CN111933633B - 发光元件的转移方法和显示器背板 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及本申请属于显示背光制造技术领域，提供了一种发光元件的转移方法，通过在发光元件来源基板设置吸光材料层，在将发光元件贴合到电路板上剥离发光元件时，吸光材料层能吸收激光并且完全融化不会有残留物，也不会影响发光元件的出光效果，解决了激光会把弹性材料烧焦，会在发光元件上产生一层难以清理的黑色物质，影响发光元件的出光的问题。

Description

发光元件的转移方法和显示器背板
技术领域
本申请属于显示背光制造技术领域，尤其涉及一种发光元件的转移方法和显示器背板。
背景技术
大部分电子电路产品的设计都涉及到电子元件的组合。在很多情况下，受限于材料生长技术，电子元件（比如发光二极管）及其基板必须使用不同材料制作，因此需要将电子元件从它们的原生基板转移到应用基板上。目前主流的转移技术采用机械方法进行，适用于面积较大，数量较少的电子元件。而目前一些新兴应用需要对大量微米级的电子元件（比如微型发光二极管，Micro LED）进行转移，超越了传统转移技术的能力。
因此，逐渐开发出了一些巨量转移技术，比如转印（Roll Printing）技术中，通常采用在转印衬底上加一层辅助材料层（比如弹性/刚性印模），将电子元件从晶圆上拾取，将这些电子元件件打印（放置）在目标基板上。但是在将电子元件件打印（放置）在目标基板上时，其辅助材料层往往会被残留从而影响发光元件的出光，或者施加压力的过程容易使辅助材料层发生断裂，导致转移效率低，效果不良。
发明内容
本申请的目的在于提供一种发光元件的转移方法，旨在解决传统的巨量转移技术存在的转移效率低，效果不良的问题。
本申请实施例的第一方面提了一种微小发光元件的转移方法，包括：
提供一发光元件来源基板，所述发光元件来源基板包括透明衬底、设置在透明衬底上的吸光材料层、置于所述吸光材料层之上的若干发光元件，所述发光元件的电极位于所述发光元件远离所述吸光材料层的一侧；
将电路板与所述发光元件贴合，所述电路板上设置有若干电极对，所述电极对的位置对应所述发光元件的电极，所述电极对的表面或所述发光元件的电极表面设置有焊料；
使用激光从所述透明衬底的远离所述吸光材料层的一侧进行照射，使所述吸光材料层及所述焊料融化，所述发光元件脱离所述透明衬底并转移至所述电路板上。
在其中一些实施例中，所述吸光材料层为a-Si材料层，所述激光为脉冲激光，激光波长范围为800~900nm，光斑直径范围为：15~25um，脉冲能量范围为400 uJ ~600uJ，脉冲频率范围为：70 kHz ~90kHz。
在其中一些实施例中，所述a-Si材料层的厚度为2um，所述激光波长为808nm，光斑直径为20um，脉冲能量为500uJ，脉冲频率范围为80kHz。
在其中一些实施例中，所述提供一发光元件来源基板，包括：
在衬底基板上生成外延层；
将预置的复合板与所述吸光材料层键合，所述复合板包括所述透明衬底，所述吸光材料层与所述外延层贴合；
利用光阻剥离方式剥离所述衬底基板；
对键合之后的结构进行刻蚀处理，刻蚀深度等于所述外延层与所述吸光材料层的厚度之和；
在蚀刻处理之后的结构上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板。
在其中一些实施例中，所述复合板还包括弹性层，所述弹性层置于所述透明衬底与所述吸光材料层之间，所述弹性层的吸收波长比所述吸光材料层的吸收波长短。
在其中一些实施例中，所述将预置的复合板与所述衬底基板键合之前，还包括：
在透明衬底上制备弹性层；
在所述弹性层上制备吸光材料层，得到所述复合板。
在其中一些实施例中，所述提供一发光元件来源基板，包括：
在衬底基板上生成外延层；
对所述外延层进行刻蚀，刻蚀深度等于所述外延层的厚度；
将所述外延层与预置的复合板键合，所述复合板包括所述透明衬底、设置在所述透明衬底上的吸光材料层及设置在所述吸光材料层上的弹性层，所述弹性层与所述外延层贴合；
利用光阻剥离方式剥离所述衬底基板；
在蚀刻后的外延层上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板。
在其中一些实施例中，所述在蚀刻后的外延层上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板之后，还包括：
采用切割或刻蚀方式沿着所述外延层的刻蚀路径对所述弹性层及所述吸光材料层进行切割，切割厚度等于所述弹性层与所述吸光材料层的厚度之和。
在其中一些实施例中，所述使用激光从所述透明衬底的远离所述吸光材料层的一侧进行照射，使所述吸光材料层及所述焊料融化，所述发光元件脱离所述透明衬底并转移至所述电路板上之后，还包括：
移除所述弹性层。
在其中一些实施例中，所述弹性层为PI材料制成。提供一发光元件来源基板，所述发光元件来源基板包括透明衬底及设置在透明衬底的吸光材料层、置于所述吸光材料层之上的若干发光元件，所述发光元件的电极位于远离所述吸光材料层的一侧；
将电路板与所述发光元件贴合，所述电路板上设置有若干电极对，一所述电极对对应一所述发光元件，所述电极对的表面或所述发光元件的电极表面设置有焊料；
使用激光从所述透明衬底的远离所述吸光材料层的一侧进行照射，使所述吸光材料层及所述焊料融化，所述发光元件脱离所述透明衬底并转移至所述电路板上。
上述的微小发光元件的转移方法，通过在作为转印衬底的透明衬底上同时设置吸光材料层，在将发光元件放置到电路板上剥离发光元件时，吸光材料层能吸收激光并且完全融化不会有残留物，也不会影响发光元件的出光效果，解决了激光会把弹性材料烧焦，会在发光元件上产生一层难以清理的黑色物质，影响发光元件的出光的问题。
附图说明
图1为本申请实施例中的一种发光元件的转移方法的流程图；
图2为本申请实施例中制作发光元件来源基板的工序图；
图3为本申请实施例中制作将电路板与发光元件贴合的工序图；
图4为本申请实施例中将发光元件剥离透明衬底转移至电路板的工序图；
图5为本申请第一实施例中发光元件被转移至电路板的结构图；
图6为本申请制作发光元件来源基板的第一实施例中制作外延层的工序图；
图7为本申请制作发光元件来源基板的第一实施例中将复合板与吸光材料层键合的工序图；
图8为本申请制作发光元件来源基板的第一实施例中剥离衬底基板的工序图；
图9为本申请制作发光元件来源基板的第一实施例中刻蚀处理得到发光元件来源基板的工序图；
图10为本申请复合板的第二实施例的结构图；
图11为本申请制作发光元件来源基板的第二实施例中制作外延层的工序图；
图12为本申请制作发光元件来源基板的第二实施例中对外延层进行刻蚀的工序图；
图13为本申请制作发光元件来源基板的第二实施例中将外延层与复合板键合的工序图；
图14为本申请制作发光元件来源基板的第二实施例中剥离衬底基板、形成发光元件的工序图；
图15为本申请的发光元件来源基板的第二实施例中刻蚀弹性层、吸光材料层的工序图；
图16为本申请第二实施例中将发光元件剥离透明衬底转移至电路板的工序图；
图17为本申请第二实施例中发光元件被转移至电路板的结构图；
图18为本申请第三实施例中发光元件被转移至电路板的结构图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图5，本申请第一方面提供的一种微小发光元件的转移方法包括：
步骤S110，请参阅图2，提供一发光元件来源基板10，发光元件来源基板10包括透明衬底11、设置在透明衬底11上的吸光材料层12、以及置于吸光材料层12之上的若干发光元件13，发光元件13的电极131位于发光元件13远离吸光材料层12的一侧。
步骤S120，请参阅图3，将电路板14与发光元件13贴合，电路板14上设置有若干电极对（未图示），电极对的位置对应发光元件13的电极131，电极对的表面或发光元件13的电极131表面设置有焊料。
步骤S130，请参阅图4，使用激光从透明衬底11的远离吸光材料层12的一侧进行照射，使吸光材料层12及焊料融化，发光元件13脱离透明衬底11并转移至电路板14上，可以得到图5所示的结构。
吸光材料层12为a-Si（无定形硅）材料层，激光为脉冲激光，激光波长范围为800~900nm，光斑直径范围为：15~25um，脉冲能量范围为400 uJ ~600uJ，脉冲频率范围为：70kHz ~90kHz。可选地，吸光材料层12还可以是二氧化硅（SiO2），厚度为0.5um~5um。
在使用激光照射时，可以使用激光对发光元件13进行选择性照射，光斑直径为5um~100um，如此激光不会照射到电路板14从而损害电路板14上的结构。
可选地，透光衬底11为玻璃或石英，厚度范围是300um-1000um，比如采用500um的玻璃，透光衬底11的透光指的是不对被其他材料层所能吸收的激光，所对应的波长进行阻挡。
焊料可以是锡（Sn），也可以用铟（In）或者铟锡合金，或者含有锡的金属混合物。激光加热发光元件13的电极从而融化焊料，使得发光元件13的电极131和电路板14的电极完成焊接。使得发光元件13和电路板14的电连接更加稳固，降低导通电阻。
在其中一个实施例中，步骤S110，制作发光元件来源基板10的工序包括：
请参阅图6，在衬底基板15上生成外延层16。
衬底基板15可以为蓝宝石平片，厚度范围是300um~1500um，比如采用650um的蓝宝石平片衬底。外延层16的材料比如为氮化镓基或砷化镓，厚度为2um~10um。
请参阅图7，将预置的复合板17与吸光材料层12键合，复合板17包括透明衬底11，吸光材料层12与外延层16贴合。
可选地，并在吸光材料层12与外延层16贴合时，可以相对地加压力，同时增加温度，使得吸光材料层12和外延层16能够完全贴合，该温度范围为350℃-500℃，压力为200牛顿~500牛顿，时间为10分钟~60分钟。
请参阅图8，利用光阻剥离方式剥离衬底基板15，得到键合之后的结构。
请参阅图9，对键合之后的结构进行刻蚀处理，刻蚀深度等于外延层16与吸光材料层12的厚度之和。
请参阅图9，在蚀刻处理之后的结构上形成发光元件13，得到发光元件来源基板10。
其中，发光元件13的电极131朝外，发光元件13可以是Micro-LED，或Mini-LED，其为圆形或矩形，圆形则直径小于200um，矩形则长度范围是2um~200um，宽度范围是1um~100um。
请参阅图10，在其中一个实施例中，复合板17还包括弹性层18，弹性层18置于透明衬底11与吸光材料层12之间，弹性层18的吸收波长比吸光材料层12的吸收波长短。本实施例中，复合板17可以按如下工序制作，将预置的复合板17与衬底基板15键合之前，在透明衬底11上制备弹性层18；在弹性层18上制备吸光材料层12，得到复合板17。
透光衬底11对弹性层18能吸收的激光波长透明，吸光材料层12的硬度比弹性材料层14大，不易发生形变；弹性层18的材料比如是聚酰亚胺（Polyimide Film，PI），弹性层18的厚度为1um~20um。
可选地，弹性层18能吸收的激光的波长不同于吸光材料层12能吸收的激光的波长，比如弹性层18能吸收的激光的波长短于吸光材料层12能吸收的激光的波长。
可选地，弹性层18可以具有粘性，加强与透光衬底11、吸光材料层12之间的粘附能力。
在上述，步骤S120将电路板14与发光元件13贴合的工序中，弹性层18的弹性可以用来吸收基板衬底15、透光衬底11翘曲的影响，使得吸光材料层12和发光元件13能够完全贴合，透光衬底11、电路板14或吸光材料层12等不会被压断。
另外，由于吸光材料层12和弹性层18的材料不同，存在上述的能吸收的激光的波长不同。因此，可以选择适当的激光波长，使得激光能够透过弹性层18，到达吸光材料层12被吸收。在激光的作用下，吸光材料层12被融化且不会被烧焦，发光元件13与吸光材料层12之间的连接消失，因此实现发光元件13被转移到电路板14上，可以得到图5所示的结构。
进一步地，在图9的对键合之后的结构进行刻蚀处理的过程中，比如吸光材料层12的材料是a-Si，则利用氢氟酸对吸光材料层12进行刻蚀，刻蚀深度根据吸光材料层12的厚度而定，最后使得弹性层18裸露在刻蚀沟道的底部。
在另外一个实施例中，步骤S110，制作发光元件来源基板10的工序包括：
请参考图11，在衬底基板15上生成外延层16；
衬底基板15为蓝宝石平片，厚度范围是300um~1500um，比如采用650um的蓝宝石平片衬底。外延层16比如为氮化镓基或砷化镓，厚度为2um~10um。
请参考图12，对外延层16进行刻蚀，刻蚀深度等于外延层16的厚度。用制作发光元件13。
请参考图13，将外延层16与预置的复合板17键合，复合板17包括透明衬底11、设置在透明衬底11上的吸光材料层12及设置在吸光材料层12上的弹性层18，弹性层18与外延层16贴合。
透光衬底11为玻璃或石英，厚度范围是300um~1000um，比如采用500um的玻璃，透光衬底11的透光指的是不对被其他材料层所能吸收的激光，所对应的波长进行阻挡。
本例中，透光衬底11能对弹性层18吸收的激光波长透明，吸光材料层12的硬度比弹性层18硬，不易发生形变；吸光材料层12的材料比如是无定形硅或二氧化硅，厚度为0.5um~5um；弹性层18的材料比如是聚酰亚胺薄，弹性层18的厚度为1um~20um。
弹性层18能吸收的激光的波长不同于吸光材料层12能吸收的激光的波长，可选地，比如弹性层18能吸收的激光的波长短于吸光材料层12能吸收的激光的波长。
将外延层16与预置的复合板17键合，对外延层16与预置的复合板17相对地加压力，同时增加温度，使得弹性层18和外延层16制成的发光元件13能够完全贴合，该温度范围为350℃~500℃，压力为200~500牛顿，时间为10分钟~60分钟。
请参考图14，利用光阻剥离方式剥离衬底基板15。
请参考图14，在蚀刻后的外延层16上形成发光元件13，得到发光元件来源基板10。
请参考图15，可选地，在蚀刻后的外延层16上形成发光元件13，得到发光元件来源基板10之后，还包括：
采用切割或刻蚀方式沿着外延层16的刻蚀路径对弹性层18及吸光材料层12进行切割，切割厚度等于弹性层18与吸光材料层12的厚度之和。留下的弹性层18、吸光材料层12的图形阵列与发光元件13的图形阵列一致，最后使得透光衬底11裸露在刻蚀沟道的底部。
此后，请参阅图16，进行步骤S120，将电路板14与发光元件13贴合的工序；步骤S130，使用激光从透明衬底11的远离吸光材料层12的一侧进行照射，使吸光材料层12及焊料融化，发光元件13脱离透明衬底11并转移至电路板14上的工序。
步骤S120的贴合工序中，弹性层18的弹性可以用来吸收透光衬底11、电路板14翘曲的影响，使得电路板14与发光元件13能完全贴合，透光衬底11、电路板14或吸光材料层12等不会再被压断。
由于吸光材料层12和弹性层18的材料不同，可以选择激光的波长，使得激光能够透过弹性层18，到达吸光材料层12被吸收。在激光的作用下，吸光材料层12被融化且不会被烧焦，发光元件13与吸光材料层12之间的连接消失，因此实现发光元件13被转移到电路板14上，于是可以得到图17所示的结构。
因此，在进行步骤S130的工序之后，还包括移除弹性层18的工序，于是可以得到图18所示的结构。
提供一个完整的发光元件的转移方法的示例：
发光元件13为Micro-LED，发光元件13是长宽分别为30um、15um的矩形，衬底基板15为蓝宝石平片衬底，厚度为650um，外延层16为氮化镓基LED外延结构，厚度为6um
透光衬底11为玻璃，厚度为500um。弹性层18的材料为PI，PI材料采用喷涂工艺制作，厚度为5um，喷涂完成之后在450℃的温度下烘烤30分钟；吸光材料层12为a-Si，厚度大约为2um，在制作完成PI材料之后，利用气相沉积法（Chemical Vapour Deposition，CVD）进行a-Si的生长形成吸光材料层12。
其后，对外延层16与吸光材料层12进行衬底键合，键合采用的温度为400摄氏度，压力为300牛顿，时间为30分钟。键合完成之后使用波长为266nm的激光对衬底基板15进行激光剥离。
接下来，利用感应耦合等离子体（Inductively Coupled Plasma，ICP）刻蚀工艺对外延层16进行刻蚀，刻蚀深度为6um，完成源晶圆的制作。随后在发光元件13上制作电极131、绝缘层等标准结构，并在发光元件13的电极131上沉积有厚度为3um的锡作为焊料。制作完成之后，再利用氢氟酸对下方的吸光材料层12进行刻蚀，刻蚀深度为2um，刻蚀完成后，弹性层18裸露在刻蚀沟道的底部。
将具有驱动电极的电路板14与发光元件13的电极131对位后，贴合上去之后压紧，利用激光器对发光元件13进行选择性照射。激光的波长为808nm，能够弹性层18，但是会被吸光材料层12吸收。其中，激光为脉冲激光，其光斑直径为20um，脉冲能量为500uJ，脉冲频率为80kHz。
由于激光面积较小，需要扫过所有排布有发光元件13的面积，使得该发光元件13下方的吸光材料层12全部被照射。吸收激光之后，吸光材料层12被全部气化，发光元件13与弹性层18分离。同时，发光元件13的电极上携带的锡被融化，使得发光元件13的电极131与电路板14的电极焊接在一起，所有发光元件13转移完成后，即可得到与电路板14具有电学连接的发光元件阵列，以构成显示器背板。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光元件的转移方法，其特征在于，包括：
提供一发光元件来源基板，所述发光元件来源基板包括透明衬底、设置在透明衬底上的吸光材料层、与所述吸光材料层贴合的弹性层以及置于所述吸光材料层之上的若干发光元件，所述发光元件的电极位于所述发光元件远离所述吸光材料层的一侧，所述吸光材料层和所述弹性层的材料不同；
对所述吸光材料层进行刻蚀，所述吸光材料层的图形阵列与所述发光元件的图形阵列一致；
将电路板与所述发光元件贴合，所述电路板上设置有若干电极对，所述电极对的位置对应所述发光元件的电极，所述电极对的表面或所述发光元件的电极表面设置有焊料；
使用激光从所述透明衬底的远离所述吸光材料层的一侧进行照射，使所述吸光材料层及所述焊料融化，所述发光元件脱离所述透明衬底并转移至所述电路板上。
2.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述吸光材料层为a-Si材料层，所述激光为脉冲激光，激光波长范围为800~900nm，光斑直径范围为：15~25um，脉冲能量范围为400uJ ~600uJ，脉冲频率范围为：70 kHz ~90kHz。
3.如权利要求2所述的转移方法，其特征在于，所述a-Si材料层的厚度为2um，所述激光波长为808nm，光斑直径为20um，脉冲能量为500uJ，脉冲频率范围为80kHz。
4.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述提供一发光元件来源基板，包括：
在衬底基板上生成外延层；
将预置的复合板与所述吸光材料层键合，所述复合板包括所述透明衬底，所述吸光材料层与所述外延层贴合；
利用光阻剥离方式剥离所述衬底基板；
对键合之后的结构进行刻蚀处理，刻蚀深度等于所述外延层与所述吸光材料层的厚度之和；
在蚀刻处理之后的结构上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板。
5.如权利要求4所述的转移方法，其特征在于，所述复合板还包括弹性层，所述弹性层置于所述透明衬底与所述吸光材料层之间，所述弹性层的吸收波长比所述吸光材料层的吸收波长短。
6.如权利要求5所述的转移方法，其特征在于，所述将预置的复合板与所述衬底基板键合之前，还包括：
在透明衬底上制备弹性层；
在所述弹性层上制备吸光材料层，得到所述复合板。
7.如权利要求1所述的转移方法，其特征在于，所述提供一发光元件来源基板，包括：
在衬底基板上生成外延层；
对所述外延层进行刻蚀，刻蚀深度等于所述外延层的厚度；
将所述外延层与预置的复合板键合，所述复合板包括所述透明衬底、设置在所述透明衬底上的吸光材料层及设置在所述吸光材料层上的弹性层，所述弹性层与所述外延层贴合；
利用光阻剥离方式剥离所述衬底基板；
在蚀刻后的外延层上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板。
8.如权利要求7所述的转移方法，其特征在于，所述在蚀刻后的外延层上形成发光元件，得到所述发光元件来源基板之后，还包括：
采用切割或刻蚀方式沿着所述外延层的刻蚀路径对所述弹性层及所述吸光材料层进行切割，切割厚度等于所述弹性层与所述吸光材料层的厚度之和。
9.如权利要求8所述的转移方法，其特征在于，所述使用激光从所述透明衬底的远离所述吸光材料层的一侧进行照射，使所述吸光材料层及所述焊料融化，所述发光元件脱离所述透明衬底并转移至所述电路板上之后，还包括：
移除所述弹性层。
10.如权利要求6或9所述的转移方法，其特征在于，所述弹性层为PI材料制成。
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