CN111933774B - 流体制备led显示器的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体制备LED显示器的方法和系统。该方法包括提供第一衬底，第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极；提供LED芯片的LED芯片液体悬浮液；使LED芯片液体悬浮液流过第一衬底的顶表面；捕获LED芯片于多个夹持凸起中；对第一衬底进行退火；以及通过退火使每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接。本发明可以简洁快速且精准地转移巨量的微型发光二极管，并具有高良率。

Description

流体制备LED显示器的方法和系统
技术领域
本发明涉及半导体器件制造和光学系统，尤其涉及一种流体制备LED显示器的方法和系统。
背景技术
微型发光二极管(Micro-LED)就是“微”LED(发光二极管)，微型发光二极管阵列显示作为一种新显示技术，与其它显示技术，比如液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)、有机电激光显示(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)、等离子显示(PlasmaDisplayPanel，PDP)等相比，其核心的不同之处在于其采用无机LED作为发光像素。
制作好的微小的LED需要转移到做好驱动电路的基底上。无论是电视还是手机屏，其像素的数量都是相当巨大的，以一个55寸4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗(以4000x 2000x RGB三色计算)，即使一次转移1万颗，也需要重复2400次，这种技术叫做巨量转移。巨量转印设备是实现三基色Micro-LED芯片集成制造的关键。而4K或8K显示像素的尺寸较小，并且显示产品对于像素错误的容忍度也很低，一块有“亮点”或“暗点”的显示屏无法满足用户需求，所以将这些小像素可靠地转移到做好驱动电路的衬底上并实现电路连接是十分困难、复杂的技术。实际上，“巨量转移”确实是目前Micro-LED商业化上的一大瓶颈技术。其转移的效率，成功率都决定着商业化的成功与否。如何提高巨量转移后Micro-LED器件的良品率是值得研究的问题。将LED晶体薄膜无需封装直接搬运到驱动背板上，在Micro-LED的生产上，要把数百万甚至数千万颗微米级的LED晶粒正确且有效率的移动到电路基板上。
美国专利US20170133550A1首次提出用于制造发光显示器的流体组装方法，其技术是在Micro LED组装期间藉由流体悬浮液体当介质，该Micro LED悬浮液流过顶表面设置有多个井的发光基板从而Micro LED被捕获在井中，并利用熔融焊料在井的毛细管的界面对Micro LED电极进行机械和电性连接，将Micro LED捕获及对准至焊点上。由于此方法中毛细管作用力过大且不可控，一方面极易造成Micro LED损伤和失效，另一方面容易诱导Micro LED错位组装和堆叠，因此难以确保转移精度和良率，无法满足横向精度要求高的巨量转移，而且修复工艺繁杂耗时，难以满足大规模生产的要求。美国专利US20180261570A1提出一种定向自组装的方式则是通过反磁漂浮的办法处理巨量转移Micro LED，该方法包括将振动力施加到磁性台，磁性台包括多个磁体和以阵列布置的间隔物；将多个铁磁性的LED芯片(每个铁磁性的LED芯片都具有铁磁条)沉积到磁性平台上，振动力将多个铁磁性的LED芯片基本均匀地分布在磁性平台的表面上，并且其中振动力使多个铁磁性的LED芯片对准具有最大磁场强度的节点；通过磁场的物理反转去除一组不在最大磁场强度节点中的铁磁性的LED芯片。然而制备铁磁性的LED芯片是复杂的，因而反磁漂浮流体组装的技术是昂贵的、缓慢的，并且可能缺少灵活性和诸如LED芯片的脆弱的结构和兼容性，这导致LED芯片分辨率的缺失和不均匀的LED芯片密度，这阻碍了复用、小型化和信号定量。另外，美国专利US20180053742A1提出将电子器件粘附于暂时性固定层，通过扩张该暂时性固定层来改变LED间距从而转移到承载基板上。由于此方法中暂时性固定层在横向和纵向均会扩张，难以确保横向转移精度，无法满足横向精度要求高的巨量转移，且暂时性固定层扩张倍数有限，无法满足大横向间距。这些技术遇到的问题是：1)转移的Micro-LED芯片尺寸极小(3μm-200μm)，需要极高精度的操作技术；2)一次转移需要移动几万乃至几十万颗Micro-LED芯片，数量巨大；3)如何提升转移良率到99.99％，甚至更高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种流体制备发光二极管显示装置的制造方法和系统，其可以简洁快速且精准地转移巨量的微型发光二极管，并具有高良率。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种流体制备发光二极管显示装置的制造方法，其包括：
提供第一衬底，所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极；
提供LED芯片的LED芯片液体悬浮液；
使所述LED芯片液体悬浮液流过所述第一衬底的顶表面；
捕获所述LED芯片于所述多个夹持凸起中；
对所述第一衬底进行退火；以及
通过所述退火使每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接。LED芯片为Micro-LED，也可以是mini-LED。
在一个优选实施例中，在所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起的方法包括：
提供一第一衬底，所述第一衬底上形成有多个驱动电极；
形成一光刻胶层于所述第一衬底顶表面上，所述光刻胶层覆盖上述驱动电极以及至少部分所述第一衬底；
对所述光刻胶层进行一曝光及显影步骤，以形成驱动电极通道和夹持凸起，其中驱动电极通道至少曝露驱动电极，所述第一衬底、上述驱动电极、驱动电极通道以及所述夹持凸起构成一驱动基板。
在一个优选实施例中，所述夹持凸起为至少一边的挡墙结构；或者所述夹持凸起为至少一侧开口的多面体结构。
本发明的流体制备LED显示器的方法施加在各个LED芯片上的高变量的局部应力。该高变量的应力导致速度的高变量，从而作为用于捕获的最大组装速度存在的范围，各个LED芯片的速度如果高于该最大阈值或者低于该最小阈值则不会被夹持凸起所捕获。高变量的第二个好处是在大型(米级)基板上的组件排布相对较快。一旦被夹持凸起所捕获，最大的应力为使组装的LED芯片不会从正确的方向移开，而是错位的部件被移开。这提供了一种低成本且高速的组装方法，其实现预测组装速度达每小时超过3000万个微型组件。该组装方法是一种可以适用于任何数量的基板的通用方法，而且非常适合于具有有限表面形貌的低填充因子和高面积的阵列。
夹持凸起的设计不同于井或者凹槽位的捕获结构设计，在相同的位点密度情况下，夹持凸起的接触面更大，而且表面能更高，在微观尺度下，这是至关重要的，因此夹持凸起的捕获效率也更高，而且更加稳定，在电势差和表面能的驱使下，夹持凸起一旦被捕获，夹持凸起的表面能降低，也就是说不再具有继续捕获LED芯片能力，一方面不会出现多个LED芯片被同一夹持凸起捕获的情况，另一方面，被捕获LED芯片的与夹持凸起的组合结构稳定，很难被冲刷分离。
夹持凸起以及第一衬底系统的表面Gibbs自由能：
ΔG＝ΔH-ΔS·T
捕获LED芯片过程，夹持凸起以及第一衬底系统的表面Gibbs自由能的变化是测量两个驱动力焓变和熵变之间的平衡，以确定反应是否是自发的。
而该过程ΔH<0，而且ΔS>0，因此ΔG<0，从而有利于夹持凸起捕获LED芯片过程，致使该过程是自发的。
在一个优选实施例中，电连接每个LED芯片包括将每个LED芯片与驱动电极连接，无需形成覆盖金属层、附加导电走线、或在基板上引线邦定。
在一个优选实施例中，所述方法还包括：所述夹持凸起通过范德华力、库伦力、约翰森-拉别克效应和机械力中的至少一种捕获所述LED芯片。美国专利US20170133550A1的井或者凹槽位的捕获结构设计产生的毛细管作用力过大且不可控，一反面极易造成MicroLED损伤和失效，另一方面容易诱导Micro LED错位组装和堆叠，因此难以确保转移精度和良率，无法满足横向精度要求高的巨量转移。相比之下，范德华力、库伦力、约翰森-拉别克效应和机械力在微观尺寸(5μm-500μm)下对于LED芯片的作用相对较弱，可以减少对LED芯片的损伤，从而提高良率。
在一个优选实施例中，使用辅助机构用于分配所述LED芯片，所述辅助机构选自由旋转或非旋转的刷子、擦拭器、旋转圆筒、加压流体和机械振动中的至少一种。
进一步的，所述捕获所述LED芯片于所述多个夹持凸起中包括：通过所述辅助机构配合所述悬浮液中的LED芯片或所述夹持凸起，捕获所述LED芯片。
在一个优选实施例中，在对所述第一衬底进行退火之前，所述驱动电极表面涂覆有焊料。
在一个优选实施例中，电性连接每个LED芯片包括将每个所述LED芯片和与其对应的驱动电极电性连接，而不需要在所述发光元件上施加外部压力。
在一个优选实施例中，所述流体制备LED显示器的方法还包括：
形成多个光转换机构，并覆盖于相对应的多个LED芯片的暴露的表面；
形成多个光扩散机构，并覆盖于相应的多个LED芯片。
在一个优选实施例中，所述LED芯片液体悬浮液的液体选自由乙醇、多元醇、酮、卤代烃和水中至少一种，除去液体的方法包括热蒸发，UV光蒸发或者化学清洗。
在一个优选实施例中，所述LED芯片和所述夹持凸起具有相同的亲疏水性质，所述第一衬底的顶表面至少设置有与所述LED芯片相反的亲疏水性质，以增加所述夹持凸起捕获LED芯片的概率。例如，LED芯片和夹持凸起设有亲水性表面，所述第一衬底的顶表面至少设置有疏水性部分，以增加所述夹持凸起捕获LED芯片的概率。或者，LED芯片和夹持凸起设有疏水性表面，所述第一衬底的顶表面至少设置有亲水性部分，以增加所述夹持凸起捕获LED芯片的概率。
在一个优选实施例中，所述使所述LED芯片液体悬浮液流过所述第一衬底的顶表面的方法包括：使用微流控芯片流体传输所述LED芯片液体悬浮液。所述微流控芯片包括主微流体通道，其在所述微流控芯片的顶表面。以及LED芯片微珠集成系统，其设置在所述主微流体通道的一侧。所述LED芯片微珠集成系统包括辅助微流体通道，其与所述主微流体通道正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口，所述结构化元件配置为：在所述交叉口处保留所述LED芯片液体悬浮液中流动的LED芯片微珠，所述LED芯片液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口。在所述辅助微流体通道中装载所述第二液体悬浮液，用于所述第二液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进并且通过所述交叉口，使得在所述第二液体悬浮液中的LED芯片微珠在所述交叉口处被俘获。
微流体处理小体积液体的行为、精确控制和操纵，该小体积液体典型地被限制在微米长度尺度的通道并且被典型地限制在在亚毫升范围内的体积。微流体的突出特征源于液体在微米长度尺度处展示出的独特行为。液体在微流体中的典型地流动是层状的。低于一纳升的体积可以通过制造具有微米范围内的横向尺寸的结构来达到。可以加速被大尺寸限制的反应(通过反应物的扩散)。最终，可以准确地且可再现地控制液体的平行流，以允许在液/液和液/固界面处形成化学反应和梯度。
微流体装置总体上是指微制造的装置，其用于泵浦、采样、混合、分析和配量液体。为代替使用主动的泵送构件，已知微流体装置，其使用毛细管力以在微流体装置内移动液体样品。这使得装置更易于操作且较便宜，因为不需要集成的或外部的(主动的)泵。然而，制造期间的微粒、污染物和其他问题可能危害装置的基于毛细管的填充。
在一个优选实施例中，所述微流控芯片使用致动的脉冲源将LED芯片微珠传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源包括激光器，推针器或空气喷射器。
在一个优选实施例中，所述微流控芯片上设置有多个流体输出通道，用于流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面；其中，每个所述流体输出通道至少对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行或一列。
在一个优选实施例中，每个所述流体输出通道上至少设置有一阀门，用于开启或闭合流体传输所述LED芯片液体悬浮液。
相较于传统的流体组装方法，本发明使用微流控芯片流体传输所述LED芯片液体悬浮液的方法在精确度、可控性、巨量规模和成本上都有非常高的优势。ELUX INC.公司的美国专利US20170133550A1提出的用于制造发光显示器的流体组装方法技术是可能缺少灵活性和与诸如LED芯片的脆弱的结构和兼容性，这导致LED芯片分辨率的缺失和不均匀的LED芯片密度，这阻碍了复用、小型化和信号定量。另外，流体组装后通过鹅毛笔点样(pinspotting)修复技术是繁杂而且耗时的。本发明使用微流控芯片流体传输所述LED芯片液体悬浮液的方法使得减缓和加速LED芯片微珠的集成成为可能，LED芯片微珠典型地包括焊料。上述装置和对应地该集成方法不需要离心来装填LED芯片微珠或沉淀LED芯片以及离心去除未装填的LED芯片，因此节约了组装步骤。第一衬底设置在流体传输所述LED芯片液体悬浮液的微流控芯片的一定距离处，LED芯片微珠集成可以例如在几分钟内简单且快速地实现在第一衬底上装填，并且可能是无人值守的。上述装置和对应地该集成方法对LED芯片微珠流动的控制和组装精确度高，大幅提升对LED芯片的利用率，从而减少对未捕获LED芯片进行回收的工作。
本发明同时提供一种流体制备LED显示器的系统，其包括一上述的微流控芯片和至少一上述的第一衬底。所述微流控芯片根据上述的流体制备LED显示器的方法在所述第一衬底上制备LED显示器。所述微流控芯片包括主微流体通道以及LED芯片微珠集成系统。主微流体通道设置在所述微流控芯片的顶表面，用于流通第一液体；LED芯片微珠集成系统设置在所述主微流体通道的一侧，用于流通包括LED芯片的第二液体悬浮液。所述LED芯片微珠集成系统包括辅助微流体通道，其与所述主微流体通道正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口。所述结构化元件配置为：在所述交叉口处形成所述第二液体悬浮液中流动的LED芯片微珠，所述液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的第一液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口，并与所述LED芯片微珠混合形成LED芯片液体悬浮液。所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极，用于捕获所述微流控芯片传输的所述LED芯片液体悬浮液中的LED芯片并电性连接LED芯片。
进一步的，在上述流体制备LED显示器的系统中，至少一个计算设备与微流控芯片和第一衬底通信，所述至少一个计算设备包括LED显示器的映射。所述映射包括每一个LED芯片的位置信息和参数信息，所述参数信息包括以下中的至少一个：峰值波长，波长半高全宽，多个工作电流的亮度，正向电压和反向偏置漏电流。所述计算设备通过所属映射实时反馈所述第一衬底上捕获的LED芯片进程及其良率，微流控芯片根据反馈信息进一步调整LED芯片微珠集成的速率和密度。
进一步的，根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片使用致动的脉冲源将LED芯片微珠传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源包括激光器，推针器或空气喷射器。
进一步的，所述微流控芯片上设置有多个流体输出通道；根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述流体输出通道流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面；其中，每个所述流体输出通道至少对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行或一列。每个所述流体输出通道上至少设置有一阀门。
进一步的，根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述阀门开启或闭合流体传输所述LED芯片液体悬浮液。所述计算设备将实时反馈所述第一衬底上捕获的LED芯片进程及其良率，微流控芯片根据反馈信息进一步调整LED芯片微珠集成的速率和方向，以提高LED芯片的利用率，同时减少回收未捕获的LED芯片的成本。
在一个优选实施例中，所述微流控芯片根据上述的流体制备LED显示器的方法在多个所述第一衬底上制备LED显示器。所述第一衬底是可拆卸的，LED显示器制备完成之后，从该系统上移除制备好的LED显示器，并更换新的第一衬底。该系统可以重复流体制备LED显示器的流程。
或者，利用所述流体制备LED显示器的系统捕获所述LED芯片于所述的第一衬底的多个夹持凸起中，从该系统上移除捕获所述LED芯片的第一衬底并更换新的第一衬底。该系统可以重复流体制备LED显示器的流程。对捕获所述LED芯片的第一衬底进行退火；以及通过所述退火使每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接，完成LED显示器的制备。
本发明通过微流控芯片流体传输和夹持凸起的使用将巨量的微型发光二极管高度有序地、可控地转移至目标基板上，因此本发明实施例中的巨量转移微型发光二极管的方法可以快速且精准地将巨量的微型发光二极管转移至目标基板上，因此本发明的实施例的巨量转移微型发光二极管所制作的微型发光二极管显示装置的制造成本低且良率高。
附图说明
本发明及其优点将通过研究以非限制性实施例的方式给出，并通过所附附图所示的特定实施方式的详细描述而更好的理解，其中：
图1是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的第一衬底的截面视图。
图2是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的第一衬底的俯视图。
图3是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的第一衬底的立体视图。
图4是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的第一衬底的夹持凸起之俯视图。
图5是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的步骤S3至步骤S4的各个方面的局部横截面图。
图6是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法的捕获LED芯片后的第一衬底之俯视图。
图7和图8是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法中呈现LED芯片在第一衬底表面定向捕获的功能的局部横截面图。
图9、图10和图11是本发明实施例1的流体制备LED显示器的方法中呈现捕获速度在LED芯片的流体组装上的影响的局部横截面图。
图12是本发明实施例1的步骤S31之后得到的LED显示器的截面视图。
图13是本发明实施例1的步骤S32之后得到的LED显示器的截面视图。
图14是本发明的实施例3的夹持凸起的结构示图。
图15是本发明的实施例3的夹持凸起的俯视图。
图16是本发明的实施例4的夹持凸起的结构示图。
图17是本发明的实施例5的夹持凸起的结构示图。
图18是本发明的实施例6的微流控芯片的俯视图。
图19是本发明的实施例6的使用微流控芯片流体传输所述LED芯片液体悬浮液的示意图。
图20是本发明的实施例6的流体制备LED显示器的系统的示意图。
具体实施方式
请参照附图中的图式，其中相同的组件符号代表相同的组件，本发明的原理是以实施在一适当的环境中来举例说明。以下的说明是基于所示例的本发明的具体实施例，其不应被视为限制本发明未在此详述的其它具体实施例。
本说明书所使用的词语“实施例”意指用作实例、示例或例证。此外，本说明书和所附权利要求中所使用的冠词“一”一般地可以被解释为意指“一个或多个”，除非另外指定或从上下文清楚导向单数形式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例1
首先，通过图1-13，就本发明的实施例1的流体制备LED显示器的方法进行说明。尽管为了清楚起见，该法被描述为具有编号次序的多个步骤，但编号并不一定决定步骤的次序。可以理解的，这些步骤中的一些可以被跳过，并行执行，或者执行而不要求维持严格的先后次序。然而，通常，该方法遵循所示步骤的数字顺序。
本实施例采用的一个技术方案是提供一种流体制备微型发光二极管显示装置的制造方法，其包括：
S1、如图1-4所示，提供第一衬底10，所述第一衬底10的顶表面上形成有多个夹持凸起101，每个夹持凸起101设置有驱动电极1011，夹持凸起101为相邻设置的挡墙形状，挡墙夹角90°±2°，挡墙长度120μm，驱动电极1011与设置于第一衬底10内的驱动线路102电性连接；
S2、提供长宽100μm*100μm的LED芯片201的LED芯片液体悬浮液20，LED芯片201为mini-LED，LED芯片201的焊盘电极位于其侧面，其下方设有支撑构件；
S3、使所述LED芯片液体悬浮液20流过所述第一衬底10的顶表面；
S4、如图5-6所示，捕获所述LED芯片201于所述多个夹持凸起101中，被捕获的LED芯片201的焊盘电极与驱动电极1011相接触，随后移除所述LED芯片液体悬浮液20，所述移除所述LED芯片液体悬浮液的方法为热蒸发和超声清洗；
S5、对所述第一衬底进行退火；以及
S6、通过所述退火使每个LED芯片201和与其对应的夹持凸起101的驱动电极1011电性连接。
由于退火，步骤S6将每个LED芯片201的和与其对应的驱动电极1011电性连接。如上所述，驱动电极1011可以被焊接剂所涂覆。或者，每个LED芯片201的焊盘电极可以被焊接剂所涂覆。所述退火在足够高的温度下进行以熔化所使用的焊接剂。在驱动电极1011或LED芯片201上使用共晶焊料界面金属以及在热退火之前使用助熔剂均是必要的。使用原子浓度(at％)Au28/Ge62焊料共晶体具有的熔点(MP)为361℃，而In49/Sn51焊料具有的熔点为120℃。纯铟的熔点为156℃，但其具有在无压力的情况下无法绑定(bonding)的缺点。助熔剂可以是溶解在异丙醇、有机酸、或松香型流体中的二甲基氯化铵、二乙醇胺、和甘油溶液。
在步骤S1中，在所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起101的方法包括：
S21、提供一第一衬底，所述第一衬底形上成有多个驱动电极1011；
S22、形成一光刻胶层于所述第一衬底顶表面上，所述光刻胶层覆盖上述驱动电极1011以及所述第一衬底的顶表面；
S23、对所述光刻胶层进行一曝光及显影步骤，以形成驱动电极通道1012和夹持凸起101，其中驱动电极通道曝露驱动电极1011，所述第一衬底、上述驱动电极1011、驱动电极通道以及所述夹持凸起101构成一驱动基板。
本实施例的流体制备LED显示器的方法施加在各个LED芯片上的高变量的局部应力。该高变量的应力导致速度的高变量，从而作为用于捕获的最大组装速度存在的范围，各个LED芯片的速度如果高于该最大阈值Vmax或者低于该最小阈值Vmin则不会被夹持凸起所捕获。高变量的第二个好处是在大型(米级)基板上的组件排布相对较快。如图7所示，一旦被夹持凸起所捕获，最大的应力为使组装的LED芯片不会从正确的方向移开，而是错位的部件被移开，如图8所示，LED芯片201的支撑构件没有贴合所述第一衬底10的上表面而被所述LED芯片液体悬浮液20冲刷带走。这提供了一种低成本且高速的组装方法，其实现预测组装速度达每小时超过300万个mini-LED组件。该组装方法是一种可以适用于任何数量的基板的通用方法，而且非常适合于具有有限表面形貌的低填充因子和高面积的阵列。
夹持凸起101的设计不同于井或者凹槽位的设计，在相同的位点密度情况下，夹持凸起101的接触面更大，而且表面能更高，在微观尺度下，这是至关重要的，因此夹持凸起101的捕获效率也更高，而且更加稳定，在电势差和表面能的驱使下，夹持凸起101一旦被捕获，夹持凸起101的表面能降低ΔG<0，也就是说夹持凸起101不再具有继续捕获LED芯片201能力，一方面不会出现多个LED芯片201被同一夹持凸起101捕获的情况，另一方面，被捕获LED芯片201的与夹持凸起101的结构稳定，很难被冲刷分离。
夹持凸起101以及第一衬底10系统的表面Gibbs自由能：
ΔG＝ΔH-ΔS·T
捕获LED芯片201过程，夹持凸起101以及第一衬底10系统的表面Gibbs自由能的变化是测量两个驱动力焓变和熵变之间的平衡，以确定反应是否是自发的。
而该过程ΔH<0，而且ΔS>0，因此ΔG<0，从而有利于夹持凸起101捕获LED芯片201过程，致使该过程是自发的。
因此，本实施例通过流体传输和夹持凸起的使用将巨量的微型发光二极管高度有序地、可控地转移至目标基板上，因此本发明实施例中的巨量转移微型发光二极管的方法可以快速且精准地将巨量的微型发光二极管转移至目标基板上，因此本发明的实施例的巨量转移微型发光二极管所制作的微型发光二极管显示装置的制造成本低且良率高。
在步骤S6中，电连接每个LED芯片201包括将每个LED芯片201与驱动电极1011连接，无需形成覆盖金属层、附加导电走线、或在基板上引线绑定。
在步骤S4中，所述夹持凸起通过范德华力、库伦力和机械力的组合捕获所述LED芯片201。使用辅助机构用于分配所述LED芯片201，例如，该辅助机构可以是刷子(旋转的或非旋转的)、擦拭器、旋转圆筒、加压流体或机械振动。该“流体”可以是气体或液体。该机械振动的例子包括声波振动和超声波振动。所述捕获所述LED芯片201于所述多个夹持凸起中包括：通过所述辅助机构配合所述悬浮液中的LED芯片201或所述夹持凸起，捕获所述LED芯片201。
图9、图10和图11呈现捕获速度在LED芯片的流体组装上的影响的局部横截面图。如图9所示，当发LED芯片201(V0)小于或等于第一捕获速度(VFIRST)，LED芯片201移动得足够慢以被捕获于夹持凸起101。该第一捕获速度(VFIRST)表现在用于LED芯片201接近夹持凸起101位置、并结合流体动力学，LED芯片201和夹持凸起101形状以及相对于夹持凸起101的初始元件位置等的初始条件中，其定义一个速度量级，小于或等于该速度量级则LED芯片201被捕获。如图11所示，当LED芯片201(V0)介于该第一捕获速度(VFIRST)至第二捕获速度(VSECOND)之间，则LED芯片201难以被捕获。如图11所示，大于该速度量级至第二捕获速度(VSECOND)则LED芯片201又可以被捕获，一个决定性的因素是夹持凸起101和LED芯片201之间的相互作用，包括范德华力、库伦力和机械力的组合是否在LED芯片201上提供足够的阻力。作用在LED芯片201上的固定的向下的力(不包括流体动力学的作用力)是与由在流体中产生的浮力相反的重力。因此，第一捕获速度(VFIRST)和第二捕获速度(VSECOND)由流体密度以及几何和初始条件来确定。
在步骤S6中，在对所述第一衬底进行退火之前，所述驱动电极1011表面涂覆有焊料。电性连接每个LED芯片201包括将每个所述LED芯片201和与其对应的驱动电极1011电性连接，而不需要在所述发光元件上施加外部压力。
所述LED芯片液体悬浮液的液体为乙二醇，除去液体的方法包括热蒸发，UV光蒸发或者化学清洗。
在步骤S6之后，所述流体制备LED显示器的方法还包括：
S31、如图12所示，在LED芯片201上喷墨量子点墨水形成多个光转换机构103，并覆盖于相对应的多个LED芯片201的暴露的表面；
S32、如图13所示，丝网印刷形成多个光扩散机构104，并覆盖于相应的多个LED芯片201。
在步骤S1之前或者步骤S6之后，通过激光切割法在所述第一衬底上形成多个痕迹，用以分区所述LED芯片201阵列，实现高动态对比度HDR显示。
LED芯片和夹持凸起设有疏水性表面，疏水性表面包括聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、聚四氟乙烯PTFE、氟化聚乙烯、氟碳蜡中的至少一种。同时，所述第一衬底的顶表面除夹持凸起以外的区域设置有亲水性部分，通过LED芯片、夹持凸起和所述第一衬底的顶表面除夹持凸起以外的区域之间的取向性作用力(主要是范德华作用力)形成LED芯片和夹持凸起定向的匹配，以增加所述夹持凸起捕获LED芯片的概率。
实施例2
以下仅就实施例2与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
夹持凸起101为单侧挡墙形状。挡墙延伸的方向基本垂直于所述LED芯片液体悬浮液的流向。
实施例3
请参照图14-15，是本发明的实施例3的夹持凸起10的结构示图和俯视图。以下仅就实施例3与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
夹持凸起101为具有一开口的三面挡墙形状。挡墙之间的夹角为120°。
实施例4
请参照图16，是本发明的实施例4的夹持凸起10的结构示图。以下仅就实施例4与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
夹持凸起101为侧方开口的六面体形状。侧方开口的方向正对所述LED芯片液体悬浮液的流向。
实施例5
请参照图17，是本发明的实施例5的夹持凸起10的结构示图。以下仅就实施例5与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
所述夹持凸起101为上侧开口的正六面体形状。
实施例6
请参照图18，是本发明的实施例6的微流控芯片的俯视图。以下仅就实施例6与实施例1的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
所述使所述LED芯片液体悬浮液流过所述第一衬底的顶表面的方法包括：使用微流控芯片30流体传输所述LED芯片液体悬浮液。如图18所示，所述微流控芯片30包括主微流体通道301，其在所述微流控芯片30的顶表面。以及LED芯片微珠集成系统302，其设置在所述主微流体通道301的上侧。所述LED芯片微珠集成系统302包括辅助微流体通道303，其与所述主微流体通道301正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道301中布置的结构化元件311来定界所述交叉口，所述结构化元件311配置为：在所述交叉口处保留所述LED芯片液体悬浮液中流动的LED芯片微珠201，所述LED芯片液体悬浮液在所述辅助微流体通道303中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道301中前进的液体穿过所述结构化元件311通过所述交叉口。在所述辅助微流体通道303中装载所述第二液体悬浮液，用于所述第二液体悬浮液在所述辅助微流体通道303中前进并且通过所述交叉口，使得在所述第二液体悬浮液中的LED芯片微珠201在所述交叉口处被俘获。所述结构化元件311为螺旋状管道阵列。
所述微流控芯片30使用致动的脉冲源将LED芯片微珠201传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源为空气喷射器。
如图19所示，所述微流控芯片30上设置有多个流体输出通道304，用于流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面；其中，每个所述流体输出通道对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行。
每个所述流体输出通道上设置有一阀门305，用于开启或闭合流体传输所述LED芯片液体悬浮液。所述流体输出通道为弹性材料，对其施加压力，从而形成物理障碍物，中止流体传输所述LED芯片液体悬浮液。压力移除后，所述流体输出通道弹性恢复，绩效流体传输所述LED芯片液体悬浮液。
相较于传统的流体组装方法，本实施例使用微流控芯片30流体传输所述LED芯片液体悬浮液的方法在精确度、可控性、巨量规模和成本上都有非常高的优势。本实施例使用微流控芯片30流体传输所述LED芯片液体悬浮液的方法使得减缓和加速LED芯片微珠的集成成为可能，LED芯片微珠典型地包括焊料。例如，上述装置和对应地该集成方法不需要离心来装填LED芯片微珠或沉淀LED芯片以及离心去除未装填的LED芯片，因此节约了组装步骤。第一衬底设置在流体传输所述LED芯片液体悬浮液的微流控芯片30的一定距离处，LED芯片微珠集成可以例如在几分钟内简单且快速地实现在第一衬底上装填，并且可能是无人值守的。上述装置和对应地该集成方法对LED芯片微珠流动的控制和组装精确度高，大幅提升对LED芯片的利用率，从而减少对未捕获LED芯片进行回收的工作。
本实施例通过微流控芯片30流体传输和夹持凸起的使用将巨量的微型发光二极管高度有序地、可控地转移至目标基板上，因此本发明实施例中的巨量转移微型发光二极管的方法可以快速且精准地将巨量的微型发光二极管转移至目标基板上，因此本发明的实施例的巨量转移微型发光二极管所制作的微型发光二极管显示装置的制造成本低且良率高。
实施例7
通过图20，就本发明的一种流体制备LED显示器的系统进行说明。本实施例同时提供一种流体制备LED显示器的系统，其包括一上述实施例5的微流控芯片和多个上述实施例1-5的任一第一衬底。所述微流控芯片根据上述的流体制备LED显示器的方法在所述第一衬底上制备LED显示器。如图18所示，所述微流控芯片包括主微流体通道301以及LED芯片微珠集成系统302。主微流体通道301设置在所述微流控芯片的顶表面，用于流通第一液体；LED芯片微珠集成系统302设置在所述主微流体通道301的一侧，用于流通包括LED芯片的第二液体悬浮液。所述LED芯片微珠集成系统302包括辅助微流体通道303，其与所述主微流体通道301正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道301中布置的结构化元件311来定界所述交叉口。所述结构化元件311配置为：在所述交叉口处形成所述第二液体悬浮液中流动的LED芯片微珠，所述液体悬浮液在所述辅助微流体通道303中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道301中前进的第一液体穿过所述结构化元件311通过所述交叉口，并与所述LED芯片微珠混合形成LED芯片液体悬浮液。所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极，用于捕获所述微流控芯片传输的所述LED芯片液体悬浮液中的LED芯片并电性连接LED芯片。
在上述流体制备LED显示器的系统中，一计算设备与微流控芯片和第一衬底通信，所述计算设备包括LED显示器的映射。所述映射包括每一个LED芯片的位置信息和参数信息，所述参数信息包括以下中的至少一个：峰值波长，波长半高全宽，多个工作电流的亮度，正向电压和反向偏置漏电流。所述计算设备通过所属映射实时反馈所述第一衬底上捕获的LED芯片进程及其良率，微流控芯片根据反馈信息进一步调整LED芯片微珠集成的速率和密度。
根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片使用致动的脉冲源将LED芯片微珠传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源包括激光器，推针器或空气喷射器。
所述微流控芯片上设置有多个流体输出通道；根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述流体输出通道流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面；其中，每个所述流体输出通道至少对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行或一列。每个所述流体输出通道上至少设置有一阀门。
根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述阀门开启或闭合流体传输所述LED芯片液体悬浮液。所述计算设备将实时反馈所述第一衬底上捕获的LED芯片进程及其良率，微流控芯片根据反馈信息进一步调整LED芯片微珠集成的速率和方向，以提高LED芯片的利用率，同时减少回收未捕获的LED芯片的成本。
所述微流控芯片根据上述的流体制备LED显示器的方法在多个所述第一衬底上制备LED显示器。所述第一衬底是可拆卸的，LED显示器制备完成之后，从该系统上移除制备好的LED显示器，并更换新的第一衬底。该系统可以重复流体制备LED显示器的流程。
本发明通过微流控芯片流体传输和夹持凸起的使用将巨量的微型发光二极管高度有序地、可控地转移至目标基板上，因此本发明实施例中的巨量转移微型发光二极管的方法可以快速且精准地将巨量的微型发光二极管转移至目标基板上，因此本发明的实施例的巨量转移微型发光二极管所制作的微型发光二极管显示装置的制造成本低且良率高。
实施例8
以下仅就实施例8与实施例7的相异之处进行说明，关于相似之处在此不再赘述。
利用所述流体制备LED显示器的系统捕获所述LED芯片于所述的第一衬底的多个夹持凸起中，从该系统上移除捕获所述LED芯片的第一衬底并更换新的第一衬底。该系统可以重复流体制备LED显示器的流程。
对从该系统移除的已经捕获所述LED芯片的第一衬底进行退火；以及通过所述退火使每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接，完成LED显示器的制备。
虽然在上文中已经参考一些实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的各个实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

1.一种流体制备LED显示器的方法，其特征在于，包括：
提供第一衬底，所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极；
提供悬浮有LED芯片的LED芯片液体悬浮液；
使所述LED芯片液体悬浮液流过所述第一衬底的顶表面；
捕获所述LED芯片于所述多个夹持凸起中；
对所述第一衬底进行退火，以使得每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接；
所述夹持凸起为至少一边的挡墙结构；或者所述夹持凸起为至少一侧开口的多面体结构。
2.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于，所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起的方法包括：
提供一第一衬底，所述第一衬底上形成有多个驱动电极；
形成一光刻胶层于所述第一衬底顶表面上，所述光刻胶层覆盖上述驱动电极以及至少部分所述第一衬底；
对所述光刻胶层进行一曝光及显影步骤，以形成驱动电极通道和夹持凸起，其中所述驱动电极通道至少曝露驱动电极，所述第一衬底、上述驱动电极、驱动电极通道以及所述夹持凸起构成一驱动基板。
3.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：电性连接每个LED芯片包括将每个LED芯片与驱动电极连接，无需形成覆盖金属层、附加导电走线、或在基板上引线邦定。
4.根据权利要求2所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：在对所述第一衬底进行退火之前，所述驱动电极表面涂覆有焊料。
5.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：所述流体制备LED显示器的方法还包括：
形成多个光转换机构，并覆盖于相对应的多个LED芯片的暴露的表面；形成多个光扩散机构，并覆盖于相应的多个LED芯片。
6.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：所述LED芯片液体悬浮液的液体选自乙醇、多元醇、酮、卤代烃和水中至少一种，除去液体的方法包括热蒸发，UV光蒸发或者化学清洗。
7.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：所述LED芯片和所述夹持凸起具有相同的亲疏水性质，所述第一衬底的顶表面至少设置有与所述LED芯片相反的亲疏水性质，以增加所述夹持凸起捕获LED芯片的概率。
8.根据权利要求1所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：所述使所述LED芯片液体悬浮液流过所述第一衬底的顶表面的方法包括：使用微流控芯片流体传输所述LED芯片液体悬浮液；
其中，所述微流控芯片包括主微流体通道，其在所述微流控芯片的顶表面，用于流通第一液体；以及LED芯片微珠集成系统，其设置在所述主微流体通道的一侧，用于流通包括所述LED芯片的第二液体悬浮液；所述LED芯片微珠集成系统包括辅助微流体通道，其与所述主微流体通道正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口，所述结构化元件配置为：
在所述交叉口处形成所述第二液体悬浮液中流动的LED芯片微珠，所述液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的第一液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口，并与所述LED芯片微珠混合形成所述LED芯片液体悬浮液。
9.根据权利要求8所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：在所述辅助微流体通道中装载所述第二液体悬浮液，用于所述第二液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进并且通过所述交叉口，使得在所述第二液体悬浮液中的LED芯片微珠在所述交叉口处被俘获。
10.根据权利要求9所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：微流控芯片使用致动的脉冲源将LED芯片微珠传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源包括激光器，推针器或空气喷射器。
11.根据权利要求10所述的流体制备LED显示器的方法，其特征在于：所述微流控芯片上设置有多个流体输出通道，用于流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面；
其中，每个所述流体输出通道至少对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行或一列。
12.一种流体制备LED显示器的系统，其特征在于，包括：
一微流控芯片和至少一第一衬底；
其中，所述微流控芯片包括主微流体通道，其在所述微流控芯片的顶表面，用于流通第一液体；以及LED芯片微珠集成系统，其设置在所述主微流体通道的一侧，用于流通包括LED芯片的第二液体悬浮液；所述LED芯片微珠集成系统包括辅助微流体通道，其与所述主微流体通道正交并流动连通以与其构成交叉口，由在所述主微流体通道中布置的结构化元件来定界所述交叉口，所述结构化元件配置为：
在所述交叉口处形成所述第二液体悬浮液中流动的LED芯片微珠，所述液体悬浮液在所述辅助微流体通道中前进且通过所述交叉口；并且让在所述主微流体通道中前进的第一液体穿过所述结构化元件通过所述交叉口，并与所述LED芯片微珠混合形成LED芯片液体悬浮液；所述第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极，用于捕获所述LED芯片液体悬浮液中的LED芯片并电性连接LED芯片。
13.根据权利要求12所述的流体制备LED显示器的系统，其特征在于：至少一个计算设备与微流控芯片以及第一衬底通信，所述至少一个计算设备包括LED显示器的映射。
14.根据权利要求13所述的流体制备LED显示器的系统，其特征在于：所述映射包括每一个LED芯片的位置信息和参数信息，所述参数信息包括以下中的至少一个：峰值波长，波长半高全宽，多个工作电流的亮度，正向电压和反向偏置漏电流。
15.根据权利要求14所述的流体制备LED显示器的系统，其特征在于：根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片使用致动的脉冲源将LED芯片微珠传输至所述第一衬底的顶表面，所述致动脉冲源包括激光器，推针器或空气喷射器。
16.根据权利要求15所述的流体制备LED显示器的系统，其特征在于：所述微流控芯片上设置有多个流体输出通道；每个所述流体输出通道至少对应所述第一衬底上的所述夹持凸起的阵列的一行或一列；
其中，根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述流体输出通道流体传输所述LED芯片液体悬浮液至所述第一衬底的顶表面。
17.根据权利要求16所述的流体制备LED显示器的系统，其特征在于：每个所述流体输出通道上至少设置有一阀门；
其中，根据所述计算设备与所述微流控芯片通信的所述映射，所述微流控芯片通过所述阀门开启或闭合流体传输所述LED芯片液体悬浮液。
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