CN113675129B - 粘附力可调控衬底及其在转移方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种粘附力可调控衬底及其在转移方面的应用，所述粘附力可调控衬底包括衬底和设于衬底上的粘附力可调控层，所述粘附力可调控层用于与Micro LED或Mini LED芯片粘合，所述衬底为可透过紫外光衬底，所述粘附力可调控层主要由与衬底有良好粘附性同时给包结物提供反应位点的聚合物层、包结物层和含有光响应分子的被包结物层组成。在转移Micro LED或Mini LED芯片过程中，用所述粘附力可调控衬底与Micro LED或Mini LED芯片粘合，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移。该衬底可以调节Micro LED或Mini LED芯片转移过程中粘附载体对芯片的粘附力，进而提高转移良率和效率。
Description
技术领域
本发明属于微显示技术领域，具体涉及一种粘附力可调控衬底及其在转移方面的应用。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种可将电能转换成特定波长范围光能的主动自发光半导体元件，由P型半导体和N型半导体组成一个PN结。其发光原理为当正向偏压加在PN结的两端时，载流子注入穿越PN结，使得载流子浓度超过热平衡值，形成非平衡载流子，非平衡载流子复合，以光的形式释放。其具有功耗低、尺寸小亮度高、易集成、可靠性高等优点，作为光源被广泛应用。
微型发光二极管（Micro LED）和次毫米发光二极管（Mini LED）是对LED的进一步改进，其应用在显示的制备流程通常是将大量（几万至几千万）的Mini LED或Micro LED芯片转移至驱动电路基板上形成LED阵列，最后进行封装。单次转移数量巨大的LED芯片至驱动电路基板上是此制备流程的关键，巨量转移（Mass transfer）技术应运而生。
巨量转移技术的核心是精准地实现批量式转移，即巨量转移需要考虑效率、精度和良品率。目前最主流、最有可能使Micro LED或者Mini LED实现产业化的巨量转移技术是基于粘弹性印章转移技术，其具有转移选择性好、转移精度高、转移速度快、一次性可转移数量大并且便于实时进行缺陷管理等优势。此技术主要通过具有一定粘弹性柱状高分子聚合物印章完成操作，粘弹性印章一般是由聚二甲基硅氧烷（PDMS）经过模具浇筑制成。当芯片与柔软的印章充分接触时，二者表面将产生范德华力作用从而形成印章对芯片的粘附。对于粘弹性印章转移技术，其主要依靠粘弹性印章从原始衬底表面拾取芯片并放置于新衬底之上，因此印章与芯片的粘附作用必须大于芯片与原衬底的粘附作用。其对芯片的粘附作用受到剥离速度控制，即速率相关效应。目前其最主要的不足之处在于印章脱离速度所能调控粘附力的范围十分有限，即原衬底对芯片粘附作用较强时，使印章脱离速度很快也无法成功拾取芯片。在实际操作过程中，对原始衬底作减粘处理比较困难。这种缺陷严重降低了其对强粘附性衬底表面芯片拾取，从而导致转移良率很难得到进一步提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粘附力可调控衬底及其在转移方面的应用，该衬底可以调节Micro LED或Mini LED芯片转移过程中粘附载体对芯片的粘附力，进而提高转移良率和效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种粘附力可调控衬底，其特征在于，包括衬底和设于衬底上的粘附力可调控层，所述粘附力可调控层用于与Micro LED或Mini LED芯片粘合，所述衬底为可透过紫外光衬底，所述粘附力可调控层主要由与衬底有良好粘附性同时给包结物提供反应位点的聚合物层、包结物层和含有光响应分子的被包结物层组成。
进一步地，所述衬底在无修饰一侧，即未设有粘附力可调控层的一侧通过紫外光照射，使包结物层中的包结物与被包结物层中的被包结物之间的包结作用减弱，实现粘附力可调控。
进一步地，所述聚合物层由具有强粘附性的聚合物构成，所述包结物层由有机包结物构成，所述被包结物层由含有设定基团的光响应分子构成，所述设定基团为可与金属电极形成稳定化学键的基团。
进一步地，所述具有强粘性的聚合物为聚多巴胺，所述有机包结物为α-或β-环糊精，所述设定基团为巯基或羟基基团，所述金属电极由Au、Cu、Ag或Pt金属材料制成。
进一步地，所述粘附力可调控衬底的制备方法包括以下步骤：
S1）将可透过紫外光衬底浸泡在含有强粘附性聚合物的溶液中，使其表面自组装生长一层聚合物层，用于为包结物在衬底上的附着提供位点；
S2）将步骤S1得到的衬底浸泡在含有包结物的溶液中，通过与聚合物层上的位点反应，附着一层包结物层，用于包结含有设定基团的光响应分子；
S3）将步骤S2得到的衬底浸泡在含有被包结物的溶液中，通过包结作用使被包结物包结在包结物层上，形成一层被包结物层。
进一步地，所述粘附力可调控衬底的应用，在转移Micro LED或Mini LED芯片过程中，用所述粘附力可调控衬底与Micro LED或Mini LED芯片粘合，实现对Micro LED或MiniLED芯片转移。
进一步地，将所述粘附力可调控衬底用作第一粘附载体，实现对Micro LED或MiniLED芯片转移，包括以下步骤：
A1）在生长衬底上制备Micro LED或Mini LED芯片，该芯片为至P面工艺步骤的垂直芯片或倒装芯片，经激光剥离将生长衬底上的芯片转移至所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上；
A2）将步骤A1得到的粘附芯片的粘附力可调控衬底通过紫外光照射之后，PDMS印章将粘附力可调控衬底上的芯片转移到驱动基板相应像素位置，直到驱动基板所有像素位置都有芯片，对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
进一步地，将所述粘附力可调控衬底用作第二粘附载体，实现对Micro LED或MiniLED芯片转移，包括以下步骤：
B1）在生长衬底上制备Micro LED或Mini LED芯片，该芯片为至P面工艺步骤的垂直芯片或倒装芯片，经激光剥离将生长衬底上的芯片转移至具有粘性的第一粘附载体上；
B2）通过中间载体将第一粘附载体上的芯片阵列转移到中间载体上，对中间载体进行处理，然后将芯片侧粘附到所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，去掉中间载体，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上；
B3）将步骤B2得到的粘附芯片的粘附力可调控衬底通过紫外光照射之后，PDMS印章将粘附力可调控衬底上的芯片转移到驱动基板相应像素位置，直到驱动基板所有像素位置都有芯片，对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
进一步地，步骤B2中，如果芯片在第一粘附载体上电极朝上，则不需要中间载体，直接将第一粘附载体上的芯片侧粘附到所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，去掉第一粘附载体，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种粘附力可调控衬底及其在巨量转移Micro LED或Mini LED芯片的应用，用以解决PDMS粘弹性印章转移芯片过程中，粘附载体对芯片粘附性过大的问题。衬底经过紫外光处理之后，PDMS印章将粘附力可调控衬底上的Micro LED或Mini LED芯片转移到驱动基板上。PDMS印章可以选择性地转移大批量芯片，可以灵活的增大转移后芯片间距，并将不同发光颜色芯片转移到驱动基板上，得到更大尺寸的彩色显示器。转移的良品率好、效率高且所需设备和步骤简单，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例中粘附力可调控衬底的示意图；
图2为本发明实施例中印章制备的示意图；
图3为本发明实施例中粘附力可调控衬底作为第一粘附载体应用的流程示意图；
图4为本发明实施例中粘附力可调控衬底作为第二粘附载体应用的流程示意图。
图中：100-粘附力可调控衬底；1-可透过紫外光衬底；2-聚合物层；3-包合物层；4-被包合物层；5-生长衬底；6-芯片；7-第一粘附载体；8-中间载体；101-PDMS印章；9-印章上的凸起结构；10-驱动基板，11-浇筑模具。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种粘附力可调控衬底100，包括衬底和设于衬底上的粘附力可调控层，所述粘附力可调控层用于与Micro LED或Mini LED芯片粘合，所述衬底为可透过紫外光衬底1，所述粘附力可调控层主要由与衬底有良好粘附性同时给包结物提供反应位点的聚合物层2、包结物层3和含有光响应分子的被包结物层4组成。
所述衬底在无修饰一侧，即未设有粘附力可调控层的一侧通过紫外光照射，使包结物层中的包结物与被包结物层中的被包结物之间的包结作用减弱，实现粘附力可调控。
在本实施例中，粘附力可调控衬底100的衬底1是石英玻璃等透明刚性材料以及聚对苯二甲酸类塑料和聚碳酸酯类塑料等透明柔性材料，以确保在后续的紫外光照射过程中，紫外光可以透过衬底1。与衬底1有较好粘附性的聚合物层2可为聚多巴胺等具有强粘附性的聚合物。包结物层3为α-、β-环糊精等各种有机包结物。
被包结物层4由含有设定基团的光响应分子构成，所述设定基团可以为巯基、羟基等可与金属电极形成稳定化学键的基团。光响应分子的分子链上含有设定基团，含有设定基团的光响应分子是通过化学反应与含有设定基团的分子反应，形成含有设定基团的光响应分子。光响应分子可以为偶氮苯等公知材料。金属电极可由Au、Cu、Ag、Pt等金属材料制成。如图2所示，PDMS印章101由聚二甲基硅氧烷（PDMS）经过模具11浇筑制成，模具可以具有很多种，在本实施例中采用Su-8经过光刻技术制备浇筑模具11，然后在模具上浇筑PDMS制成PDMS印章101。
在本实施例中，所述粘附力可调控衬底的制备方法包括以下步骤：
S1）将可透过紫外光衬底1浸泡在含有强粘附性聚合物的溶液中，使其表面自组装生长一层聚合物层2，其作用是为包结物在衬底上的附着提供位点。
S2）将步骤S1得到的衬底浸泡在含有包结物的溶液中，通过与聚合物层上的位点反应，附着一层包结物层3，其作用是包结含有设定基团的光响应分子。
S3）将步骤S2得到的衬底浸泡在含有被包结物的溶液中，通过包结作用使被包结物包结在包结物层上，形成一层被包结物层4。
本实施例还提供了所述粘附力可调控衬底在转移Micro LED或Mini LED芯片过程中的应用，即用所述粘附力可调控衬底与Micro LED或Mini LED芯片粘合，实现对MicroLED或Mini LED芯片转移。
如图3所示，将所述粘附力可调控衬底用作第一粘附载体，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移，包括以下步骤：
A1）在生长衬底5上制备Micro LED或Mini LED芯片6，该芯片为至P面工艺步骤的垂直芯片或倒装芯片，如图3a所示。依次在生长衬底上生长n-GaN层、发光层、p-GaN层，在外延层上进行刻蚀，露出下层的n型GaN，在P和N极上分别制作出欧姆接触电极。然后将芯片经激光剥离从生长衬底6上剥离，承载于粘附力可调控衬底100上，此时芯片的电极朝下贴于100表面，在一定条件下金属电极与特定分子基团形成化学键。生长衬底5可为蓝宝石等任意衬底。
A2）将步骤A1得到的粘附芯片的粘附力可调控衬底100通过紫外光照射之后，将PDMS印章101中凸起9一侧正对粘附力可调控衬底100表面的芯片放置（带芯片的粘附力可调控衬底在下方，印章在上方），利用印章中凸起的粘附性选择性将对应的芯片从100上取下，如图3b所示。
A3）将带有芯片的印章朝向驱动基板10放置到相应像素位置，重复以上步骤，直到驱动基板所有像素位置都有芯片。如图3c所示，驱动基板为CMOS控制板或TFT控制板。
A4）通过对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
如图4所示，将所述粘附力可调控衬底用作第二粘附载体，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移，包括以下步骤：
B1）在生长衬底5上制备Micro LED或Mini LED芯片6，芯片为至p面工艺步骤的倒装芯片，如图4a所示。倒装芯片和垂直芯片均为现有的常规芯片，依次在生长衬底上生长n-GaN层、发光层、p-GaN层，在外延层上进行刻蚀，露出下层的n型GaN，在P和N极上分别制作出欧姆接触电极。然后将芯片经激光剥离从生长衬底6上剥离，承载于第一粘附载体上7，此时芯片的电极朝下贴于临时载体上。生长衬底5可为蓝宝石等任意衬底，第一粘附载体可以为商用蓝膜等。
B2）使用中间载体8作为转移载体，经中间载体转移芯片后，芯片电极朝上，可与粘附力可调控衬底接触形成化学连接，如图4b所示。这里的转移载体具体形式不做限定可以是UV减粘膜等，只要一侧表面具有粘性，同时转移载体表面粘性在UV照射等其它条件下会大幅减弱，甚至失去粘性。
B3）将减粘处理的中间载体8贴于粘附力可调控衬底表面，在一定条件下电极表面与粘附力可调控衬底表面形成化学键，剥离掉转移载体（如果芯片在第一粘附载体上电极朝上不需要步骤B2，直接把临时载体芯片侧与粘附力可调控衬底100接触，形成化学键之后玻璃临时载体），芯片将留在粘附力可调控衬底表面，如图4c所示。
B4）粘附力可调控衬底100经过紫外照射之后，将PDMS印章101中凸起9一侧正对粘附力可调控衬底100表面的芯片放置（带芯片的粘附力可调控衬底在下方，印章在上方），利用印章中凸起的粘附性选择性将对应的芯片从100上取下，如图4d所示。
B5）将带有芯片的印章朝向驱动基板10放置到相应像素位置，驱动基板电极与芯片电极通过一定方式粘合在一起，重复以上步骤，直到驱动基板所有像素位置都有芯片。如图4e所示，驱动基板为CMOS控制板或TFT控制板；
B6）通过对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种粘附力可调控衬底，其特征在于，包括衬底和设于衬底上的粘附力可调控层，所述粘附力可调控层用于与Micro LED或Mini LED芯片粘合，所述衬底为可透过紫外光衬底，所述粘附力可调控层主要由与衬底有良好粘附性同时给包结物提供反应位点的聚合物层、包结物层和含有光响应分子的被包结物层组成；
所述衬底在无修饰一侧，即未设有粘附力可调控层的一侧通过紫外光照射，使包结物层中的包结物与被包结物层中的被包结物之间的包结作用减弱，实现粘附力可调控；
所述粘附力可调控衬底的制备方法包括以下步骤：
S1）将可透过紫外光衬底浸泡在含有强粘附性聚合物的溶液中，使其表面自组装生长一层聚合物层，用于为包结物在衬底上的附着提供位点；
S2）将步骤S1得到的衬底浸泡在含有包结物的溶液中，通过与聚合物层上的位点反应，附着一层包结物层，用于包结含有设定基团的光响应分子；
S3）将步骤S2得到的衬底浸泡在含有被包结物的溶液中，通过包结作用使被包结物包结在包结物层上，形成一层被包结物层。
2.根据权利要求1所述的粘附力可调控衬底，其特征在于，所述聚合物层由具有强粘附性的聚合物构成，所述包结物层由有机包结物构成，所述被包结物层由含有设定基团的光响应分子构成，所述设定基团为可与金属电极形成稳定化学键的基团。
3.根据权利要求2所述的粘附力可调控衬底，其特征在于，所述具有强粘附性的聚合物为聚多巴胺，所述有机包结物为α-环糊精或β-环糊精，所述设定基团为巯基或羟基基团，所述金属电极由Au、Cu、Ag或Pt金属材料制成。
4.根据权利要求1-3任一项所述粘附力可调控衬底在转移方面的应用，其特征在于，在转移Micro LED或Mini LED芯片过程中，用所述粘附力可调控衬底与Micro LED或Mini LED芯片粘合，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移。
5.根据权利要求4所述的粘附力可调控衬底在转移方面的应用，其特征在于，将所述粘附力可调控衬底用作第一粘附载体，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移，包括以下步骤：
A1）在生长衬底上制备Micro LED或Mini LED芯片，该芯片为至P面工艺步骤的垂直芯片或倒装芯片，经激光剥离将生长衬底上的芯片转移至所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上；
A2）将步骤A1得到的粘附芯片的粘附力可调控衬底通过紫外光照射之后，PDMS印章将粘附力可调控衬底上的芯片转移到驱动基板相应像素位置，直到驱动基板所有像素位置都有芯片，对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
6.根据权利要求4所述的粘附力可调控衬底在转移方面的应用，其特征在于，将所述粘附力可调控衬底用作第二粘附载体，实现对Micro LED或Mini LED芯片转移，包括以下步骤：
B1）在生长衬底上制备Micro LED或Mini LED芯片，该芯片为至P面工艺步骤的垂直芯片或倒装芯片，经激光剥离将生长衬底上的芯片转移至具有粘性的第一粘附载体上；
B2）通过中间载体将第一粘附载体上的芯片阵列转移到中间载体上，对中间载体进行处理，然后将芯片侧粘附到所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，去掉中间载体，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上；
B3）将步骤B2得到的粘附芯片的粘附力可调控衬底通过紫外光照射之后，PDMS印章将粘附力可调控衬底上的芯片转移到驱动基板相应像素位置，直到驱动基板所有像素位置都有芯片，对驱动基板进行加热加压，使驱动基板电极与芯片电极键合在一起。
7.根据权利要求6所述的粘附力可调控衬底在转移方面的应用，其特征在于，步骤B2中，如果芯片在第一粘附载体上电极朝上，则不需要中间载体，直接将第一粘附载体上的芯片侧粘附到所述粘附力可调控衬底上，在设定的条件下芯片上的金属电极与光响应分子上设定基团形成化学键，去掉第一粘附载体，芯片会粘附在所述粘附力可调控衬底上。
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