CN109661122B - 一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微型发光二极管转移相关技术领域，其公开了一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，该方法包括以下步骤：(1)将制备在蓝宝石基板上的微型发光二极管阵列粘接在临时转移基板上；(2)将所述微型发光二极管阵列自所述临时转移基板转移到透明基板上，所述透明基板设置有热释放胶层；(3)选择性地点亮所述微型发光二极管阵列中的待转移微型发光二极管；(4)采用紫外激光扫描所述透明基板的背面，使点亮的所述待转移微型发光二极管脱离所述热释放胶层并转移到目标基板上。本发明工艺简单，适用性较强，准确性较高，且提高了良品率及生产效率。
Description
技术领域
本发明属于微型发光二极管转移相关技术领域，更具体地，涉及一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法。
背景技术
近年来，微型发光二极管(Micro LED，μLED)的制作工艺日趋完善，相比传统显示面板，微型发光二极管具有尺寸更小、分辨率更高、亮度更高、发光效率更高、功耗更低等众多优点，因此也被认为是下一代显示技术的主流。
通常发光二极管的制备流程是首先将二极管(LED)结构薄膜化、微小化、阵列化，使其尺寸仅在10微米左右，然后将微型发光二极管批量式转移至显示电路基板上，最后进行封装。其中，如何实现批量式转移则是此流程的关键难点，巨量转移(Mass Transfer)技术也应运而生。巨量转移技术是指将生长在原生基板上的微型发光二极管批量式转移到电路基板上的技术，每一个微型发光二极管对应电路基板上的一个亚像素，由于微型发光二极管的尺寸小，定位精度要求高，而且电路基板上需要数以百计的亚像素，且原生基板上的微型发光二极管与电路基板上的亚像素还存在间距不匹配的问题。如何能够高效率、高成品率、有选择性的将制作出来的微型发光二极管批量式转移到电路基板上成为了一项技术难点。
目前能够实现选择性释放或者接收的巨量转移技术主要包括以下几种：1、通过制作模具实现选择性转移(如CN201711162098.0)，该方法通过在模具上制作左右不对称的微型孔来定位微型发光二极管，在有微型孔的地方微型发光二极管的形状与孔的形状保持一致，增加了微型发光二极管和模具的制作难度；2、通过流体自组装实现选择性转移(如CN201710561814.6)，该方法通过将带有磁极的微型发光二极管和电路基板放入待定溶液中，通过磁力吸附定位，被磁力吸附定位的微型发光二极管被转移，反之则不被转移，此方法增加了制作工艺，而且可能存在遗漏或者定位不精确的问题。相应地，本领域存在着发展一种工艺简单的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其基于现有微型发光二极管的转移特点，研究及设计了一种工艺简单且精度较好的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法。所述转移方法通过选择性对微型发光二极管进行通电检测，利用微型发光二极管发光时的热效应来显著降低粘接在微型发光二极管上方的热释放胶层的粘性；同时利用激光照射引起的冲击效应实现对粘结在低粘区域的微型发光二极管的选择性批量转移。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，该转移方法包括以下步骤：
(1)将制备在蓝宝石基板上的微型发光二极管阵列粘接在临时转移基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板分离；
(2)将所述微型发光二极管阵列自所述临时转移基板转移到透明基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述临时转移基板分离；所述透明基板设置有热释放胶层，所述热释放胶层包括聚合物吸光层及设置在所述聚合物吸光层上的热释放粘合胶层，所述聚合物吸光层粘接在所述透明基板上，所述微型发光二极管阵列设置于所述热释放粘合胶层上；
(3)选择性地点亮所述微型发光二极管阵列中的待转移微型发光二极管，并判断被点亮的所述待转移微型发光二极管的发光情况，若满足要求，则转至步骤(4)，否则，更换一批所述待转移微型发光二极管进行选择性地点亮；其中，点亮的所述待转移微型发光二极管发光时产生的热量加热所述热释放粘合胶层与其相接触的区域，以降低所述热释放粘合胶层与点亮的所述待转移微型发光二极管相接触的区域的粘附力；
(4)采用紫外激光扫描所述透明基板的背面，使所述紫外激光穿过所述透明基板后被所述聚合物吸光层吸收并产生冲击力，所述冲击力使得点亮的所述待转移微型发光二极管脱离所述热释放粘合胶层并转移到目标基板上，由此实现微型发光二极管的选择性巨量转移。
进一步地，所述微型发光二极管阵列的基底是采用氮化镓材料制成的。
进一步地，采用所述紫外激光穿过所述蓝宝石基板后照射在所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板之间的界面上，以将所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板分离。
进一步地，所述聚合物吸光层是由光敏聚合物材料制成的；所述热释放粘合胶层的组分包括高分子聚甲基丙烯酸酯。
进一步地，步骤(3)中，将所述透明基板按压在驱动电路板上，通过所述驱动电路板来选择性地点亮所述待转移微型发光二极管。
进一步地，所述驱动电路板上设置有多个第一驱动电极，多个所述第一驱动电极的排列与所述微型发光二极管阵列的排列相对应。
进一步地，所述第一驱动电极与所述微型发光二极管阵列的电极之间为柔性接触。
进一步地，通过调节环境温度及所述待转移微型发光二极管的光伏照度来控制被点亮的所述待转移微型发光二极管与所述热释放粘合胶层的接触区域的温度。
进一步地，通过控制所述聚合物吸光层的厚度及所述紫外激光的照射能量密度来控制所述热释放胶层的变形及所述冲击力的大小。
进一步地，步骤(1)之前还包括在所述蓝宝石基板上制备所述微型发光二极管阵列的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法主要具有以下有益效果：
1.该转移方法通过选择性降低部分粘接微型发光二极管区域的热释放胶层的粘性，同时采用紫外激光照射而产生冲击力，由此实现了选择性地批量转移微型发光二极管，简化了工艺流程，提高了生产效率。
2.将所述透明基板按压在驱动电路板上，通过所述驱动电路板来选择性地点亮所述待转移微型发光二极管，利用微型发光二极管在点亮时的发热效应调控被点亮的微型发光二极管和未被点亮的微型发光二极管与热释放胶层的粘附强度大小，实现可控的选择性转移，降低了成本，且解决了微型发光二极管的间距与最终目标基板上的像素间距不匹配的问题。
3.判断被点亮的所述待转移微型发光二极管的发光情况，若满足要求，则转至步骤(4)，否则，更换一批所述待转移微型发光二极管进行选择性地点亮，如此将微型发光二极管的质量检测和选择性转移合并，在转移之前进行质量检测，提高了良品率及精度。
4.用紫外激光扫描所述透明基板的背面，使所述紫外激光穿过所述透明基板后被所述聚合物吸光层吸收并产生冲击力，所述冲击力使得点亮的所述待转移微型发光二极管脱离所述热释放粘合胶层并转移到目标基板上，如此采用激光扫描的方法实现粘附强度减弱区域的微型发光二极管脱离热释放胶层并转移到目标基板上的过程，提高了效率，可控性较强，且可满足微型发光二极管的批量转移需求。
附图说明
图1是本发明提供的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法的流程示意图。
图2是图1中的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法涉及的通过选择性点亮微型发光二极管来调控粘接其上的热释放胶层的粘性的过程示意图。
图3是图1中的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法涉及的通过激光照射聚合物吸光层产生的冲击力使粘附强度减弱区的微型发光二极管脱离热释放胶层并转移到目标基板上的过程示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：10-蓝宝石基板，20-微型发光二极管阵列，21-待转移微型发光二极管，22-未点亮微型发光二极管，25-发光面，26-电极，30-临时转移基板，40-透明基板，41-热释放胶层，42-聚合物吸光层，43-热释放粘合胶层，44-热释放粘合胶加热区域，50-驱动电路板，51-第一驱动电极，52-引线，60-目标基板，61-第二驱动电极，101-紫外激光。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，该转移方法通过选择性降低粘接微型发光二极管的热释放胶层的粘性来选择性地转移微型发光二极管。所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法主要包括以下步骤：
步骤一，在蓝宝石基板上制备微型发光二极管阵列。具体地，提供蓝宝石基板10，并在所述蓝宝石基板10上制备微型发光二极管阵列20，所述微型发光二极管阵列20是由多个微型发光二极管形成阵列化的、紧密排布的阵列。本实施方式中，所述微型发光二极管的尺寸为10微米左右，其包括发光面25及电极26，所述发光面25与所述电极26相背设置。
步骤二，将制备在所述蓝宝石基板上的微型发光二极管阵列粘接在临时转移基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板分离。具体地，将经步骤一制备的所述微型发光二极管阵列20粘接在临时转移基板30上，以将所述临时转移基板30作为中间载体进行下一步转移。其中，由于是达到临时转移的目的，故所述微型发光二极管阵列20与所述临时转移基板30之间的界面粘附力可以在一定作用下消失，实现对微型发光二极管阵列20的释放，如可以采用热融化胶层物质、化学溶解胶层物质或者利用激光烧蚀等方法。同时，采用紫外激光101穿过所述蓝宝石基板10后照射在所述微型发光二极管阵列20与所述蓝宝石基板10之间的界面上。本实施方式中，所述微型发光二极管阵列20的基底是采用氮化镓材料制成的，氮化镓材料可以吸收紫外激光而发生热分解以形成液态镓和氮气，由此被所述紫外激光101照射后的所述微型发光二极管阵列20与所述蓝宝石基板10之间的粘附强度显著降低，使得所述微型发光二极管阵列20与所述蓝宝石基板10分离，所述微型发光二极管阵列20被转移至所述临时转移基板30上。
步骤三，将所述微型发光二极管阵列自所述临时转移基板转移到透明基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述临时转移基板分离；所述透明基板设置有热释放胶层，所述热释放胶层包括聚合物吸光层及设置在所述聚合物吸光层上的热释放粘合胶层，所述聚合物吸光层粘接在所述透明基板上，所述微型发光二极管阵列设置于所述热释放粘合胶层上。
具体地，将所述微型发光二极管阵列20从所述临时转移基板30转移至透明基板40上，所述透明基板40上设置有热释放胶层41，所述微型发光二极管阵列20通过所述热释放胶层41粘接在所述透明基板40上。所述热释放胶层41为双层结构，其包括聚合物吸光层42及设置在所述聚合物吸光层42上的热释放粘合胶层43，所述聚合物吸光层42设置于所述透明基板40上。所述聚合物吸光层42可以吸收紫外激光而发生烧蚀反应并产生一定的气体产物，其是以聚酰亚胺为代表的光敏聚合物材料制成的；所述热释放粘合胶层43是一种特制的热释放粘合胶层，其在常温下具有一定的粘合力，当被加热到设定温度后，其粘合力快速下降并最终消失，能够实现简易剥离、不留残胶、不污染被粘物。本实施方式中，所述热释放粘合胶层43的组分包括高分子聚甲基丙烯酸酯；所述发光面25与所述热释放粘合胶层43粘接，所述电极26朝向远离所述透明基板40的方向。
步骤四，选择性地点亮所述微型发光二极管阵列中待转移微型发光二极管，并判断被点亮的所述待转移微型发光二极管的发光情况，若满足要求，则转至步骤五，否则，更换一批所述待转移微型发光二极管进行选择性地点亮；其中，点亮的所述待转移微型发光二极管发光时产生的热量加热与其相接触的热释放粘合胶层区域以降低点亮的待转移微型发光二极管所接触的热释放粘合胶层区域的粘附力。
具体地，将载有所述微型发光二极管阵列20的透明基板40按压至定制的驱动电路板50上，通过所述驱动电路板50来选择性地点亮需要转移的微型发光二极管，即点亮待转移微型发光二极管21。所述驱动电路板50上设置有多个第一驱动电极51及多个分别连接于多个所述第一驱动电极51的引线52，每个所述第一驱动电极51通过对应的所述引线52被独立控制，即可以独立调节每个所述第一驱动电极51的输入电流的大小。本实施方式中，多个所述第一驱动电极51的排列与所述微型发光二极管阵列20的排列一一对应；为了保证所述微型发光二极管阵列20的电极26与所述驱动电路板50的第一驱动电极51之间为柔性接触，采用高精度运动平台来实现多自由度的运动，以进行水平方向定位及垂直方向的贴合操作；采用真空吸嘴对所述透明基板40进行吸附，同时采用弹簧进行缓冲，并可通过力传感器调节压合程度，来确保所述微型发光二极管阵列20的电极26与所述驱动电路板50的第一驱动电极51之间产生良好的电导通性。
通过对所述第一驱动电极51的外部控制来选择性地对需要转移的所述待转移微型发光二极管21下方的所述第一驱动电极51通电，若对应的所述待转移微型发光二极管21正常，则将被点亮。通过控制所述第一驱动电极51的输入电流的大小，可以对被点亮的所述待转移微型发光二极管21的亮度进行调节，输入电流越大，对应的所述待转移微型发光二极管21的亮度越高，热功率越大，其表面温度越高。理论计算表明，在室温下，所述待转移微型发光二极管21的光辐照度从1毫瓦每平方毫米上升至20毫瓦每平方毫米时，其内部最高温度从100摄氏度上升至150度左右；所述待转移微型发光二极管21的可工作环境温度范围在零下100摄氏度至零上120摄氏度，通过调节环境温度和控制所述待转移微型发光二极管21的光伏照度可以对所述待转移微型发光二极管21的表面温度进行调节。
其中，利用所述待转移微型发光二极管21发光时的热效应来加热其上方的所述热释放粘合胶层43，以用于显著降低粘接了点亮的所述待转移微型发光二极管21区域的所述热释放粘合胶层43的粘附力。具体地，所述待转移微型发光二极管21的发光面25与所述热释放粘合胶层43接触，热量传导至所述热释放粘合胶层43，所述热释放粘合胶层43的温度上升至预定温度后，其粘附强度发生不可逆的降低。实验表明，所述热释放粘合胶层43与所述激光吸收层42的界面能量释放率，在室温至60摄氏度时，保持不变，约为150J/m2；当温度超过60摄氏度时，界面能量释放率开始下降，在温度为80摄氏度时，约为120J/m2；当温度超过90摄氏度时，界面能量释放率为零，界面粘附力完全消失。调节环境温度和控制微型发光二极管的光伏照度，使被点亮的微型发光二极管与所述热释放粘合胶层43的接触区域的温度略小于90摄氏度；使被加热部分的热释放粘合胶层44的粘附强度远远小于未被加热区域，形成显著的粘性差异。
本步骤还包括采用视觉观测或者利用红外相机探测红外强度等手段判断点亮的所述待转移微型发光二极管21的发光情况，若被点亮的所述待转移微型发光二极管21满足质量要求，则转至步骤五；否则，更换一批待转移微型发光二极管21进行点亮直至满足质量要求。
本实施方式中，将载有所述微型发光二极管阵列20的透明基板40从定制的所述驱动电路板50拾起，被选择性点亮的所述待转移微型发光二极管21加热的热释放粘合胶加热区域44的粘附强度大大降低，但是依然保持微弱的粘附力，足以拾起质量极轻的所述待转移微型发光二极管21。
步骤五，采用紫外激光扫描所述透明基板的背面，所述紫外激光穿过所述透明基板后被所述聚合物吸光层吸收并产生冲击力，所述冲击力使得点亮的所述微型发光二极管脱离所述热释放粘合胶层并转移到目标基板上，由此实现微型发光二极管的选择性巨量转移。
具体地，采用紫外光101扫描载有所述微型发光二极管阵列20的所述透明基板40的背面，其穿过所述透明基板40后被所述聚合物吸光层42吸收。所述聚合物吸光层42剧烈吸收所述紫外光101并发生烧蚀反应而产生冲击力，所述冲击力使被点亮的所述待转移微型发光二极管21脱离所述热释放粘合胶层43并转移到所述目标基板60上。由于所述目标基板60上最终需要将红、绿、蓝三色的微型发光二极管组成一个彩色像素，因此，待转移微型发光二极管21需要与所述目标基板60上的与二极管像素颜色相对应的第二驱动电极61对齐。
其中，黏附强度未被减弱的所述热释放粘合胶层43对微型发光二极管的粘性较强，微弱的冲击力不会使此区域的微型发光二极管脱离所述热释放粘合胶层43，所述未点亮微型发光二极管22依然粘附在所述热释放粘合胶层43上不受影响，由此，可实现图形化的、选择性的转移微型发光二极管至所述目标基板60的指定位置。
本实施方式中，可以通过对所述聚合物吸光层42的厚度控制和所述紫外激光101的照射能量密度来实现对所述热释放胶层41的变形程度和冲击波强度的控制。使用较厚厚度的所述聚合物吸光层42(厚度为20微米以上)，所述聚合物吸光层42有足够的刚度抵御气体带来的冲击效应，不产生塑性变形并依然与所述透明基板40保持粘附。气体对所述热释放胶层41的冲击波传导到微型发光二极管，由于被加热后的所述热释放粘合胶加热区域44的粘附强度被减弱至极低的水平，因此仅仅需要极低的激光能量照射来产生微弱的冲击效应，即可实现该区域的待转移微型发光二极管21的释放。此外，被选择性转移之后的基板都可以被重复利用。
本发明提供的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，该巨量转移方法利用了微型发光二极管发光时热效应来实现选择性地将微型发光二极管释放到电路基板上，即实现电路基板选择性接受微型发光二极管，以此解决间距匹配等问题。此外，所述转移方法通过选择性降低粘接微型发光二极管的热释放胶层的粘性来选择性地转移微型发光二极管，其通过对需要转移的微型发光二极管进行通电检测，并利用微型发光二极管发光时的热效应来显著降低粘接在其上方的热释放胶层的粘性，再利用激光照射引起的冲击效应来实现对粘接在低粘区域的微型发光二极管的选择性批量转移，由此将微型发光二极管的质量检测和选择性转移合并，简化了工艺流程，提高了生产效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将制备在蓝宝石基板上的微型发光二极管阵列粘接在临时转移基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板分离；
(2)将所述微型发光二极管阵列自所述临时转移基板转移到透明基板上，并将所述微型发光二极管阵列与所述临时转移基板分离；所述透明基板设置有热释放胶层，所述热释放胶层包括聚合物吸光层及设置在所述聚合物吸光层上的热释放粘合胶层，所述聚合物吸光层粘接在所述透明基板上，所述微型发光二极管阵列设置于所述热释放粘合胶层上；
(3)选择性地点亮所述微型发光二极管阵列中的待转移微型发光二极管，并判断被点亮的所述待转移微型发光二极管的发光情况，若满足要求，则转至步骤(4)，否则，更换一批所述待转移微型发光二极管进行选择性地点亮；其中，点亮的所述待转移微型发光二极管发光时产生的热量加热所述热释放粘合胶层与其相接触的区域，以降低所述热释放粘合胶层与点亮的所述待转移微型发光二极管相接触的区域的粘附力；
(4)采用紫外激光扫描所述透明基板的背面，使所述紫外激光穿过所述透明基板后被所述聚合物吸光层吸收并产生冲击力，所述冲击力使得点亮的所述待转移微型发光二极管脱离所述热释放粘合胶层并转移到目标基板上，由此实现微型发光二极管的选择性巨量转移。
2.如权利要求1所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：采用所述紫外激光穿过所述蓝宝石基板后照射在所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板之间的界面上，以将所述微型发光二极管阵列与所述蓝宝石基板分离。
3.如权利要求1所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：所述聚合物吸光层是由光敏聚合物材料制成的；所述热释放粘合胶层的组分包括高分子聚甲基丙烯酸酯。
4.如权利要求1所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：步骤(3)中，将所述透明基板按压在驱动电路板上，通过所述驱动电路板来选择性地点亮所述待转移微型发光二极管。
5.如权利要求4所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：所述驱动电路板上设置有多个第一驱动电极，多个所述第一驱动电极的排列与所述微型发光二极管阵列的排列相对应。
6.如权利要求5所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：所述第一驱动电极与所述微型发光二极管阵列的电极之间为柔性接触。
7.如权利要求4所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：通过调节环境温度及所述待转移微型发光二极管的光伏照度来控制被点亮的所述待转移微型发光二极管与所述热释放粘合胶层的接触区域的温度。
8.如权利要求1-7任一项所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：通过控制所述聚合物吸光层的厚度及所述紫外激光的照射能量密度来控制所述热释放胶层的变形及所述冲击力的大小。
9.如权利要求1-7任一项所述的适用于微型发光二极管的选择性巨量转移方法，其特征在于：步骤(1)之前还包括在所述蓝宝石基板上制备所述微型发光二极管阵列的步骤。
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