CN113130348B - Led芯片转移方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED芯片转移方法，通过设置对光线透明的供体基板，通过在光罩上的阵列排布的透光孔入射光线，供体基板吸收光线后使得与透光孔一一对应的LED芯片脱落转移到目标基板上，这种转移方式不受LED芯片大小的影响，也能高效、简单的实现批量的小型化LED芯片转移，能够不够限制地适应显示设备的量产需求。
Description
技术领域
本发明属于LED制造领域，更具体地说，是涉及一种LED芯片转移方法。
背景技术
LED芯片(晶粒)作为一种自发光的光源，具有大量应用于显示领域的潜力。然而，传统的LED芯片体积较大，应用在显示领域时需要较高的成本，同时像素密度也较低，因此一般集中于商用。由此可见，将LED芯片小型化，不但可以显著降低芯片的成本，而且能够使LED芯片阵列具有拥有更高的像素密度。因此，LED芯片小型化可以推动其广泛应用于显示技术。
当前的LED芯片小型化主要应用在Mini-LED和Micro-LED。然而，LED芯片小型化后面临的一个重大问题是如何对芯片进行有序转移。传统的LED芯片是利用机械臂对单个LED芯片进行抓取转移，而当LED芯片小型化后，尤其是进入100微米以下之后，传统的机械臂抓取能力达到极限，无法有效抓取小型化的LED芯片。同时，传统的抓取技术受限于速度，对小型化的LED芯片在显示领域的量产也有限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED芯片转移方法，以解决小尺寸LED芯片转移效率低的问题。
本申请实施例提供一种LED芯片转移方法，包括：
提供一目标基板及供体基板，所述目标基板上设置有多个标定位置，所述供体基板上间隔设置有多个LED芯片；
将供体基板置于所述目标基板的上方，且所述多个LED正对所述目标基板，每一所述标定位置对应一所述LED芯片，所述供体基板为透光基板；
在所述供体基板的上方设置一光罩，所述光罩设置有多个透光孔，每一所述透光孔对应一所述标定位置；
开启光源，光线从所述光罩上方穿过每一所述透光孔照射对应LED芯片所在区域预设时间，使得所述LED芯片从所述供体基板中脱落转移至对应标定位置，实现LED芯片的转移。
上述LED芯片转移方法通过设置对光线透明的供体基板，通过在光罩上的阵列排布的透光孔入射光线，供体基板吸收光线后使得与透光孔一一对应的LED芯片脱落转移到目标基板上，这种转移方式不受LED芯片大小的影响，也能简单高效的实现批量的小型化LED芯片转移，能够不够限制地适应显示设备的量产需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的流程图；
图2为本发明第一实施例提供的LED芯片转移方法的工序结构图；
图3为本发明第二实施例提供的LED芯片转移方法的工序结构图；
图4为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的入射光整面照射示意图；
图5为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的入射光扫描照射示意图；
图6为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的线状入射光扫描照射示意图；
图7为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的点状入射光扫描照射示意图；
图8为本发明实施例提供的LED芯片转移方法的面状入射光扫描照射示意图；
图9为本发明实施例提供的光罩结构示意图；
图10为图9所示光罩的透光孔开孔图形和光照目标图案的结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明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。
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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的LED芯片转移方法进行说明。
所述LED芯片转移方法，包括：
步骤S110，提供一供体基板110及目标基板200，目标基板200上设置有多个标定位置210，供体基板110上间隔设置有多个LED芯片120。
供体基板110的材料包括但不限于蓝宝石、PI(Polyimide，聚酰亚胺)、塑料、硅、玻璃等。供体基板110可以是LED芯片120的原始基板，即LED芯片120生长时使用的基板，也可以不是原始基板。多颗LED芯片120在供体基板110上的排布方式可以正交点阵排列，可以是等行距和/或等列距矩阵排布。
目标基板200的材料包括但不限于蓝宝石、PI、塑料、硅、玻璃、TFT(Thin FilmTransistor，薄膜场效应晶体管)等。目标基板200可以是最终应用LED的基板，也可以是中间过渡的基板。
步骤S120，将供体基板110置于目标基板200的上方，且多个LED芯片120正对200目标基板，每一标定位置210对应一LED芯片120，供体基板110为透光基板。
待设置LED芯片的标定位置210可以用标记图案在目标基板200的表面标记。标记图案排布方式与LED芯片120在供体基板110上的排布方式相同，可以正交点阵排列，可以是等行距和/或等列距矩阵排布，具体情况示应用产品的需求设置。
步骤S130，在供体基板110的上方设置一光罩300，光罩300设置有多个透光孔310，每一透光孔310对应一标定位置210。
可以理解的是，透光孔310排布方式与LED芯片120在供体基板110上的排布方式相同，可以正交点阵排列，可以是等行距和/或等列距矩阵排布等，具体情况示应用产品的需求设置。
需要说明的是，在实际操作中，步骤S110、步骤S120及步骤S130的顺序并不固定，也可同时进行。
步骤S140，开启光源，光线从光罩300上方穿过每一透光孔310照射对应LED芯片110所在区域预设时间，使得LED芯片120从供体基板110中脱落转移至对应标定位置210，实现LED芯片120的转移。
供体基板110与LED芯片120之间存在粘附力，使得两者之间能够粘合在一起。当光照射在它们之间，该粘附力被削弱或者消失，使得LED芯片120可以脱落移动到目标基板200上。最后移走光罩300和供体基板110，被转移的LED芯片120留存在目标基板200上。这种转移方式不受LED芯片120大小的影响，也能高效、简单的实现批量的小型化LED芯片120转移，能够不够限制地适应显示设备的量产需求。
请参阅图3，在其中一个实施例中，供体基板100还包括粘结层130，多个LED芯片120通过粘结层130设置目标基板110上，粘结层130用于将LED芯片120粘附于供体基板110，并在吸收光线后粘附力下降。
粘结层130的作用是增加供体基板110与LED芯片120之间的粘附力，同时在光照射的情况下，粘结层130的粘附力可以显著降低，帮助芯片的释放。具体地，光线从光罩300上方穿过每一透光孔310照射对应LED芯片120所在区域的粘结层130预设时间，使其黏度降低，使得LED芯片120从供体基板110中脱落转移至对应标定位置210，实现LED芯片的转移。这一粘结层130可以是与LED芯片120一同从供体基板110生长形成的，也可以是后来设置上去的。粘结层130材料包含但不限于氮化铝、单晶硅、无定型硅、光刻胶、PI、塑料、金属、陶瓷等。
光源提供的光线(即入射光)的波长范围是1nm至10000nm，为x射线、紫外光、可见光、红外光等。可以是自然光，也可以是激光，一般情况下，可选取波长范围为250nm～2000nm的光线。入射光的波长与供体基板110和粘结层130应当匹配。入射光应当能够透射穿过供体基板110而几乎没有损失。
入射光应当能够被粘结层130吸收。入射光可以是脉冲激光，也可以是连续激光。为了给粘结层130提供足够的能量使其发生有效的变化，入射光的照射时间应当足够长，或者提供的能量应当足够高。如果入射光是脉冲激光，那么其能量范围为1J/m2至107J/m2，频率范围为0.1Hz至10MHz，一般情况下，可选取能量范围为104J/m2～5×105J/m2，频率范围10kHz～100kHz的脉冲激光。每一个标定位置210曝光可以有一个或者多个脉冲，例如1至100000个脉冲，一般情况下，可选取100至1000个。如果入射光是连续激光，那么它的功率密度范围为103W/m2至1013W/m2，一般情况下，可选取功率密度范围为108W/m2～109W/m2的连续激光。
如图4所示，入射光为面状光源，可以同时对供体基板110的上表面整面进行照射，那么预设的照射时间范围为1us至1000s,一般情况下，照射1s至10s；如图5所示，也可以从供体基板110的上表面的一侧到另一侧对透光孔310以扫描的方式进行照射。
当采取扫描方式时，根据入射光的形状(光线照射在供体基板110的上表面的图形)不同，可以有图6、图7、图8三种不同的扫描方式。如图6所示，如果入射光是线状光源，那么它将按一个方向移动进行一维扫描，线状光源发出的光线可以同时对一列或多列透光孔310进行覆盖。如图7和8所示，如果入射光是点状光源，那么进行行和列的二维扫描，点状光源发出的光线同时覆盖一个或多个透光孔310。
入射光穿过透光孔310后在供体基板110上形成的用于对目标LED芯片进行照射的光斑，光斑应与目标LED芯片重叠，且光斑图形应与目标LED芯片的形状匹配。当光斑图形的面积较小，且透光孔310的尺寸接近所用入射光的波长时，透光孔310需要考虑光的衍射效应。
请参阅图9，在一个实施例中，光罩300的透光孔310阵列排列。其中每一个透光孔310的开孔图形与LED芯片120相适配，如图10所示，透光孔310的开孔图形和LED芯片120可以为圆形、矩形、五边以上的正多边形、五边以上的正圆角多边形或圆角矩形等。
实施时，入射光穿过透光孔310后在供体基板110上形成的光斑图形的面积应当大于或等于单颗LED芯片120投影在供体基板110上的面积。那么设置透光孔310时，需在LED芯片120的尺寸为预设倍光线的波长以上时，选择透光孔310的尺寸为所述LED芯片的尺寸的0.8～1.2倍，以使得入射光线通过透光孔310时不会产生衍射效应或者衍射效应可以忽略不计，那么入射光在LED芯片120上形成的光斑可以覆盖到整个LED芯片120。而LED芯片120的尺寸为预设倍光线的波长以下时，选择透光孔310的尺寸为LED芯片120的尺寸的0.5～0.8倍，以使得入射光线通过透光孔310时产生较为明显的衍射效应，入射光在LED芯片120上形成的光斑比透光孔310大，可以覆盖到整个LED芯片120。
可以理解的是透光孔310、LED芯片120的尺寸为其相应形状的直径、短边长度、对角线长度或两相对长边距离，透光孔310的形状与LED芯片120的形状对应，尺寸应选自直径、短边长度、对角线长度或两相对长边距离，比如形状为圆形的，则尺寸为直径；形状为矩形或圆角矩形的，则尺寸为短边长度，或对角线长度；形状为矩形或圆角矩形的，则尺寸为短边长度，或对角线长度；形状为五边以上的正多边形、或正圆角多边形的，则尺寸为对角线长度，或最短对称轴长度。
在一些实施例中，LED芯片120和透光孔310为圆形，LED芯片120的直径为预设倍光线的波长以上时，选择透光孔310的直径为所述LED芯片的直径的0.8～1.2倍；LED芯片120的直径为预设倍光线的波长以下时，选择透光孔310的直径为LED芯片120的直径的0.5～0.8倍。
在一些实施例中，LED芯片120为矩形，对应的透光孔310可以为矩形或圆角矩形，LED芯片120为圆角矩形，对应的透光孔310可以为矩形或圆角矩形。那么LED芯片120的短边长为预设倍光线的波长以上时，选择透光孔310的短边长为所述LED芯片的尺寸的0.8～1.2倍；LED芯片120的短边长为预设倍光线的波长以下时，选择透光孔310的短边长为LED芯片120的短边长的0.5～0.8倍。
在一些实施例中，LED芯片120为正多边形，对应的透光孔310可以为边数相同的正多边形或正圆角多边形，LED芯片120为正圆角多边形，对应的透光孔310可以为边数相同的正多边形或正圆角多边形，那么LED芯片120的对角线长度/最短对称轴长度为预设倍光线的波长以上时，选择透光孔310的对角线长度/最短对称轴长度为所述LED芯片的尺寸的0.8～1.2倍；LED芯片120的对角线长度/最短对称轴长度为预设倍光线的波长以下时，选择透光孔310的对角线长度/最短对称轴长度为LED芯片120的对角线长度/最短对称轴长度的0.5～0.8倍。
可以理解的是，透光孔310、LED芯片120的尺寸和光线的波长之间的大小关系，即预设倍的取值可以理解为是光线通过透光孔310产生和不产生明显衍射效应的临界值。而预设倍的取值是跟入射光波长大小，透光孔310的孔径尺寸大小，光罩300与供体基板110之间的距离大小，供体基板110的厚度大小，以及粘结层130的厚度大小和折射率大小都相关，因此，其取值可以在5倍至25倍之间任一数值，一般情况下，可以在10倍至20倍之间任一数值。
可以理解的是，在一些情况下，如果入射光波长足够大，或光罩300与供体基板110之间的距离足够远，或供体基板110的足够厚，或粘结层130的足够厚或折射率足够大时，透光孔310的尺寸可以为LED芯片的尺寸的0.5倍以下。
在一些例子中，光罩300与供体基板110之间的距离范围为0至1000um，0表示完全接触；一般情况下，可选取0～100um。光罩300与供体基板110之间的介质可以是空气、真空、或者其他材料，其折射率范围为1至10。供体基板110的厚度范围为10um至1000um，一般情况下，可选取300um～600um；其折射率范围为1至10，一般情况下，可选取1.5～3。粘结层130的厚度范围为0.01um至500um，一般情况下，可选取0.01um～100um，其折射率范围为1至10，一般情况下，可选取1～3。
在一些实施例中，入射光穿过透光孔310后在供体基板110上形成的光斑图形的面积应当大小于供体基板110上相邻两颗LED芯片120的间距。标定位置210应当与LED芯片120的排列一一对应。例如，供体基板110上相邻的两颗LED芯片120的距离范围a为：3um至1000um，LED芯片120的边长或直径范围b为：3um至100um，光线穿过透光孔310后在供体基板110上形成的光斑图形的尺寸范围c为：b≤c≤a。光斑图形的尺寸为其相应形状的直径、短边长度、对角线长度或两相对长边距离等。
在一个示例中，请参阅图3，将被转移的LED芯片120为氮化镓基蓝光发光二极管。供体基板110为蓝宝石，供体基板110厚度为650um。在材料生长过程中，形成粘结层130，粘结层130为氮化铝，粘结层130的厚度为15nm。在该实例中，粘结层130可以省略。LED芯片120为长50um、宽30um的矩形。在供体基板110上相邻的两颗LED芯片120在长度方向间距为70um，宽度方向间距为50um。
光源为脉冲激光，其波长为355nm，其脉冲重复频率为10kHz，脉冲能量密度为1.5×105J/m2。激光采取线扫描方式，扫描速率为1mm/s。
本实施例中，LED芯片120(短边长)30um是光线波长355nm的84倍以上，84倍远大于预设倍数，因此光线穿过透光孔310不会发生衍射，那么光斑图形将会与透光孔310的形状尺寸相同，也会与LED芯片120形状重合，因此将透光孔310的尺寸设置与LED芯片120相同，形状也设置一致即可。
在第二个示例中，请参阅图3，将被转移的LED芯片120为氮化镓基蓝光发光二极管。发光二极管生长于蓝宝石上，但是从蓝宝石上被转移到PI薄膜上，因此供体基板110为PI，供体基板110厚度为400um。PI薄膜与LED芯片120之间存在粘结层130，粘结层130为无定型硅，厚度为300nm。LED芯片120为直径5um的圆形。LED芯片120在基板上呈矩阵排列，行间距和列间距均为10um。
光源也为脉冲激光，其波长为1064nm，其脉冲重复频率为10kHz，脉冲能量密度为4×107J/m2。激光采取线扫描方式，扫描速率为1mm/s。
本实施例中，LED芯片120的直径5um是光线波长1064nm的约4.8倍，小于上述预设倍数，因此需要特别考虑衍射效应。根据计算，透光孔310的开孔为直径为4.7um的圆形。
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 (11)
1.一种LED芯片转移方法，其特征在于，包括：
提供一目标基板及供体基板，所述目标基板上设置有多个标定位置，所述供体基板上间隔设置有多个LED芯片，所述供体基板还包括粘结层，所述粘结层由氮化铝、单晶硅、无定型硅、光刻胶、PI、塑料、金属、陶瓷中的一种或多种材料制成；
将所述供体基板置于所述目标基板的上方，且所述多个LED芯片正对所述目标基板，每一所述标定位置对应一所述LED芯片，所述供体基板为透光基板；
在所述供体基板的上方设置一光罩，所述光罩设置有多个透光孔，每一所述透光孔对应一所述标定位置；
控制光线从所述光罩上方穿过每一所述透光孔照射对应LED芯片所在区域预设时间，使得所述LED芯片从所述供体基板中脱落转移至对应标定位置，实现LED芯片的转移；
所述LED芯片的尺寸为预设倍所述光线的波长以上时，选择所述透光孔的尺寸为所述LED芯片的尺寸的0.8～1.2倍；和/或
所述LED芯片的尺寸为预设倍所述光线的波长以下时，选择所述透光孔的尺寸为所述LED芯片的尺寸的0.5～0.8倍；
其中，所述透光孔的形状与所述LED芯片的形状对应，根据所述透光孔的形状，所述尺寸选自直径、短边长度、对角线长度或两相对长边距离。
2.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述多个LED芯片通过所述粘结层设置于所述供体基板上；
所述光线从所述光罩上方穿过每一所述透光孔照射对应LED芯片所在区域的所述粘结层预设时间，使其黏度降低，使得所述LED芯片从所述供体基板中脱落转移至对应标定位置，实现LED芯片的转移。
3.如权利要求2所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述粘结层的厚度范围为0.01um～100um，折射率范围为1～3。
4.如权利要求1至3任一项所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述光罩与所述供体基板之间的距离范围为0～100um；所述光罩与所述供体基板之间的介质的折射率范围为1～10。
5.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述供体基板的厚度范围为300um～600um，折射率范围为1.5～3。
6.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述光线为脉冲激光，其能量范围为104J/m2～5×105J/m2，频率范围为10kHz～100kHz；或者，所述光线为连续激光，其功率密度范围为108W/m2～109W/m2。
7.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述透光孔的形状与LED芯片的形状适配，所述透光孔为圆形、矩形或圆角矩形。
8.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述供体基板上相邻的两颗LED芯片的距离范围a为：3um～1000um，LED芯片的边长或直径范围b为：3um～100um，所述光线穿过所述透光孔后在所述供体基板上形成的光斑图形的边长或直径范围c为：b≤c≤a。
9.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述供体基板是厚度为650um的蓝宝石基板；所述光线是波长为355nm，频率为10kHz，脉冲能量密度为1.5×105J/m2的脉冲激光，所述脉冲激光采取扫描速率为1mm/s的线扫描方式；所述透光孔与LED芯片的形状一致，且尺寸相同。
10.如权利要求9所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述蓝宝石基板上的粘结层是厚度为15nm的氮化铝。
11.如权利要求1所述的LED芯片转移方法，其特征在于：所述LED芯片为直径5um的圆形，所述供体基板为厚度为400um的PI薄膜，所述PI薄膜与所述LED芯片之间设有厚度为300nm的无定型硅粘结层；
所述光线是波长为1064nm，频率为10kHz，脉冲能量密度为4×104J/m2的脉冲激光，所述脉冲激光采取扫描速率为1mm/s的线扫描方式；
所述透光孔为圆形，直径为4.7um。
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