CN116779517A - 一种巨量转移装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巨量转移装置及巨量转移方法，巨量转移装置包括：转移基板和电磁装置。转移基板上包括多个孔洞，通过电磁装置在转移基板所在的位置形成磁场，通过转移基板上的孔洞所在的位置产生的漏磁场吸附带有磁性材料层的发光芯片进行转移，转移过程简单高效，并且具有广泛的适用性。

Description

一种巨量转移装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种巨量转移装置及巨量转移方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)显示技术是指以发光二极管作为显示器件的显示技术。由于微型发光二极管(Micro Light Emitting Diode，简称MicroLED)继承了传统发光二极管的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势，采用Micro LED的显示装置得到大力发展。Micro LED显示装置未来在公共显示、TV、车载，商显、手机等方面有广阔的应用前景，是未来重要显示技术。

Micro LED显示装置在进行制作时，受于衬底尺寸限制，通常需要先在衬底上制作出Micro LED芯片，再通过巨量转移技术将Micro LED芯片组装到更大尺寸的驱动基板上。

由于Micro LED芯片尺寸非常微小，对转移过程的效率、良品率和转移的精度都有很高的要求。目前比较成熟的巨量转移技术有印章技术采用具有一定黏贴力的聚二甲基硅氧烷((Polydimethylsiloxane，简称PDMS)或紫外光(Ultraviolet，简称UV)胶黏贴MicroLED芯片转移到驱动基板上。由于印章技术依赖于黏贴材料，针对不同的设备和Micro LED芯片，材料体系的研发困难。

发明内容

本发明一些实施例中，本发明提供的巨量转移装置包括转移基板和电磁装置。

其中，转移基板的一侧设置有多个向转移基板内部凹陷的孔洞；电磁装置，位于转移基板未设置孔洞的一侧，电磁装置用于在转移基板内形成平行于转移基板的磁场。电磁装置在孔洞所在的位置形成漏磁场，可以用于吸附带有磁性材料层的发光芯片。

本发明一些实施例中，孔洞阵列排布在转移基板上。相邻两个孔洞的间距为10μm～100μm，与目标驱动基板上的发光芯片的间距相对应。

本发明一些实施例中，电磁装置在转移基板所在平面上的正投影范围覆盖转移基板，可以确保转移基板的孔洞所在区域获得足够的磁场强度。

本发明一些实施例中，电磁装置包括：软磁体和电磁线圈，电磁线圈缠绕在软磁体上；软磁体两端向转移基板的一侧凸出，用于引导磁场在转移基板内平行于转移基板表面分布。

本发明的一些实施例中，电磁装置还包括控制器。控制器用于控制电磁线圈的电流，从而控制巨量转移转置的磁力大小。

本发明的一些实施例中，转移基板采用的材料为金属材料。

本发明一些实施例中，应用上述巨量转移转置的巨量转移方法，包括：

将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上；

在所述发光芯片背离所述暂态基板的一侧制作牺牲层；

在所述牺牲层背离所述发光芯片的一侧制作磁性材料层；

控制电磁装置在转移基板的位置产生磁场，以通过所述转移基板上的孔洞吸附所述发光芯片的磁性材料层；所述发光芯片与所述孔洞一一对应；

将所述发光芯片转移到驱动基板上方，控制所述电磁装置关闭磁场，以使所述发光芯片落到所述驱动基板上的对应位置；

去除所述牺牲层和所述磁性材料层。

本发明的一些实施例中，发光芯片包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极位于发光芯片的同一侧；

将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上，包括：

转移发光芯片，使发光芯片的第一电极和第二电极靠近暂态基板设置。

本发明的一些实施例中，发光芯片包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极位于发光芯片的相对的两侧；第二电极为透明电极；

将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上，包括：

转移发光芯片，使发光芯片的第一电极靠近暂态基板设置，使发光芯片的第二电极背离暂态基板设置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所介绍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巨量转移装置的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的巨量转移转置的截面结构示意图之一；

图3为本发明实施例提供的转移基板的仰视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的巨量转移装置的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例提供的巨量转移转置的截面结构示意图之二；

图6为本发明实施例提供的巨量转移方法的流程图；

图7为本发明实施例提供的水平结构的发光芯片的巨量转移方法的转移过程示意图；

图8为本发明实施例提供的垂直结构的发光芯片的巨量转移方法的转移过程示意图。

其中，M-磁体，D-磁敏传感器，A-被测工件，B-被测工件，E-磁力线，1-转移基板，2-电磁装置，21-软磁体，22-电磁线圈，H-孔洞，p-间距，V-电源，C-控制器，L-发光芯片，N-晶圆，Z-暂态基板，a-牺牲层，b-磁性材料层，x-第一电极，y-第二电极，R-驱动基板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

微型发光二极管(Micro Light Emitting Diode，简称Micro LED)显示装置在进行制作时，受于衬底尺寸限制，通常需要先在衬底上制作出Micro LED芯片，再通过巨量转移技术将Micro LED芯片组装到更大尺寸的驱动基板上。

目前比较成熟的巨量转移技术有印章技术使用聚二甲基硅氧烷((Polydimethylsiloxane，简称PDMS)转移板，利用范德华力对Micro LED芯片进行拾取和转移；或者，通过在转移基板上涂布紫外光(Ultraviolet，简称UV)胶黏贴Micro LED芯片进行拾取，并通过激光对UV胶和Micro LED芯片进行解离，从而将Micro LED芯片转移到驱动基板上。但这两种巨量转移方式都依赖于材料所提供的黏贴力，针对不同的设备和MicroLED芯片，材料体系的研发困难。巨量转移技术成为了Micro LED研发过程的最大挑战，阻碍了Micro LED技术的推广与使用。

有鉴于此，本发明提供一种巨量转移装置及巨量转移方法，通过磁场力进行MicroLED芯片的拾取和转移，对不同的设备和Micro LED芯片具有广泛的适用性。

在进行本发明的说明前，先简要说明本发明实施例提供的巨量转移装置的原理。图1为本发明实施例提供的巨量转移装置的原理示意图。

如图1所示，使用磁体M和磁敏传感器D对金属材料进行缺陷检测。其中，在对材质均匀、表面平整无缺陷的被测工件A进行检测时，磁体M产生的磁场均匀地分布在被测工件A内部，磁力线E被约束在被测工件A内部并且相互平行，磁敏传感器D所在的位置检测不到漏磁通。

在对表面存在缺陷的被测工件B进行检测时，磁力线E在缺陷的位置发生畸变，磁体M产生的磁场在被测工件B的缺陷位置产生漏磁场，磁敏传感器所在的位置可以检测到漏磁通。基于上述原理，可以利用缺陷表面产生的漏磁场，对磁性材料进行吸附。

图2为本发明实施例提供的巨量转移转置的截面结构示意图之一。

如图2所示，巨量转移装置包括：转移基板1和电磁装置2。

转移基板1位于巨量转移装置的底部，作为转移过程中发光芯片的载体与发光芯片接触。转移基板1的一侧设置有多个向转移基板内部凹陷的孔洞H，在对转移基板施加磁场时，磁力线在设置有孔洞H的位置产生畸变，磁场泄漏到转移基板1的外部，从而对磁性材料产生吸附。转移基板1的形状一般为矩形或者方形。为了与驱动基板相匹配，转移基板1的形状和尺寸可以设计为与目标驱动基板的形状和尺寸相同，在此不做限定。

转移基板1的材料可以采用刚性材料，刚性材料在受力的情况下产生的变形量很小，在吸附发光芯片后基本不受发光芯片的重力影响而变形，可以确保转移的精度，提高转移的效率和产品的良率。具体实施时，转移基板1可以采用刚性较高的金属材料，具体地可以采用磁导率较高的硅钢、软磁铁氧体等软磁性材料，软磁性材料在磁场中易于磁化，离开磁场后易于退磁，可以快速的实现发光芯片的取放，提高转移效率。

图3为本发明实施例提供的转移基板的仰视结构示意图。

如图3所示，转移基板1上的孔洞H排布成阵列。在具体实施时，转移基板1上的孔洞H的数量和间距可以根据显示装置中驱动基板上的发光芯片的数量和间距进行设置。

孔洞H可以采取激光打孔或机械打孔的方式进行设置，打孔过程简单，因此针对不同分辨率的显示装置，可以设计具有不同数量和间距的孔洞的转移基板，根据实际使用需求对转移基板进行替换。在应用于Micro LED芯片的巨量转移装置时，相邻两个孔洞H的间距p通常设置为10μm～100μm。

如图2所示，电磁装置2位于转移基板1未设置孔洞H的一侧，用于在转移基板1内形成平行于转移基板1的磁场，从而可以在孔洞H的位置形成漏磁场。

在本发明实施例中，电磁装置2包括软磁体21和电磁线圈22。电磁线圈22缠绕在软磁体21上。

软磁体21通常采用软磁性材料，软磁性材料具有较高的磁导率，在磁场中易于磁化，离开磁场后易于退磁，具体实施时可以采用硅钢片、软磁铁氧体等材料。电磁线圈22与电源V连接，当电磁装置2通电时，电磁线圈22内产生磁场，软磁体21被电磁线圈22产生的磁场磁化后也变成一个磁体。

如图2所示，软磁体21两端的厚度大于软磁体21中部的厚度，具体实施时，软磁体21的两端向转移基板1的一侧凸出，用于引导磁场在转移基板1内平行于转移基板1的表面分布。电磁线圈22和软磁体21被磁化后形成的磁场的磁力线穿过转移基板1，在转移基板1的孔洞H处产生畸变，形成漏磁场，此时，可以利用孔洞H处产生的漏磁场一一对应的吸附带有磁性材料层的发光芯片进行转移。

当电磁装置2断电时，电磁线圈22内的磁场消失，软磁体21的磁场也随之消失。因此，采用本发明实施例提供的巨量转移装置将发光芯片转移到目标驱动基板的上方后，通过切断电磁装置2的电源，孔洞H对发光芯片产生的磁力消失，发光芯片自然地掉落到目标驱动基板的对应位置上，完成转移的过程。软磁体21采用易于退磁的材料，可以避免电磁线圈22内的磁场消失后，软磁体21不能快速退磁，残留的磁场继续吸附发光芯片，提高转移的效率。

图4为本发明实施例提供的巨量转移装置的俯视结构示意图。

如图4所示，电磁装置2在转移基板1所在平面上的正投影范围覆盖转移基板1，从而可以保证当电磁装置2在转移基板1所在的位置形成磁场时，转移基板1设置的孔洞H的整个区域都位于磁场所在的范围内，可以获得足够强度的磁场，确保转移过程中发光芯片稳定的吸附在转移基板1上。

图5为本发明实施例提供的巨量转移转置的截面结构示意图之二。

在本发明实施例中，如图5所示，巨量转移装置还包括：控制器C。

控制器C用于连接电源，控制流经电磁线圈22的电流大小，从而调节电磁装置2产生的磁场强度，针对不同设备和不同材料制作的发光芯片，都可以获得大小合适的磁力，保证转移过程吸附的稳定性，又不至于磁力过大造成发光芯片损坏。

在本发明实施例中，通过电磁装置2在转移基板1内形成平行于转移基板1的磁场，转移基板1上的孔洞H处磁力线发生畸变，磁场泄漏到转移基板1的外部，对设置有磁性材料层的发光芯片产生吸附，并可以通过控制器调节巨量转移装置产生的磁力大小，从而实现对发光芯片的吸附和转移。巨量转移装置的吸附力大小却决于电磁线圈的电流大小，巨量转移装置的孔洞数量及间距与驱动基板上的发光芯片的数量和间距相匹配。相较于相关技术中采用印章技术进行巨量转移的方案，对不同的设备和材料制成的发光芯片具有广泛的适用性，相较于直接在转移基板上针对每个发光芯片单独设置电磁线圈用于吸附的方案，电磁线圈难以做到高密度探头，通过在转移基板1上设置孔洞H可以做到高分辨率的发光芯片转移。

另一方面，本发明实施例还提供一种应用上述巨量转移装置的巨量转移方法。

图6为本发明实施例提供的巨量转移方法的流程图。

如图6所示，巨量转移方法包括：

S11：将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上；

S12：在发光芯片背离暂态基板的一侧制作牺牲层；

S13：在牺牲层背离发光芯片的一侧制作磁性材料层；

S14：控制电磁装置在转移基板的位置产生磁场，以通过转移基板上的孔洞吸附发光芯片的磁性材料层；

S15：将发光芯片转移到驱动基板上方，控制电磁装置关闭磁场，以使发光芯片落到驱动基板上的对应位置。

将发光芯片从晶圆上转移到暂态基板上，需要确保每个发光芯片的电极的方向在暂态基板上保持一致，以保证后续从暂态基板向目标驱动基板转移发光芯片时，发光芯片以正确的电极方向安装在驱动基板上，对转移的具体方式不进行限制。暂态基板相较于晶圆具有更大的尺寸，可以将多个晶圆上的发光芯片分多次转移到暂态基板上之后，对暂态基板上的大量发光芯片一次性完成牺牲层和磁性材料层的制作，同时在巨量转移时一次性的对暂态基板上的大量发光芯片进行转移，减少重复制作牺牲层和磁性材料层的步骤和减少转移的次数，提高转移效率。

磁性材料层可以被上述巨量转移装置产生的漏磁场吸附，发光芯片制作完磁性材料层后，通过给上述巨量转移装置上电产生磁场，调节电流大小以合适大小的磁力吸附发光芯片。将发光芯片转移到目标驱动基板上方后，通过给上述巨量转移装置断电，即可以使发光芯片自然掉落到驱动芯片上的对应位置，转移过程简单高效。适用于不同设备和材料制作的带磁性材料层的发光芯片的转移，相较于相关技术中采用印章技术进行巨量转移的方案具有更广泛的适用性。

图7为本发明实施例提供的水平结构的发光芯片的巨量转移方法的转移过程示意图。

在本发明实施例中，如图7所示，发光芯片L包括第一电极x和第二电极y，第一电极x和第二电极y位于发光芯片的同一侧。

如图7所示，发光芯片L在晶圆N上原始状态下，第一电极x和第二电极y位于顶侧，在采用本发明实施例提供的巨量转移装置进行发光芯片的巨量转移时，先将发光芯片L从晶圆N转移到暂态基板Z上，转移的过程中，需要确保每个发光芯片的电极的方向在暂态基板Z上保持一致，以保证后续从暂态基板Z向目标驱动基板转移发光芯片时，发光芯片L以正确的电极方向安装在驱动基板上。将发光芯片从晶圆上转移到暂态基板Z上时，发光芯片L的第一电极x和第二电极y靠近暂态基板Z设置。

然后在发光芯片L背离暂态基板Z的一侧制作牺牲层a，牺牲层a可以采用光刻胶等可以通过化学药液或激光解离的材料；接着在牺牲层a背离发光芯片L的一侧制作磁性材料层b，磁性材料层b的材料可以采用镍钴合金等磁性金属材料。

之后，控制上述电磁装置在转移基板内形成平行于转移基板的磁场，以通过转移基板上的孔洞吸附发光芯片的磁性材料层，对发光芯片进行转移，此过程需要保证发光芯片与孔洞的位置一一对应，以确保发光芯片与目标驱动基板的对应位置对位准确。

最后，将发光芯片转移到驱动基板R上方，控制电磁装置关闭磁场，以使发光芯片落到驱动基板R上的对应位置。

完成上述转移过程后，通过化学药液或激光照射的方式使牺牲层a与发光芯片L解离，从而去除牺牲层a和磁性材料层b。

图8为本发明实施例提供的垂直结构的发光芯片的巨量转移方法的转移过程示意图。

在本发明实施例中，如图8所示，发光芯片L包括第一电极x和第二电极y，第一电极x和第二电极y位于发光芯片的相对的两侧，其中，第二电极y为透明电极。在采用本发明实施例提供的巨量转移装置进行发光芯片的巨量转移时，先将发光芯片L从晶圆N转移到暂态基板Z上。将发光芯片从晶圆上转移到暂态基板Z上时，发光芯片L的第一电极x靠近暂态基板Z设置，发光芯片L的第二电极y背离暂态基板Z设置。

然后在发光芯片L的第二电极y背离暂态基板Z的一侧制作牺牲层a，牺牲层a可以采用光刻胶等可以通过化学药液或激光解离的材料；接着在牺牲层a背离发光芯片L的第二电极y的一侧制作磁性材料层b，磁性材料层b的材料可以采用镍钴合金等磁性金属材料。

之后，控制上述电磁装置在转移基板内形成平行于转移基板的磁场，以通过转移基板上的孔洞吸附发光芯片的磁性材料层，对发光芯片进行转移，此过程需要保证发光芯片与孔洞的位置一一对应，以确保发光芯片与目标驱动基板的对应位置对位准确。

最后，将发光芯片转移到驱动基板R上方，控制电磁装置关闭磁场，以使发光芯片落到驱动基板R上的对应位置。

完成上述转移过程后，通过化学药液或激光照射的方式使牺牲层a与发光芯片L解离，从而去除牺牲层a和磁性材料层b。

本发明实施例提供一种巨量转移装置。巨量显示装置包括：转移基板和电磁装置，通过电磁装置在转移基板内形成平行于转移基板的磁场，转移基板上的孔洞处磁力线发生畸变，磁场泄漏到转移基板的外部，对设置有磁性材料层的发光芯片产生吸附，并可以通过控制器调节巨量转移装置产生的磁力大小，从而实现对发光芯片的吸附和转移。巨量转移装置的吸附力大小却决于电磁线圈的电流大小，为了与驱动基板相匹配，转移基板1的形状和尺寸可以设计为与目标驱动基板的形状和尺寸相同，相较于相关技术中采用印章技术进行巨量转移的方案，对不同的设备和材料制成的发光芯片具有广泛的适用性，且通过在转移基板上设置孔洞可以做到高分辨率的发光芯片转移。

另一方面，本发明实施例还提供一种应用上述巨量转移装置的巨量转移方法。本发明提供的巨量转移方法，先将发光芯片从晶圆上转移到暂态基板上，并在暂态基板上对发光芯片制作牺牲层和磁性材料层；然后通过上述巨量转移装置产生磁场吸附发光芯片的磁性材料层，对发光芯片进行转移；最后关闭巨量转移装置产生的磁场，使发光芯片掉落至目标驱动基板的对应位置上。转移完成后通过化学药液或激光照射等方式去除牺牲层和磁性材料层，转移过程简单高效，可以适用于不同的设备和材料制成的发光芯片的转移。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种巨量转移装置，其特征在于，包括：

转移基板；所述转移基板的一侧设置有多个向所述转移基板内部凹陷的孔洞；

电磁装置，位于所述转移基板未设置所述孔洞的一侧；所述电磁装置用于在所述转移基板内形成平行于所述转移基板的磁场。

2.如权利要求1所述的巨量转移装置，其特征在于，所述孔洞阵列排布在所述转移基板上。

3.如权利要求2所述的巨量转移装置，其特征在于，相邻两个所述孔洞的间距为10μm～100μm。

4.如权利要求1所述的巨量转移装置，其特征在于，所述电磁装置在所述转移基板所在平面上的正投影范围覆盖所述转移基板。

5.如权利要求4所述的巨量转移装置，其特征在于，所述电磁装置包括：

软磁体；

电磁线圈，所述电磁线圈缠绕在所述软磁体上；

所述软磁体两端的厚度大于所述软磁体中部的厚度。

6.如权利要求5所述的巨量转移装置，其特征在于，所述电磁装置还包括：控制器；

所述电磁线圈与所述控制器连接；所述控制器用于控制所述电磁线圈的电流。

7.如权利要求1～6任一项所述的巨量转移装置，其特征在于，所述转移基板采用的材料为金属材料。

8.一种基于权利要求1～7任一项所述的巨量转移装置的巨量转移方法，其特征在于，所述方法包括：

将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上；

在所述发光芯片背离所述暂态基板的一侧制作牺牲层；

在所述牺牲层背离所述发光芯片的一侧制作磁性材料层；

控制电磁装置在转移基板的位置产生磁场，以通过所述转移基板上的孔洞吸附所述发光芯片的磁性材料层；所述发光芯片与所述孔洞一一对应；

将所述发光芯片转移到驱动基板上方，控制所述电磁装置关闭磁场，以使所述发光芯片落到所述驱动基板上的对应位置；

去除所述牺牲层和所述磁性材料层。

9.如权利要求8所述的巨量转移方法，其特征在于，所述发光芯片包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述发光芯片的同一侧；

所述将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上，包括：

转移所述发光芯片，使所述发光芯片的第一电极和第二电极靠近所述暂态基板设置。

10.如权利要求8所述的巨量转移方法，其特征在于，所述发光芯片包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极位于所述发光芯片的相对的两侧；所述第二电极为透明电极；

所述将发光芯片从晶圆转移到暂态基板上，包括：

转移所述发光芯片，使所述发光芯片的第一电极靠近所述暂态基板设置，使所述发光芯片的第二电极背离所述暂态基板设置。