CN109671670B

CN109671670B - 微元件的巨量排列方法及系统

Info

Publication number: CN109671670B
Application number: CN201710970476.1A
Authority: CN
Inventors: 陈杰
Original assignee: Maven Optronics Co Ltd
Current assignee: Maven Optronics Co Ltd
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2037-10-16
Also published as: CN109671670A

Abstract

本发明提出一种微元件的巨量排列方法，包含：使复数个微元件悬浮于液体表面，其中，该等微元件沿着相互垂直的一第一方向及一第二方向是以较大的初始间距相间隔；利用电磁作用力使悬浮于液体表面的该等微元件相接近，俾使该等微元件沿着第一方向及第二方向以较紧密的目标间距相间隔；以及使相接近且悬浮于液体表面的该等微元件转移设置于一承载基板上、并于第一方向及第二方向以相对应的目标间距相间隔排列。本发明另提出一种可执行上述方法的微元件排列系统。藉此，该等微元件可于承载基板上排列成一高精度的阵列。

Description

微元件的巨量排列方法及系统

技术领域

本发明有关一种元件排列方法及系统，特别关于一种微元件的巨量排列方法及系统。

背景技术

发光二极管(LED)至今已有数十年的发展，LED除了作为指示灯号、照明光源、背光模组的光源、户外大型显示看板等应用外，目前LED已朝向电子装置显示器的应用发展。也就是，透过半导体微影制程技术，使LED晶片的尺寸可达微米等级，例如可相近或小于一显示器的画素大小，然后将微型化的LED(Micro LED)晶片排列成一阵列(或称微型LED阵列(Micro LED array))、并转移且电性接合至一具有驱动电路的承载基板上(再搭配其他元件)，藉此形成一显示器，其中，显示器的每个画素可包含一个或复数个微型LED晶片，每个画素藉由驱动电路的控制以形成显示画面，这种显示器可称为微型LED显示器(Micro LEDdisplay)。

与有机发光二极管(OLED)相比，由于微型LED晶片是由无机材料所组成，故微型LED晶片较不受环境中所含的水气及氧气的影响，可具有较长的使用寿命；此外，微型LED晶片的发光频谱具有较窄的半高宽(Full Width at Half Maximum，FWHM)，因此微型LED晶片构成的显示器具有较高的色彩纯度，可达到更广的色域范围(Color Gamut)。另一方面，微型LED晶片的光电转换效率也较高，故微型LED晶片可由较小的发光面积产生足够的画面显示亮度；因此，于单一像素中，微型LED晶片的发光面积虽仅占据画素的整体面积的一小部分，却足以产生高黑白对比的显示画面。

此外，OLED显示器于制造过程中不易形成均匀的有机薄膜材料，造成所谓的色彩不均匀现象(Mura Effect)。而微型LED晶片可于制造完成后进行光电测试，进而分选出光电特性较为接近的微型LED晶片，用较相近的光电特性微型LED晶片所制造的显示器可避免色彩不均匀现象。

微型LED晶片本身具有上述特点，然而将经过光电特性分选后所产生的大量微型LED晶片用以制造显示器时，仍有些技术问题尚需克服或改善。举例而言，如何将大量的微型LED晶片精准地排列成一微型LED阵列以形成显示画面、如何将微型LED阵列转移并电性接合至显示器中具有驱动电路的承载基板上等。尤其对于高解析度的显示器而言，需要排列及转移的微型LED晶片达百万个，更显困难及耗时。

有些技术方案被提出来改善上述技术问题。例如于第US 8,349,116号的美国专利中，利用静电力来吸引复数个微元件(例如射频元件、微机电元件、LED晶片等)，然后将该等微元件转移至一承载基板上；而于第US 9,550,353号的美国专利中，该技术方案使用橡胶吸头将复数个半导体元件从一基板上取起，然后转移至一目标基板上，但该等专利皆未具体说明如何在微元件转移前形成一精准排列的微元件阵列或半导体元件阵列的技术。另外于第US 2017/0133558号的美国专利中，该技术方案将复数个微元件悬浮于一液体中，然后使该等元件于液体中流动，于滚动的过程中，该等元件可被捕捉而落入置于液体中预先设置于基板上的凹井；此方式可使复数个微元件排列于基板的凹井中，然而该等元件流动能否顺利地落入基板上的凹井实难以掌控，使得该等元件转移排列完成的时间亦难以控制；再者，基板的凹井及微元件两者的外形及电极皆需特殊配合形状，难免增加制程的复杂度。

综合上述，如何使微型LED晶片(或其他微元件)快速并精准的排列及/或巨量转移问题能够被更好地改善或克服，是目前LED业界待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提出一种微元件排列方法及系统，其可使复数个微元件快速、方便、及/或精确地排列成一阵列，俾以该等微元件进行承载基板间的巨量转移等后续制程。

为达上述目的，所提出的微元件排列方法包含：使复数个微元件悬浮于液体表面，其中，该等微元件是以沿着一第一方向的第一方向初始间距及沿着一第二方向的第二方向初始间距相间隔，该第一方向与该第二方向相垂直；利用电磁作用力使悬浮于该液体表面的该等微元件相接近，俾使该等微元件沿着该第一方向达成以一第一方向目标间距相间隔，及沿着该第二方向达成以一第二方向目标间距相间隔，其中，该第一方向目标间距及该第二方向目标间距小于相对应的该第一方向初始间距及该第二方向初始间距；以及使相接近且悬浮于液体表面的该等微元件转移设置于一承载基板上、并以该第一方向及该第二方向相对应的目标间距相间隔排列。

为达上述目的，所提出的微元件排列系统包含：一液体容置模组，包含一槽体，用以容置液体；以及一微元件排列模组，包含一导线组件，该导线组件包含沿着一第一方向的复数个第一导线及沿着一第二方向的复数个第二导线，该等第一导线及该等第二导线设置于该槽体中，且该第一方向与该第二方向相垂直；其中，该导线组件另定义有复数个网格所形成的阵列，该等网格的每一个是由两条相邻平行的第一导线及两条相邻平行的第二导线定义而成。

藉此，本发明的微元件排列方法及系统至少可提供以下有益技术效果：

1、相比于传统拾取与放置(pick and place)的方式仅能依序处理少量的微元件，而本发明的微元件排列方法及系统可使大量的微元件同时悬浮于液体表面，再以电磁作用力使其彼此接近及排列，然后将大量的微元件从液体中一次性转移设置于承载基板上，以快速、方便地形成所需间距的一微元件阵列；

2、藉由施加电能于导线来产生互相吸引的磁力，可使导线网格内缩以确实推动微元件使其彼此相接近及整齐排列。

3、微元件之间的第一方向目标间距及第二方向目标间距可藉由沿着该第二方向及该第一方向导线的线径来准确地控制，而使用不同线径的导线，可调整微元件之间相对应的目标间距。

4、承载基板可为一驱动电路基板，而该等微元件接近、排列后可由悬浮液体中直接转移设置于具有驱动电路的承载基板上，俾以省去微元件的巨量转移制程。

为让上述目的、技术特征及优点能更明显易懂，下文是以较佳的实施例配合所附图式进行详细说明。

附图说明

图1为依据本发明的较佳实施例的微元件排列方法的步骤流程图；

图2A至图2E为图1的微元件排列方法中，各种微元件的示意图；

图3A至图3C为图1的微元件排列方法中，低密度排列微元件步骤的各示意图(俯视图、侧视图及前视图)；

图4A至图4C为图1的微元件排列方法中，提供导线组件步骤的各示意图；

图5A至图5C为图1的微元件排列方法中，使微元件悬浮于液体表面步骤的各示意图；

图6A至图6C为图1的微元件排列方法中，使微元件沿着一方向接近步骤的各示意图；

图6D及图6E为图1的微元件排列方法中，使微元件沿着另一方向接近步骤的各示意图；

图7A及图7B为图1的微元件排列方法中，使微元件设置于承载基板步骤的各示意图；

图8A及图8B为图1的微元件排列方法中，移除导线组件步骤的各示意图；

图9A至图9D为依据本发明的另一较佳实施例的微元件排列方法，其低密度排列微元件步骤的各示意图。

图10为依据本发明的又一较佳实施例的微元件排列系统的示意图。

【符号说明】

100D 微元件排列系统

400D 液体容置模组

40 槽体

40F 液体

41 第一阀体

42 第二阀体

43 液位感测器

300D 微元件排列模组

30 导线组件

31 第一导线

32 第二导线

33 网格

34 电源供应器

60A 磁场产生器

60B 电场产生器

70 控制模组

10 微元件

11、11’LED 晶片

111 上表面

112 下表面

113 立面

114 电极组

12 辅助结构

121 磁性材料

122 易产生静电感应材料

20 暂时承载板

50 承载基板

51 胶膜

52 板体

D1 第一方向

D2 第二方向

G1 第一方向初始间距

G2 第二方向初始间距

G1’ 第一方向目标间距

G2’ 第二方向目标间距

B 磁场

N 指北极

S 指南极

E 电荷

I1、I2 电流

r1、r2 中心距离、尺寸

Fr 互斥力

S100 微元件排列方法

S101～S111 步骤

具体实施方式

请参阅图1，于本发明的较佳实施例中，一微元件排列方法(以下简称为排列方法)S100被提出，其可包含：较低精度排列微元件的步骤S101、提供导线组件的步骤S103、悬浮微元件于液体表面的步骤S105、较高精度排列微元件的步骤S107、设置微元件于承载基板的步骤S109以及移除导线组件的步骤S111。藉此，排列方法S100可使复数个微元件10(如图2A所示)快速、方便、及/或精确地排列成一阵列。

排列方法S100所排列的微元件10可包含射频组件、微机电元件、LED晶片等尺寸为微米等级的元件。请参阅图2A及图2B，于一实施态样中，微元件10可为一LED晶片11，该LED晶片片11可为一覆晶式LED晶片，可发出一特定波长(颜色)的光线，例如包含蓝光、红光及绿光；此外，相邻的LED晶片11所发射出的光线可为相同波长或不同波长。

结构上，LED晶片11可包含一上表面111、一下表面112、一立面113及一电极组114，上表面111与下表面112为相对且相反地设置，立面113形成于上表面111与下表面112之间、且连接上表面111与下表面112，换言之，立面113沿着上表面111的边缘与下表面112的边缘而形成。电极组114设置于下表面112上，且可具有二个以上的电极。由于电极组114设置于其上，下表面112又称为电极面；申言之，此电极面并非指电极组104的下表面。

一般而言，LED晶片11本身的密度(质量体积比)较多数的液体的密度还大，因此能使微元件10悬浮的液体种类有限。为此，请参阅图2C，于另一实施态样中，微元件10除了包括一LED晶片11，更包含一具有低密度的辅助结构12，以降低微元件10整体的密度。具体而言，辅助结构12可设置于LED晶片11的上表面111上，且辅助结构12的密度小于LED晶片11的密度；辅助结构12例如可由一光阻材料来制成，其密度远小于LED晶片11的材料的密度，例如辅助结构12的密度约为1g/cm³，而LED晶片11的材料(如蓝宝石、氮化镓)的密度约为4～6g/cm³。

因此，藉由设置一定厚度的辅助结构12，可使微元件10整体的密度大幅降低，进而使得能悬浮微元件10的液体种类有较多选择。辅助结构12的厚度越大，微元件10的整体密度越小，使用者可依据所需的微组件10的密度，选择辅助结构12的所需厚度。

辅助结构12可于复数个LED晶片11的制作阶段中(尚未切割前)，藉由喷涂(spraying)、旋转涂布(spin coating)或印刷(printing)等方式直接形成于该等LED晶片11的上表面111上。尔后，再进行切割制程，形成单粒化的LED晶片11及辅助结构12，构成所需的微元件10。

请参阅图2D，于又一实施态样中，微元件10可为一薄膜式LED晶片11’，其类似LED晶片11，唯可不包含蓝宝石等磊晶基板，因此LED晶片11’的厚度较薄。请参阅图2E，于再一实施态样中，微元件10可包含薄膜式的LED晶片11’及辅助结构12，辅助结构12设置于薄膜式的LED接片11’之上，以藉由密度较低的辅助结构12来调整微元件10整体的密度。

排列方法S100将以上述态样的微元件10为例，但不以此为限，进一步说明各步骤的技术内容。于实施本发明所揭露的巨量排列技术之前，可先分选出光电性能较为接近的微元件10。

请参阅图3A至图3C，首先执行步骤S101(如图1所示)，将复数个微元件10以较低精度方式排列成一阵列。具体而言，将该等微元件10设置于一暂时承载板20上，该等微元件10例如可胶黏于暂时承载板20上、或被吸附于暂时承载板20上，若为后者，暂时承载板20可具有复数个吸孔(图未示)连接至一负压源(例如真空泵)，以产生吸力来吸住微元件10。于暂时承载板20上，该等微元件10彼此之间是沿着一第一方向D1以一第一方向初始间距G1相间隔及沿着一第二方向D2以一第二方向初始间距G2相间隔；相对于微元件10的厚度(垂直)方向而言，第一方向D1与第二方向D2是为水平方向、且两相垂直。

第一方向初始间距G1及第二方向初始间距G2可为微元件10最终排列所需的第一方向目标间距及第二方向目标间距(即后述的第一方向目标间距G1’及第二方向目标间距G2’)的数倍，例如2倍、5倍至10倍；因此，该等微元件10以第一方向初始间距G1及第二方向初始间距G2形成的阵列是具有较低的排列密度。此外，排列微元件10时，不需精准地控制微元件10之间的初始间距G1与G2为相同距离，换言之，初始间距G1与G2允许有较大的公差范围，而于第一或第二方向D1、D2上的微元件10之间的第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2只要符合公差范围即可。因此，微元件10可快速地、低成本地(不需较高精度仪器辅助)排列于暂时性基板20上。

该等微元件10可例如透过拾取放置的方式，逐一地设置于暂时承载板20；或者，将该等排列于一蓝膜(blue tape)等黏性材料结构上的微元件10先适度扩张，以形成第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2的较低排列密度的微元件10阵列，然后再批次转移至暂时性基板20上。

请参阅图4A至图4C，接着执行步骤S103(如图1所示)，提供一导线组件30来围绕该等微元件10。具体而言，导线组件30包含复数个第一导线31及复数个第二导线32，第一导线31沿着第一方向D1延伸，而第二导线32沿着第二方向D2延伸；换言之，第一导线31沿着第二方向D2间隔地排列，第二导线32沿着第一方向D1间隔地排列。另外，该等第一导线31整体上位于该等第二导线32之上或下，或者该等第一导线31可与该等第二导线32上下交错排列；第一及第二导线31及32可处于未拉紧状态，故可于受力后自由移动。

藉由第一及第二导线31及32的间隔排列，导线组件30可定义出复数个网格33，每一个网格33是由两条相邻平行的第一导线31及两条相邻平行的第二导线32定义而成。网格33沿着第一方向D1及第二方向D2的尺寸为r1及r2，其可为上述微元件10之间的第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2。

第一及第二导线31及32接着围绕该等微元件10，使该等微元件10分别位于该等网格33中，也就是，每一个微元件10的立面113旁有一对第一及第二导线31及32。

第一及第二导线31及32可用以通电而产生彼此吸引的磁力，故第一及第二导线31及32较佳地具有高导电率(conductivity)的芯线(例如金、铜、铝或超导体制成者)，以产生足够的磁场。此外，第一及第二导线31及32另包含覆盖芯线的绝缘批覆层，避免第一及第二导线31及32之间的短路。

另一方面，第一及第二导线31及32的线径是对应微元件10最终排列所需的第二方向目标间距G2’与第一方向目标间距G1’。以5.5吋、分辨率为1920x 1080的显示器为例，其次画素(sub-pixel)的尺寸为63.4μm x21.1μm，微元件10之间的目标间距小至约0.01～0.02mm(即10～20μm)，故第一及第二导线31及32亦相对地选用线径为0.01～0.02mm者。具有微米等级的线径的导线例如但不限定可从

或

等导电纤维制造商获得，亦可自行采用抽拉(protrusion)或微型加工(micro machining)等方式制成。此外，第一及第二导线31及32可选用不同线径，以使微元件10于第一方向与第二方向可有不同间距。

第一及第二导线31及32的每一者的两端可电性连接至一电源供应器34(如图10所式)，电源供应器34可提供特定安培值的电流通过第一及第二导线31及32，以产生磁力；第一及第二导线31及32的线径决定第一及第二导线31及32所能承受的电流及所产生的磁力；此方面的技术内容尔后将参阅图6A或图6D来进一步说明。

请参阅图5A至图5C，接着执行步骤S105(如图1所示)，悬浮该等微元件10于液体40F中。具体而言，该等微元件10及暂时承载板20是放置于一槽体40等容器(如图10所示)中，然后将液体40F注入至槽体40中，使得液体40F覆盖暂时承载板20(即暂时承载板20整个位于液体40F中)、并且接触到该等微元件10的LED晶片11的立面113；液体40F亦可淹没该等微元件10。待液体40F淹没暂时承载板20及至少接触LED晶片11的立面113后，停止注入液体40F；此时，第一及第二导线31及32亦可能被液体40F淹没。

接着，使该等微元件10脱离暂时承载板20而悬浮于液体40F。也就是，微元件10是透过胶黏或吸附的方式暂时地固定于暂时承载板20上，可透过加热或照射紫外光而使黏胶丧失黏性，透过停止负压源运作而停止吸附，使得微元件10不再固定至暂时承载板20而可相对移动。此时，由于液体40F的密度大于微元件10的整体密度，液体40F提供一浮力作用至微元件10而使微元件10脱离暂时承载板20而悬浮于液体40F；悬浮的微元件10可完全地浸于液体40F中或是部分地露出至液体40F的液面。微元件10脱离暂时承载板20后，暂时承载板20移除或继续放置于液体40中皆可，第一及第二导线31及32的垂直高度可由导线组30的机构进行调整，或悬浮于液体40F中，使其与悬浮后的微元件10约略等高。

具有较高密度的液体40F例如但不限定可为

所提供的Fluorinert^TM的电子化学液(密度约1.85g/cm³)、溴仿(CHBr₃，密度约为2.889g/cm³)、二碘甲烷(CH₂I₂，密度约为3.325g/cm³)或碘仿(CHI₃，密度约为4.008g/cm³)。

由于液体40F的浮力仅使或主要使微元件10小幅度上移，使微组件10与受侧向力时可自由移动，而浮力应不会造成微元件10于第一方向D1及第二方向D2上大幅地横移，故悬浮的该等微元件10仍可以第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2相间隔，仍排列为阵列。另外，较佳地，液体40F的密度接近于微元件10的密度，可使微元件10平缓地上移、脱离暂时承载板20，减少液体40F波动。再者，微元件10若有包含辅助结构12，由于辅助结构12的密度小于LED晶片11的密度，上移过程中，辅助结构12会位于上方，使得LED晶片11的电极组114保持于下方，形成稳定状态。

于本实施例中，微元件10是位于导线组件30的网格33中之后，液体40F才注入而使微元件10悬浮。于其他实施例中，亦可先注入液体40F来使微元件10悬浮后，再提供导线组件30来围绕微元件10。因此，步骤S103及S105的顺序不限。

请参阅图6A至图6E，接着执行步骤S107(如图1所示)，产生电磁力来使悬浮的该等微元件相接近，而形成一较高精度排列的微元件阵列。具体而言，如图6A至图6C所示，对沿着第一方向D1的该等第一导线31施加电流I1，以使该等第一导线31的每一者产生一磁场；每一个第一导线31的电流I1是同向，故产生的磁场亦为同向，使得该等第一导线31彼此相吸引而沿着第二方向D2接近；网格33的尺寸r1亦会减少。如此，该等第一导线31会抵靠微元件10的立面113而推动该等微元件10，使得该等微元件10亦沿着第二方向D2接近。

如图6D及图6E所示，对沿着第二方向D2的该等第二导线32施加电流I2而产生另一磁场，俾以该等第二导线32彼此相吸引而沿着第一方向D1接近；网格33的尺寸r2亦会减少。如此，该等第二导线32会推动该等微元件10沿着第一方向D1接近。第二导线32的施加电流可与第一导线31的施加电流同时执行或依序执行。

职是，透过施加电流I1及I2于第一及第二导线31及32，该等微元件10由于电磁引力的作用可沿着第一方向D1及第二方向D2相接近，朝中间集中，从而形成以一第一方向目标间距G1’与一第二方向目标间距G2’相间隔排列的一较高排列密度阵列。第一方向目标间距G1’与一第二方向目标间距G2’小于相对应的第一方向初始间距G1与一第二方向初始间距G2，沿着第一方向D1的第一方向目标间距G1’对应第二导线32的线径，而沿着第二方向D2的第二方向目标间距G2’对应第一导线31的线径，且第一导线31及第二导线32可具有不同的线径。收缩集中后的第一及第二导线31及32所定义的网格33可相同或略大于微元件10的上表面111。

依据安培力定律(Amp è re's force law)：

可计算出相邻的两载流线(即第一导线31或第二导线32)所产生的电磁力F，其中：I₁、I₂为平行的两载流线的电流，△L为载流线的长度，r为两载流线的距离，μ₀真空导磁率。

以下将以一5.5吋、分辨率为1920x 1080的显示器为例，说明第一导线31及第二导线32所产生的电磁力F1及F2。

如图4A所示，悬浮的微元件10先以第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2排列成一较低排列密度阵列(尺寸为151.1mm x 268.7mm)，而两相邻第一导线31之间的中心距离r1及两相邻第二导线32之间的中心距离r2设定为139μm。以铜制作的第一导线31及第二导线32的线径选用20.3μm，故第一导线31及第二导线32的融断电流(burn-out current)约为460mA。如图6D所示，电流I1及I2设定为350mA，不超过融断电流；而微元件10相接近后以第一方向目标间距G1’与第二方向目标间距G2’排列成一较高排列密度阵列(尺寸为68.5mm x 121.8mm)，中心距离r1及r2缩减为63μm。

将这些上述数值整理成下表，并依据安培力定律，可得到第一导线31的电磁力F1为0.0027g，而第二导线32的电磁力F2为0.0048g。

除了第一条与其相邻的第二条第一导线31之间会产生电磁力F1外，第一条第一导线31与其不相邻的第三条、第四条等其他之间第一导线31也会产生电磁力F1；因此，如下表所示，累计至一百条第一导线31时，总电磁力F1约为一条第一导线31的5.19倍，可达0.0141g。同理，累计至一百条第二导线32时，总电磁力F2约为一条第二导线32的5.19倍，可达0.0251g。因此，第一导线31及第二导线32的电磁力F1及F2足以推动悬浮的微元件10使其相接近而整齐排列。

第一导线31的数目	电磁力F1比例(％)	累计倍数
			1	100	1
2	50	1.5
			3	33	1.8333
4	25	2.08333
			5	20	2.2833
10	10	2.9290
			20	5	3.5977
30	3.3	3.9950
			50	2.0	4.4992
100	1.0	5.1874

请参阅图7A及图7B，接着执行步骤S109(如图1所示)，将相接近后的该等微元件10下方设置一承载基板50。具体而言，如图7A所示，将承载基板50放置于液体40F中、并位于微元件10的下方；承载基板50可为一具有胶膜51的板体52或一胶膜。如图7B所示，然后泄除液体40F，使微元件10下降及接触承载基板50上，并可使用一压板(图未示)自上方将该等微元件10压黏于承载基板50上。此等过程中，第一导线31及第二导线32可持续通入电流而相吸引，该等微元件10仍以第一方向目标间距G1’与第二方向目标间距G2’排列成高排列密度阵列。

于另一实施例中(图未示)，承载基板50放置于液体40F后，可使承载基板50向上移动，进而使承载基板50的胶膜51接触该等微元件10的电极组114。承载基板50可持续上移，与该等微元件10一起离开液体40F；此等过程中，液体40F可不需泄除。于又一实施例中(图未示)，使相吸引的第一导线31及第二导线32的导线组30机构向上移动，与该等微元件10一起离开液体40F，然后再将该等微元件10放置于承载基板50上；此等过程中，液体40F可不需泄除，且承载基板50不需置于液体40F中。

请参阅图8A及图8B，最后执行步骤S111(如图1所示)，移除导线组件30的第一导线31及第二导线32。具体而言，第一导线31及第二导线32停止施加电流，然后使第一导线31及第二导线32向上移动、从而不再包围该等微元件10。尔后，若微元件10包含辅助结构12，可移除辅助结构12(例如透过光阻曝光、显影或光阻剥除等制程技术来移除)，使微元件10仅包含LED晶片11。如此，即可完成一精密排列的LED晶片阵列。

该等LED晶片11(微元件10)尔后可藉由巨量转移技术，转移至一具有驱动电路的承载基板(图未示)。如图7A至图7B所示，承载基板50亦可直接为驱动电路基板，因此微元件10直接地设置于驱动电路基板上，不需额外利用巨量转移技术。

请参阅图9A至图9C，于本发明的另一较佳实施例中，另一微元件排列方法被提出，其技术内容可与排列方法S100的技术内容相互参考、理解或组合应用等。此排列方法与S100两者相似，皆包含步骤S107～S111，惟于较低精度排列微元件10时，可采以下技术内容。

如图9A，准备一密度较大的液体40F，然后使复数个微元件10悬浮于液体40F。也就是，该等微元件10直接地放置至液体40F而悬浮，不需利用到暂时承载板20，此外，微元件10放至液体40F时，可不需特定地设定该等微元件10的位置及其间的间距，故悬浮的该等微元件10可能是杂乱地分布、未规律地排列成一阵列。

微元件10包含密度较小的辅助结构12，且辅助结构12更包含一磁性材料121，混合于光阻材料中。磁性材料121例如可为铁磁性材料(包含铁、钴、镍等材料、其合金或其化合物)，故辅助结构12能产生磁力。较佳地，磁性材料121可为软磁性材料，外加一磁场可使磁性材料121的磁矩排列整齐而产生磁性，当磁场移除后，磁性材料121的磁矩回复至杂乱排列而不具磁性。

如图9B所示，当微元件10悬浮于液体表面40F后，对该等微元件10施加一磁场。一磁场产生器60A可用以施加磁场，其可包含一永久磁铁或一电磁铁，且可设置于该等微元件10的上方，或如图9C所示，也可将磁场产生器60A设置成环绕于该等微元件10。磁场产生器60A所提供的磁场可诱发辅助结构12的磁性材料121产生磁场B，故每一个微元件10都有各自的磁场B，该等磁场B的极性皆相同，例如指北极N皆朝上、指南极S皆朝下。

由于该等微元件10具有相同极性的磁场B，微元件10之间将产生互斥力(repulsive force)Fr，使得该等微元件10沿着第一方向D1及/或第二方向D2移动。该等微元件10移动到彼此之间的互斥力Fr达到一平衡状态后，可沿着第一方向D1及第二方向D2以第一方向初始间距G1与第二方向初始间距G2相间隔排列，构成例如图5A所示的较低精度阵列。

如图9D所示，于其他实施态样中，辅助结构12可不包含磁性材料121，而是由一易产生静电感应的材料所构成，或包含易产生静电感应材料122，混合于辅助结构12中。当微元件10悬浮于液体40F表面后，可利用一电场产生器60B来对该等微元件10施加一电场；电场产生器60B带有或产生电荷(例如负电荷)E，且可设置于微元件10的上方及/或下方。

外加电场后，辅助结构12会产生静电感应(Electrostatic Induction)，从而使易产生静电感应材料122内的电荷E重新分布，同性的电荷E(例如正电荷)将会被吸引接近电场产生器60B。由于辅助组件12具有由感应电荷所产生的局部电场，使该等微元件10之间产生互斥力Fr，造成该微元件10沿着第一方向D1及第二方向D2移动，完成以初始间距G1与G2相间隔排列，构成例如图5A所示的较低精度阵列。

悬浮的微元件10因为互斥力Fr而排列成较低精度阵列后，排列方法可继续执行提供导线组件等步骤(即上述步骤S103至S111)；此外，在执行提供导线组件之步骤S103时，可持续外加的电场或磁场至微元件10直到微元件10位于导线组件30的网格33中(如图4A所示)。

再者，藉由调整外加的电场或磁场的大小，进而控制该等微元件10之间的互斥力Fr的分布，应能使微元件10直接以目标间距G1’与G2’相间隔排列。如此，可省略提供导线组件及使微元件相接近等步骤的执行。

请参阅图10所示，接着将说明依据本发明的又一较佳实施例的微元件排列系统100D，其可用以执行依据本发明的较佳实施例的微元件排列方法的至少部分的步骤，因此，微元件排列系统100D的技术内容可参照上述微元件排列方法的技术内容(反之亦可)，故说明上较为简洁。

微元件排列系统100D可包含一液体容置模组400D、一微元件排列模组300D、一磁场产生器60A(及/或一电场产生器60B)以及一控制模组70。液体容置模组400D可包含一槽体40，其可容置液体40F；微元件10及暂时承载板20(图未示)皆可放置于槽体40内，且微元件10可悬浮于液体40F(如图5A所示)。

可选择地，液体容置模组400D更包含一第一阀体41及一第二阀体42，其可直接设置于槽体40上，或是通过一管线来间接地设置于槽体40上。当第二阀体42开启时，液体40F可持续注入槽体40中，使液体40F淹没微元件10及/或暂时承载板20；而第一阀体41开启时，液体40F可从槽体40中排除，使得微元件10下降至承载基板50(如图7B所示)。液体容置模组400D更可包含一液位传感器43，用以感测液体40F的液位，藉以供控制模组70利用来协调第一阀体41及第二阀体42的开启或关闭。

微元件排列模组300D包含一导线组件30及一电源供应器34，导线组件30包含复数个第一导线31及复数个第二导线32(如图4A所示)，第一导线31及第二导线32皆设置于槽体40中。导线组件30可于槽体40移动，待该等微元件10悬浮后、再围绕该等微元件10；导线组件30亦可从槽体40移除。电源供应器34电性连接至导线组件30，以对第一导线31及第二导线32施加电流，使第一导线31及第二导线32产生电磁场而相吸引。电源供应器34可与第一导线31及第二导线32的每一者的两端相连。

磁场产生器60A及/或电场产生器60B(如图9C至图9D所示)可于槽体40中产生一均匀磁场及/或电场，致使微元件10之间产生互斥力Fr。电源供应器34可电性连接至磁场产生器60A及/或电场产生器60B，以施加电流而产生磁场及/或电场。磁场产生器60A及/或电场产生器60B可设置于槽体40之中、不会被液体40F接触的位置，或设置于槽体40之外，例如位于槽体40的上方或下方或围绕槽体40。

控制模组70可控制与协调液体容置模组400D及微元件排列模组300D的作动，藉此自动化地实现微元件排列。举例而言，控制模组70可控制第一阀体41及第二阀体42的开关，可控制电源供应器34供应电流至导线组件30、磁场产生器60A及/或电场产生器60B等。控制模组70可包含一程序控制器、处理器、内存等本领域所知悉的控制元件。

综合上述，本发明微元件排列方法及系统可使复数个微元件快速、方便、及/或精确地排列成一阵列，俾以该等微元件进行巨量转移等后续制程；此外，该等微元件亦可直接排列于具有驱动电路的承载基板上，无须进行巨量转移的制程。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利范围为准。

Claims

1.一种微元件排列方法，包含：

使复数个微元件悬浮于液体，其中，所述微元件沿着一第一方向是以一第一方向初始间距相间隔及沿着一第二方向是以一第二方向初始间距相间隔，该第一方向与该第二方向相互垂直；

使悬浮于该液体的所述微元件相接近，使得所述微元件沿着该第一方向是以一第一方向目标间距相间隔及沿着该第二方向是以一第二方向目标间距相间隔，其中，该第一方向目标间距及该第二方向目标间距小于相对应的该第一方向初始间距及该第二方向初始间距；以及

使相接近的所述微元件设置于一承载基板上、并维持该第一方向目标间距及该第二方向目标间距相间隔排列。

2.根据权利要求1所述的微元件排列方法，更包含：

提供一导线组件，其中该导线组件包含沿着该第一方向的复数个第一导线以及沿着该第二方向的复数个第二导线，该导线组件另定义有复数个网格，所述网格的每一个是由所述第一导线的相邻两个及所述第二导线的相邻两个围绕而形成；

使所述微元件分别位于该导线组件的所述网格中；

对所述第一导线施加电流，以使所述第一导线产生磁场而相接近，使得所述微元件沿着该第二方向相接近；以及

对所述第二导线施加电流，以使所述第二导线产生磁场而相接近，使得所述微元件沿着该第一方向相接近。

3.根据权利要求2所述的微元件排列方法，其中，于所述微元件分别位于该导线组件的所述网格中之后，再使所述微元件悬浮于该液体。

4.根据权利要求2所述的微元件排列方法，其中，于所述微元件悬浮于该液体之后，再使所述微元件分别位于该导线组件的所述网格中。

5.根据权利要求1至4的任一项所述的微元件排列方法，其中，使所述微元件悬浮于该液体的该步骤中，更包含：

将所述微元件设置于一暂时承载板上，且所述微元件是以沿着该第一方向以该第一方向初始间距相间隔排列，及是以沿着该第二方向以该第二方向初始间距相间隔排列；

使该液体覆盖该暂时承载板；以及

使所述微元件脱离该暂时承载板而悬浮于该液体。

6.根据权利要求5所述的微元件排列方法，其中，所述微元件是胶黏于该暂时承载板上、或被吸附于该暂时承载板上。

7.根据权利要求1至4的任一项所述的微元件排列方法，其中，所述微元件的每一个包含一LED晶片，该LED晶片包含一上表面、一下表面及一电极组，该电极组设置于该下表面。

8.根据权利要求7所述的微元件排列方法，其中，所述微元件的每一个更包含一辅助结构，该辅助结构设置于该LED晶片的该上表面，且该辅助结构的密度小于该LED晶片的密度。

9.根据权利要求8所述的微元件排列方法，其中，该辅助结构包含一磁性材料；其中，使所述微元件悬浮于该液体的该步骤中，更包含：施加一磁场，以磁化所述微元件的所述辅助结构，使得所述微元件沿着该第一方向及该第二方向彼此产生斥力而以该第一方向初始间距及第二方向初始间距相间隔。

10.根据权利要求8所述的微元件排列方法，其中，使所述微元件悬浮于该液体的该步骤中，更包含：施加一电场，使所述微元件的所述辅助结构产生静电感应，使得所述微元件沿着该第一方向及该第二方向彼此产生斥力而以该第一方向初始间距及该第二方向初始间距相间隔。

11.根据权利要求10所述的微元件排列方法，其中，该辅助结构包含一易产生静电感应材料。

12.根据权利要求8所述的微元件排列方法，更包含：移除所述微元件的所述辅助结构。

13.根据权利要求1至4的任一项所述的微元件排列方法，其中，使相接近的所述微元件设置于该承载基板上的该步骤中，包含：将该承载基板放置于所述微元件的下方；以及泄除该液体，以使所述微元件下降至该承载基板上。

14.一种微元件排列系统，包含：

一液体容置模组，包含一槽体，用以容置液体；以及

一微元件排列模组，包含一导线组件，该导线组件包含沿着一第一方向的复数个第一导线及沿着一第二方向的复数个第二导线，所述第一导线及所述第二导线设置于该槽体中，且该第一方向与该第二方向相垂直；

其中，该导线组件另定义有复数个网格，所述网格的每一个是由所述第一导线的相邻两个及所述第二导线的相邻两个围绕而形成。

15.根据权利要求14所述的微元件排列系统，其中，该微元件排列模组更包含一电源供应器，该电源供应器电性连接至该导线组件，用以对所述第一导线及所述第二导线施加电流。

16.根据权利要求14所述的微元件排列系统，其中，该液体容置模组更包含一第一阀体及一第二阀体，该第一阀体及该第二阀体设置于该槽体上，分别用以从该槽体中排除该液体及注入该液体至该槽体中。

17.根据权利要求14至16的任一项所述的微元件排列系统，更包含一磁场产生器及/或一电场产生器，可于该槽体中产生一均匀磁场及/或电场。

18.根据权利要求14至16的任一项所述的微元件排列系统，更包含一控制模组，该控制模组设置成可控制与协调该液体容置模组及该微元件排列模组的作动。