收基板130上的接合层140a的接合部142a相接触。之后，同图1C的步骤，请参考图2C，改变载体基板100与接收基板130的温度，通过载体基板100与接收基板130之间的温度差，而使微小元件120全部从载体基板100释放到接收基板130上。
图3A至图3C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。请同时参考图3A与图3B以及图2A与图2B，本实施例的传输微小元件与图2A与图2B的传输微小元件相似，两者的差异在于：在接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触的步骤中，本实施例的接合层140c的接合部142c是形成于部分微小元件120上。也就是说，接合层140c的接合部142c是选择性地形成在微小元件120上。因此，当接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触时，仅只有部分的微小元件120可通过接合层140c的接合部142c接合于接收基板130上。
之后，同图2C的步骤，请参考图3C，改变载体基板100与接收基板130的温度，通过载体基板100与接收基板130之间的温度差，而使部分微小元件120从载体基板100释放到接收基板130上。此时，如图3C所示，尚有一部分的微小元件120是仍定位在载体基板100上，并未被传输到接收基板130上。换言之，本实施例的传输微小元件的方法可以是局部地或有选择性地将载体基板100上的微小元件120传输至接收基板130上。
图4A至图4C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。请同时参考图4A与图4B以及图2A与图2B，本实施例的传输微小元件与图2A与图2B的传输微小元件相似，两者的差异在于：在接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触的步骤中，本实施例的接合层140d的接合部142d形成于接收基板130上，且接合部142d仅对应部分微小元件130。也就是说，接合层140d的接合部142d是选择性地形成在接收基板130上。因此，当接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触时，仅只有部分的微小元件120可通过接合层140d的接合部142d接合于接收基板130上。
之后，同图2C的步骤，请参考图4C，改变载体基板100与接收基板130的温度，通过载体基板100与接收基板130之间的温度差，而使部分微小元件120从载体基板100释放到接收基板130上。此时，如图4C所示，尚有一部分的微小元件120是仍定位在载体基板100上，并未被传输到接收基板130上。换言之，本实施例的传输微小元件的方法可以是局部地或有选择性地将载体基板100上的微小元件120传输至接收基板130上。
图5A至图5C示出为本发明的另一实施例的一种传输微小元件的方法的剖面示意图。请同时参考图5A与图5B以及图2A与图2B，本实施例的传输微小元件与图2A与图2B的传输微小元件相似，两者的差异在于：在接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触的步骤中，本实施例的接合层140e形成于接收基板130上，且是以整面覆盖接收基板130的上表面132。也就是说，接合层140e为无图案化的结构层，因此当接收基板130与载体基板100上的微小元件120相接触时，微小元件120可全部通过接合层140c接合于接收基板130上。
之后，同图2C的步骤，请参考图5C，改变载体基板100与接收基板130的温度，通过载体基板100与接收基板130之间的温度差，而使全部的微小元件120从载体基板100释放到接收基板130上。简言之，本实施例的传输微小元件的方法可以是全部地将载体基板100上的微小元件120传输至接收基板130上。
综上所述，本发明的传输微小元件的方法是令接收基板与载体基板上数量介于1000个至2000000个之间的微小元件相接触之后，通过至少改变载体基板与接收基板其中一个的温度，而使至少部分微小元件从载体基板释放并传输至接收基板上，而完成传输微小元件的动作。相较于现有通过静电力或磁力等超距力的方式来进行发光二极管的转板程序而言，本发明的传输微小元件的方法可达成巨量传输微小元件的目的，且可具有传输率高的优势。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (18)
1.一种传输微小元件的方法，包括：
提供载体基板，所述载体基板上设置有缓冲层以及多个微小元件，所述缓冲层位于所述载体基板与所述多个微小元件之间，所述多个微小元件的每一个的上表面与所述缓冲层完全接触，所述多个微小元件彼此分离且通过所述缓冲层而定位于所述载体基板上，其中所述缓冲层包括对应所述多个微小元件的多个缓冲部，所述多个缓冲部彼此分离且暴露出部分所述载体基板，所述多个缓冲部于所述载体基板上的正投影面积完全重迭且小于对应的所述多个微小元件于所述载体基板上的正投影面积，且所述多个缓冲部的杨氏模量小于所述载体基板的杨氏模量以及所述多个微小元件的杨氏模量；
在所述多个微小元件与接收基板之间提供接合层；
令所述接收基板与所述载体基板上的所述多个微小元件相接触；
在所述多个微小元件接触所述接收基板之后，通过升高所述载体基板的温度来熔化所述缓冲层，从而减小至少部分所述多个微小元件与所述载体基板之间的接合力；以及
通过升高所述接收基板的温度来使所述接合层液化之后,对所述接收基板进行退火处理使所述接合层由液态相转变为固态，以使得至少部分所述多个微小元件与所述接合层之间的粘着力大于至少部分所述多个微小元件与所述载体基板之间的接合力，而使至少部分所述多个微小元件从所述载体基板释放并传输至所述接收基板上，其中至少部分所述多个微小元件的数量介于1000个至2000000个之间。
2.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中所述缓冲层覆盖所述载体基板的下表面，而所述多个微小元件暴露出部分所述缓冲层。
3.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中令所述接收基板与所述载体基板上的所述多个微小元件相接触的步骤包括：
所述多个微小元件通过所述接合层与所述接收基板相接触。
4.根据权利要求3所述的传输微小元件的方法，其中所述接合层形成于所述多个微小元件上或所述接收基板上，以整面覆盖所述多个微小元件的多个下表面或所述接收基板的上表面。
5.根据权利要求3所述的传输微小元件的方法，其中所述接合层包括多个对应所述多个微小元件的接合部。
6.根据权利要求5所述的传输微小元件的方法，其中所述多个接合部形成于所述多个微小元件上、所述接收基板上或所述多个微小元件与所述接收基板上。
7.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中至少改变所述载体基板与所述接收基板其中一个的温度的步骤包括：
升高所述载体基板的温度，以降低至少部分所述多个微小元件与所述载体基板之间的接合力，而使所述多个微小元件传输至所述接收基板。
8.根据权利要求7所述的传输微小元件的方法，其中升高所述载体基板的温度至摄氏温度50度至200度之间。
9.根据权利要求3所述的传输微小元件的方法，其中至少改变所述载体基板与所述接收基板其中一个的温度后，所述载体基板的温度与所述接收基板的温度不同。
10.根据权利要求9所述的传输微小元件的方法，其中所述接合层的材质与所述缓冲层的材质相同，所述接合层的熔点温度为Tmr，所述载体基板的温度为Tc，所述接收基板的温度为Tr，且Tr＜Tmr＜Tc。
11.根据权利要求9所述的传输微小元件的方法，其中所述接合层的材质与所述缓冲层的材质不同，所述接合层的熔点温度为Tmr，所述缓冲层的熔点温度为Tmc，所述载体基板的温度为Tc，所述接收基板的温度为Tr，且Tc＞Tmc，且Tr＜Tmr。
12.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中各所述多个微小元件的最大宽度介于3微米至100微米之间。
13.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中各所述多个微小元件为无机发光二极管。
14.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中所述载体基板由无机材料所构成，所述缓冲层由有机材料所构成，且所述载体基板的硬度大于所述缓冲层的硬度。
15.根据权利要求14所述的传输微小元件的方法，其中所述缓冲层的杨氏模量小于10GPa，而所述载体基板的杨氏模量大于20GPa。
16.根据权利要求14所述的传输微小元件的方法，其中所述多个微小元件的硬度大于所述缓冲层的硬度。
17.根据权利要求16所述的传输微小元件的方法，其中且所述缓冲层的杨氏模量小于10GPa，而所述多个微小元件的杨氏模量大于20GPa。
18.根据权利要求1所述的传输微小元件的方法，其中所述载体基板的表面粗糙度小于2.5微米。
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