TW201917811A - 發光二極體質量傳遞設備及製造方法 - Google Patents

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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

實施例係關於適用於製造含有發光二極體(LED)結構的產品的質量傳遞方法。藉由以一高速靈活的方式光束輔助釋放(BAR)複數個LED裝置來將LED陣列自一源基板傳遞至一目標基板。該BAR質量傳遞方式亦能夠利用該源基板之一良裸晶粒(KGD)資料檔案以僅傳遞功能上良好的晶粒且避免返工及良率損失。

Description

發光二極體質量傳遞設備及製造方法
本申請案為2017年6月26日提交的非臨時美國專利申請案第62/525,105號，其內容以引用之方式併入本文中。
本發明係關於發光二極體(LED)裝置。更特定言之，本發明之實施例係關於包括在製造製程期間將複數個發光二極體(LED)裝置自源表面高效地傳遞至目標表面的方法及設備的技術。在一實例中，該方法適用於一般LED裝置傳遞及置放，且尤其適用於在一側上可小至幾微米的微型LED(uLED)裝置之質量傳遞。微型LED係利用諸如金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)等技術生長於支撐基板上。在單獨裝置用於其最終照明或顯示應用之前，期望測試LED裝置以確定可驅動質量傳遞設備以高速及良率來置放LED裝置的良裸晶粒(Known Good Die，KGD)資料。
發光二極體(LED)已用作用於習知光源之替換技術。舉例而言，LED可見於標牌、交通信號燈、汽車尾燈、行動電子顯示器及電視中。LED相較於傳統照明源之各種益處可包括效率提高、使用壽命較長、發射光譜可變及能夠與各種外觀尺寸整合。
儘管非常成功，但極其需要用於製造LED之改良技術。
在LED製造製程期間，LED結構係使用類似於由半導體工 業利用的批量生產製程的批量生產製程而形成於基板上。諸如清潔、沈積、微影、蝕刻及金屬化之製程步驟用以形成基本的LED結構。為實現批量生產規模製造及較低成本，眾多裝置使用此等製程同時形成於基板上。取決於所要LED之類型而使用不同基板及材料。舉例而言，UV發光LED通常由氮化鎵(GaN)材料製成，其通常為藍寶石上之異質磊晶層或使用氫化物氣相磊晶(HVPE)或氨熱法製成之獨立GaN基板。針對其他色彩，可使用GaAs或GaP基板。最近，傳遞至支撐基板上之GaN、GaAs或其他III-V族半導體材料層已變得可用作另一起始基板類型。可使用本發明中所揭示之裝置及方法質量傳遞此等及其他可能LED結構以實現將此等LED裝置結構自具有源面積密度之源表面(通常為基板)快速且準確地置放至具有通常不同的目標面積密度之目標表面。
需要此密度轉化以將通常配置呈陣列之LED裝置源基板用於大量可能目標基板組態。TV、膝上型電腦屏幕、電腦監視器、蜂巢式電話、器具、汽車及可穿戴式顯示器為將要求可編程面積密度質量傳遞裝置及方法的幾個實例。
大部分微型LED裝置「列印」方法為成功地用於包括半導體行業的許多行業中之「取放」製造方法之增大輸貫量版本。在半導體行業中，通常自盤中拾取單獨積體電路晶粒且置放於最終互連基板、插入件或其類似物中。尋求用於微型LED製造之改良的取放質量傳遞策略之公司的實例包括Apple Inc.of Cupertino California及X-Celeprint of Cork Ireland。兩個公司正在研發選取複數個LED裝置且接著將其置放至目標表面之至少一部分上的變化形式。用於此等方法的適合度表徵為輸貫量、僅列印良裸晶粒微型LED裝置選擇及傳遞良率。當前方法受限於此等準則中之每一者。舉例而言，X-Celeprint近來已揭示其微型傳遞列印能力之一些 細節(SPIE Photonics West 2017論文10124-44及SID 2017會議(Conference)論文19.4)。據稱輸貫量已超100萬LED/小時且方法受限於不能夠列印KGD裝置。替代地，該公司提出大量列印後修復方法。咸信此等侷限性為物理取放方式之固有結果且難以進一步改良。
可藉由實現物理印模取放方法自源基板抬起特定裝置陣列且將該陣列置放於目標基板內的特定位置處來瞭解利用KGD測試資料來結合取放方法以僅傳遞功能良好晶粒之內在難度。其基本上為「盲」列印源陣列，無關於晶粒功能等級。利用KGD資料之唯一解決方案將為藉由在目標基板傳遞之前添加非功能性晶粒移除步驟來降低輸貫量繼之以稍後後續填充遺失晶粒。
以下4k UHD TV顯示器實例將用來展示此等傳統取放方法如何不足以成為用於市售競爭性微型LED製造之有效解決方案。此顯示器含有830萬RGB像素或約2500萬子像素。在100萬子像素傳遞速率/小時下，X-Celeprint系統將需要約25小時來完全填充一個4k UHD TV。假定1 TV/分鐘之製造速率用於大規模TV製造線，則需要不切實際數量之微型傳遞列印系統(超過1500)。此外，傳遞列印後修復將為有效輸貫量之主要減小且需要實質性返工。假定自傳遞誤差及傳遞非功能性晶粒之10ppm非功能性微型LED速率，則每一TV將具有需要一些修復形式之平均250個不良子像素。依賴於傳遞後修復不僅不切實際而且昂貴且存在良率及品質問題。
需要產生源基板之KGD資料檔案且以極低傳遞錯誤率靈活且快速地僅傳遞符合選定功能說明書集合之KGD裝置之新型方式及方法。高置放速度、精確度及最終裝置功能良率僅為需要用於實現市售競爭性微型LED製造之幾個要求。
雖然基於符合晶粒/位置匹配準則使用諸如雷射光束之能量光束來將KGD晶粒自源基板快速釋放至目標基板，但本發明中描述的質量傳遞設備及方法解決市售競爭性微型LED製造之要求。根據本發明之某些較佳實施例，使用豎直LED結構可大體上改良輸貫量及匹配計數，該豎直LED結構放寬自特定子像素位置至被稱作佔據面積之子像素內的X-Y區域之置放精確度。可藉由將源基板移動至第二位置來填充仍然不匹配的特定像素。重複此類移動直至已匹配及填充所有子像素。對於本發明，像素及子像素將可互換使用以表示待組裝LED裝置之位點。
質量傳遞設備利用KGD資料檔案來避免傳遞根據預設準則為非功能性的LED。為實踐於製造環境中，功能性測試方法需要快速測試密集型微型LED源基板陣列。舉例而言，具有10μm×10μm微型LED陣列及5mm邊緣排出之6"基板將含有大約1.5億個LED裝置。此類陣列之非直接接觸功能測試之方式已由本發明人研發且已由名為「LIGHT EMITTING DIODE(LED)TEST APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURE」之美國專利申請案第62/522,576號描述，該美國專利申請案出於所有目的在此以引用之方式併入本文中。
由此質量傳遞方法獲得之關鍵益處為其能夠以經估算超出1億至2.5億個LED/小時之高速率填充KGD LED裝置。此將使得方法能夠以幾乎無誤差方式且以與大批量製造線兼容之速率製得目標產品。
如本發明中所描述之設備及方法經描述為光束定址釋放(BAR)質量傳遞設備及方法。
100‧‧‧n型陰極層
101‧‧‧作用層
102‧‧‧p型層
103‧‧‧p接點
104‧‧‧代表性LED
105‧‧‧接點
106‧‧‧接點
200‧‧‧LED基板
201‧‧‧生長或支撐基板
202‧‧‧下部接點
203‧‧‧作用區
204‧‧‧上部接點
301‧‧‧支撐基板
302‧‧‧接觸層
304‧‧‧p層
305‧‧‧p接觸層、頂部接點
306‧‧‧電壓源
307‧‧‧光
308‧‧‧溝槽
309‧‧‧LED裝置
310‧‧‧共同電位
400‧‧‧LED源總成
401‧‧‧LED裝置
402‧‧‧源基板
403‧‧‧界面
404‧‧‧雷射
405‧‧‧LED裝置
406‧‧‧光束誘導釋放效應
500‧‧‧源總成
501‧‧‧LED裝置
502‧‧‧源基板
503‧‧‧釋放層
504‧‧‧接合層
505‧‧‧雷射、能量光束
506‧‧‧LED裝置
507‧‧‧光束釋放效應/釋放層
508‧‧‧金屬接點
600‧‧‧測試組態
601‧‧‧場板
602‧‧‧源基板
603‧‧‧LED裝置
604‧‧‧界面區
605‧‧‧介電層
606‧‧‧電極
607‧‧‧電壓源
608‧‧‧電壓源
609‧‧‧場板電極
610‧‧‧攝影機
700‧‧‧BAR質量傳遞系統方塊圖
701‧‧‧計算機
702‧‧‧KGD檔案
703‧‧‧源基板
704‧‧‧掃描頭
705‧‧‧雷射光束
706‧‧‧雷射系統
707‧‧‧目標基板
708‧‧‧間隙介質
709‧‧‧箭頭
710‧‧‧階段/運動系統
800‧‧‧旋轉多邊形鏡子掃描儀
801‧‧‧雷射光束
802‧‧‧表面
803‧‧‧X-Y掃描頭
804‧‧‧輸入雷射光束
805‧‧‧雙軸電流計鏡子總成
806‧‧‧透鏡
807‧‧‧目標表面
1000‧‧‧基礎LED裝置釋放掃描製程
1001‧‧‧源基板
1002‧‧‧目標基板
1003‧‧‧間隙介質
1004‧‧‧LED裝置
1005‧‧‧掃描製程
1006‧‧‧光束位置
1007‧‧‧光束位置
1008‧‧‧光束位置
1009‧‧‧光束位置
1010‧‧‧光束位置
1011‧‧‧光束位置
1012‧‧‧LED裝置
1013‧‧‧材料
1100‧‧‧目標像素陣列
1101‧‧‧像素
1102‧‧‧掃描路徑
1103‧‧‧佔據面積
1104‧‧‧像素位置
1200‧‧‧目標像素陣列
1201‧‧‧回掃路徑
1202‧‧‧像素線掃描
1203‧‧‧目標像素陣列
1204‧‧‧掃描路徑
1205‧‧‧短期點動
1206‧‧‧掃描開始點
1300‧‧‧傳遞製程
1301‧‧‧像素
1302‧‧‧源基板LED裝置陣列
1303‧‧‧佔據面積
1304‧‧‧佔據面積
1400‧‧‧傳遞製程
1401‧‧‧LED裝置位置
1402‧‧‧位置
1403‧‧‧位置
1404‧‧‧位置/像素
1405‧‧‧光束掃描
1406‧‧‧脈衝圖案
1500‧‧‧目標基板像素陣列
1501‧‧‧LED裝置
1700‧‧‧主動矩陣薄膜電晶體像素底板電路
1701‧‧‧LED裝置
1702‧‧‧接點
1703‧‧‧底板
1704‧‧‧接點/陰極接點
1705‧‧‧顯示器結構
1706‧‧‧TFT底板
1707‧‧‧層
1708‧‧‧區域接觸層/材料
1709‧‧‧LED裝置
1710‧‧‧範圍
1711‧‧‧共同接點
1712‧‧‧Vss底板
1713‧‧‧區域接觸層/材料
1800‧‧‧總成
1801‧‧‧頂板
1802‧‧‧接觸表面
1803‧‧‧底板
1804‧‧‧接觸表面
1805‧‧‧LED裝置
1806‧‧‧頂接觸表面
1807‧‧‧底接觸表面
1808‧‧‧區域接觸材料
1809‧‧‧區域接觸材料
1810‧‧‧區
1811‧‧‧區
M1‧‧‧電晶體
M2‧‧‧電晶體
圖1展示LED結構之簡化截面。
圖2展示在LED批量生產製程內之含有LED裝置結構的 LED源基板。
圖3A至圖3B展示具有由切割道隔離之單體化LED裝置的LED源基板之俯視圖(A)及截面圖(B)。
圖4展示根據本發明之實施例的具有由切割道隔離之單體化LED裝置且進一步展示LED裝置之光束誘導釋放之LED源基板的截面視圖。
圖5展示根據本發明之另一實施例的具有由切割道隔離之單體化LED裝置且進一步展示LED裝置之光束誘導釋放的LED源基板的截面視圖。
圖6A展示在具有埋藏共同接觸及電介質層的支撐基板上利用緊靠著含有4個LED裝置的LED裝置層的一部分之場板的根據本發明之特定實施例的源基板總成之測試步驟。
圖6B展示使用根據本發明之特定實施例的測試步驟的LED功能之量測、分格/直方圖分析及變成/未變成判定之產生。
圖7展示根據本發明之特定實施例的光束定址釋放(BAR)質量傳遞系統之方塊圖。
圖8A展示根據本發明之特定實施例的用於光束定址釋放(BAR)質量傳遞系統內的多邊形光束掃描系統。
圖8B展示根據本發明之特定實施例的用於光束定址釋放(BAR)質量傳遞系統內的具有f-θ透鏡之電流計X-Y鏡子光束掃描系統。
圖9展示根據本發明之特定實施例的隨用於適用作光束釋放雷射源的特定雷射系統之脈衝重複率變化而變化的脈衝能量。
圖10描述根據本發明之特定實施例的用於LED裝置釋放的基礎掃描製程。
圖11A展示根據本發明之特定實施例的經受用於LED裝置釋放的掃描製程的目標基板像素陣列。
圖11B展示根據本發明之特定實施例的經受用於LED裝置釋放的掃描製程的具有2個佔據面積圖案的目標基板像素陣列。
圖12A展示根據本發明之特定實施例的經受用於LED裝置釋放的掃描製程的目標基板像素陣列。
圖12B展示根據本發明之特定實施例的經受用於LED裝置釋放的掃描製程的具有2個佔據面積圖案的目標基板像素陣列。
圖13展示根據本發明之特定實施例的源及目標基板疊對及佔據面積圖案。
圖14展示根據本發明之特定實施例的經受用於LED裝置釋放的掃描製程的源及目標基板疊對。
圖15展示根據本發明之特定實施例的在用於LED裝置釋放的掃描製程後的目標基板。
圖16展示根據本發明之特定實施例用於使用光束定址釋放(BAR)質量傳遞系統以填充目標基板之製程流程圖。
圖17A展示用於本發明之某些實施例中之LED裝置定址電路。
圖17B展示根據本發明之特定實施例的將像素佔據面積區域內的LED裝置與共同Vss底板連接的TFT主動矩陣底板之截面。
圖18展示根據本發明之特定實施例的用於連接兩個區域接點之間的像素佔據面積區域內的LED裝置的各向異性互連方法之截面。
圖19展示各向異性接觸膜(ACF)可如何用來選擇性地使兩個表面與接觸圖案接觸。
貫穿本說明書且下文更特定地可見LED之進一步解釋。在一實例中，一種LED類型為其中二極體之發光層由有機化合物形成的有機發光二極體(OLED)。OLED之一個優點為能夠將有機發光層列印於可撓性基板上。OLED已整合至薄型可撓性顯示器中且常常用以製造用於諸如蜂巢式電話及數位攝影機之攜帶型電子裝置的顯示器。
另一類型之LED為基於半導體之LED，其中二極體之發光層包括包夾於基於半導體之較厚包覆層之間的一或多個基於半導體之量子井層。相較於OLED，基於半導體之LED的一些優點可包括效率提高及使用壽命延長。以流明/瓦特(lm/W)為單位表述的高發光功效為基於半導體之LED照明的主要優點中之一者，從而相較於其他光源，允許較低能量或電力使用。明度(亮度)為光源在給定方向上每單位面積發射之光量且以燭光/平方公尺(cd/m2)為單位來量測，且通常亦被稱作尼特(nt)。明度隨著工作電流增加而增加，但發光功效取決於電流密度(A/cm2)，最初隨著電流密度增加而增加以達到最大值且接著由於被稱為「效率下降」之現象而減小。許多因素促成LED裝置之發光功效，包括能夠在內部產生光子，其被稱為內部量子效率(IQE)。內部量子效率隨LED裝置之品質及結構而變化。外部量子效率(EQE)定義為所發射光子之數目除以所注入電子之數目。EQE隨IQE及LED裝置之光提取效率而變化。在低工作電流密度(亦被稱作注入電流密度或正向電流密度)下，LED裝置之IQE及EQE最初隨著工作電流密度增加而增加，接著在被稱為效率下降之現象中開始隨著工作電流密度增加而變小。在低電流密度下，由於缺陷或電子及電洞藉以重組合而不產生光(被稱作非輻射重組合)之其他製程之強效應，效率較低。隨著彼等缺陷變得飽和，輻射性重組合佔優勢且效率提高。「效率下降」或 效率逐漸降低係隨著注入電流密度超過通常介於1.0與10A/cm2之間的低值時開始。
基於半導體之LED通常可見於多種應用中，包括用作指示器及標牌之低功率LED、諸如用於燈板及汽車尾燈之中等功率LED及諸如用於固態照明及液晶顯示器(LCD)背光之高功率LED。在一種應用中，基於半導體之高功率LED照明裝置可通常在400-1,500mA下操作，且可展現大於1,000,000cd/m2之明度。基於半導體之高功率LED照明裝置通常在LED裝置之效率曲線特性上的峰值效率右方的電流密度下良好地操作。基於半導體之低功率LED指示器及標牌應用常常在大約20-100mA之工作電流下展現大約100cd/m2之明度。基於半導體之低功率LED照明裝置通常在LED裝置之效率曲線特性上的峰值效率下或右方之電流密度下良好地操作。為提供增加的發光，已增加LED晶粒大小，其中1mm2晶粒成為相當普遍的大小。較大LED晶粒大小可導致電流密度減小，其又可允許使用自數百mA至大於一安培之較高電流，藉此減輕與LED晶粒在此等較高電流下之效率下降相關聯的效應。
多年來，LED已用於諸如手錶、智慧型手機及膝上型電腦之攜帶型裝置以及電腦監視器及TV顯示器中，然而，僅間接地作為用於液晶顯示器(LCD)顯示技術之替代白光源。此等被稱作「LED」TV及其類似者，但實際LED主要為基於GaN之白光LED以代替之前使用的冷螢光燈(CFL)背光源來照明背光。彩色像素產生持續基於藉由光減法製程而工作的LCD技術，其中色彩係藉由使用介入之彩色濾光片阻隔其他色彩來產生。舉例而言，紅光像素將由阻隔背光LED白色光譜之綠色及藍色部分的紅色濾光片產生。灰階(像素之光強度)係藉由經由沿光路徑置放於兩個正交偏光器之間的液晶胞元調變光偏振來產生。
儘管LED背光驅動式LCD顯示技術比CFL背光版本更高效且更可靠，但該技術仍非功率高效的。原因很簡單：儘管LED白色背光裝置就外部量子效率(注入至LED裝置中之每個電載流子發射的光子)而言可能相當高效，但在此LCD顯示技術之剩餘部分中存在大量低效率。第一偏光器將切割非偏振白色背光之一小半，接著藉由減去剩餘光之2/3(對於紅色，R而無GB，對於綠色，G而無RB且對於藍色，B而無RG)來對每一像素著色。其他損失包括像素填充因數及膜/LCD單元吸收及散射。因此，總光輸出小於白色LED背光強度之約1/6。
趨勢為提供功率更高效且更明亮的顯示技術，尤其係對於電池壽命為關鍵因素的攜帶型電池操作式裝置。微型LED為用於實現更高功率效率的有前景的技術。在微型LED顯示器中，直接驅動置放於像素區域內之小型LED裝置，從而以直接發射方式產生光。可藉由(i)利用具有顏色磷光體或量子點顏色轉化層之到UV-LED中之藍光(亦即基於GaN)以藉由光子下變頻產生像素色彩及/或(ii)藉由使用直接地產生顏色的LED(亦即，用於紅色的AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP，用於綠色的GaP、AlGaInP、AlGaP及用於藍色的ZnSe、InGaN、SiC)來產生顏色。在任一情況下，微型LED顯示器之直接放射/直視允諾功率效率之六倍或多於六倍的改良。
儘管已熟知實現微型LED類顯示器之基礎技術，但存在大量的製造及品質控制挑戰。此等挑戰中之一者為在像素提交使用之前以具成本效益且高效的方式功能性測試製造製程內之數百萬微型LED裝置。另一挑戰為將微型LED裝置自源或支撐基板靈活較快且無誤差地質量傳遞到目標表面、板或區域。因此希望允許KDG資料檔案驅動微型LED裝置之質量傳遞且以與微型LED大規模製造製程相容之方式。本發明之其他細節 可在整個本說明書且更特定言之下文中所見。
本發明之實施例描述LED裝置製造製程及不含取放方式之LED裝置之質量傳遞方式。特定言之，本發明之一些實施例可係關於高亮度LED、中等功率LED、低功率LED及微型LED裝置之質量傳遞方式。
在各種實施例中，參看圖式進行描述。然而，某些實施例可在無此等特定細節中之一或多者的情況下或與其他已知方法及組態組合而加以實踐。在以下描述中，闡述大量特定細節，諸如特定組態、尺寸及製程等，以便提供對本發明之透徹理解。在其他情況下，尚未以特定細節描述熟知之半導體製程及製造技術以免不必要地混淆本發明。貫穿本說明書參考「一個實施例」意謂結合實施例所描述之特徵、結構、組態或特性包括於本發明之至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書之各處出現的片語「在一個實施例中」未必參考本發明之同一實施例。此外，可在一或多個實施例中以任何適合方式組合特徵、結構、組態或特性。
如本文中所使用之術語「橫跨」、「在...上方」、「至」、「在....之間」及「在...上」可指一個層相對於其他層之相對位置。「橫跨」另一層、在另一層「上方」或「上」或接合「至」另一層或與另一層「接觸」之一個層可直接與另一層接觸或可具有一或多個介入層。在若干層「之間」的一個層可與該等層直接接觸或可具有一或多個介入層。
本發明之某些實施例描述一種LED裝置總成，其中LED裝置結構在進一步處理之前自生長基板傳遞且接合至支撐基板或板總成。根據本發明之實施例，可在傳遞之前或在一或多次傳遞之後應用BAR質量傳遞步驟。出於簡化各種可能組態的目的，其中複數個LED結構經傳遞且可接合至不同基板上，在各情況下，當所得基板用作BAR設備內之裝置源時，該所得基板(生長支撐基板或總成)應被稱作源基板。舉例而言，在MOCVD 生長期間支撐LED結構之基板若直接地用於BAR質量傳遞設備內，則其亦被稱作源基板，然而，在釋放且附接至支撐板後，此板及用於以機械方式支撐LED裝置層之任何其他基板或板亦將被稱作源基板。另外，支撐基板可為可撓性薄片，諸如待安裝作為BAR設備內之源基板的塑膠膜。術語源基板一般將用以暗示其作為機械支撐件之作用且貫穿本說明書將係描述為BAR質量傳遞設備之部分的基板。
取決於本發明之特定實施例，支撐基板可為透明的且具有額外塗層。此等直接支援BAR質量傳遞製程或作為特定LED製造製程步驟之要求的部分而存在，如將在下文更詳細地描述。
參看圖1，代表性LED 104包含沈積層，該等沈積層形成n型陰極層100、作用層(通常為多量子井或MQW系列子層)101以及p型層102及p接點103。此LED結構經簡化且為簡單起見未展示諸如緩衝層、阻擋層、n接觸層及其類似者之許多額外層。在電學上，LED將經由作為陽極之層103(或接點106)及經由作為陰極之層100(或接點105)接觸。在一些LED結構中，n層及p層亦可為接觸層，且因此除非另外特定地描述，否則可出於本發明之目的而互換地進行命名。使用自陽極至陰極之正向(正電壓)偏壓來使電流通過LED裝置將藉由輻射性重組合製程自流經作用區之載流子產生光。作用層101之設計經最佳化以用於最大化發射光之輻射性重組合製程。對LED結構進行反向偏壓將不會產生光。限制反向偏壓電壓對LED係重要的，以便避免經由被稱作擊穿之製程損害或毀壞裝置。在安全的反向偏壓區內，少量洩漏電流流經裝置。
在LED製造中，使用類似於半導體行業中常見的基於基板的批量生產製程的方法來以批量生產方式製造LED裝置。參看圖2，描述於圖1中之LED結構經沈積至合適的生長或支撐基板201上以製成LED 基板200。取決於所要LED之類型、品質及色彩，可使用不同的基板材料類型。實例為GaP、GaAs、GaN基板，或諸如藍寶石及碳化矽(SiC)之異質磊晶生長基板亦為可能的。層傳遞式半導體分層模板基板為又一類型的生長基板。LED結構接著生長以產生下部接點202(在此實例中，n型或陰極)、作用區203及上部接點204(在此實例中，p型或陽極)。
圖2之LED基板含有多個非單體化LED結構。可使用諸如蝕刻、微影、鈍化及沈積之製程步驟在LED製造序列內進行具有所要大小及功能的單獨LED裝置的隔離。參看圖3A及圖3B，可在所要LED裝置駐留於支撐基板301上時使用諸如蝕刻之製程形成例如溝槽308來隔離所要LED裝置。若在基板上方產生此等蝕刻結構(有時被稱作「切割道」)以形成諸如正方形裝置的單獨隔離結構，則大量LED裝置309經電隔離且可用於釋放及封裝。在此實例中，溝槽308並不蝕刻穿過底部的共同接觸層302且可因此連接至共同電位310。每一LED裝置309可因此使用電壓源306單獨地接觸至p層304及p接觸層305。可接著自所接觸裝置量測光307以評估裝置之功能性。在此實例中，展示頂部發射LED結構，其中頂部接點305可為諸如氧化銦錫(ITO)之透明電極。其他結構可為諸如底部發射結構。在此情況下，支撐結構將較佳為透明的，且p接觸層將為諸如金屬層之光反射層。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
圖4展示LED源總成400，其中複數個完全單體化LED裝置(諸如LED裝置401)駐存於具有界面403的透明的源基板402之表面上。若LED裝置層經釋放且隨後接合，則源基板可為雙邊拋光(DSP)藍寶石基板，諸如MOCVD生長基板或石英或玻璃基板。諸如雷射404之能量光束經展示為藉由光束誘導釋放效應406來釋放LED裝置405。僅作為使用生長於DSP藍寶石基板上之GaN LED裝置之實例，釋放係藉由使用 UV雷射脈衝或在藍寶石/GaN界面處分解GaN來釋放該裝置。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
圖4之LED裝置陣列結構亦可經由將圍繞界面403之LED裝置層分離的類似雷射剝離(LLO)製程或化學剝離(CLO)製程作為全部層釋放至次要基板上。若次要基板用作支撐件以傳遞單獨LED裝置，則該次要基板現被稱作源基板。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
可藉由將對諸如圖5中所描繪之特性之光束特性敏感的釋放層集成來實現釋放製程的改良。源總成500具有複數個LED裝置，諸如駐存於源基板502上之LED裝置501。在此實施例中，LED裝置使用接合層504內存在的釋放層503耦合至支撐基板。諸如雷射505之能量光束經展示為藉由光束誘導釋放效應507來釋放LED裝置506。在此實例中，釋放層507可經最佳化以具有較小劇烈的釋放效應或需要更少光束脈衝能量。若在LED形成之前源總成500為接合基板，則在LED裝置形成後，不需要先前化學或雷射剝離步驟。具有整合釋放層之MOCVD後基板可直接地變成用於BAR質量傳遞用途之源基板。
若需要來自能量光束505之用於LED裝置的額外保護，則可將插入金屬層或其他反射層整合於釋放層503與諸如LED裝置501的LED裝置之間。
使用層傳遞方法以使用源基板亦可允許完全處理的LED裝置質量傳遞而無需在釋放後需要額外金屬步驟或其他表面處理步驟。藍寶石製程上之常規GaN將仍需要釋放後接點形成，然而，在MOCVD處理及釋放之前，埋藏金屬層可形成於LED裝置上。參看圖5，LED裝置506可包括金屬接點508。鉬由於其相容性而為適合金屬接觸層之一個實例。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
適用於355nm至1064nm YAG雷射線之釋放層之實例為ITO及可藉由飛秒(femtosecond)至皮秒(picosecond)脈衝輕易剝蝕之其他氧化物。剝蝕ITO之製程描述於「Picosecond Laser Patterning of ITO Thin Films」,A.Risch及R.Hellman,Physics Procedia,12(2011)133-140中。研究包括355nm、532nm及1064nm，其中50-100nm之ITO係在約42μm光斑大小下使用約能量10μJ之單一脈衝剝蝕，對應於0.5J/cm2之製程。允許光束良好聚焦以足以可靠地釋放目標LED裝置同時不影響相鄰LED裝置及X-Y位置精確度及可重複性之藉由一個脈衝、緊光束聚焦釋放之能力在重要釋放光束光學件及適用於BAR質量傳遞應用內的其他特性中。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
圖5之LED裝置陣列結構亦可經由分散圍繞釋放層503之LED裝置層之類似雷射剝離(LLO)製程或使用選擇性地移除接合層504之化學剝離(CLO)製程而作為全部層釋放至次要基板上。若使用CLO製程，則可能不需要釋放層503且將藉由使用化學製程來將複數個LED裝置釋放至次要基板上以發生剝離製程。舉例而言，含有氫氟酸(HF)之浴液可選擇性地蝕刻包含二氧化矽之接合層504以將LED裝置層501釋放至由不受蝕刻劑攻擊之材料製成的次要基板上。鐵氟龍為不受HF蝕刻之適合的次要基板材料之一個實例。若次要基板用作支撐件以傳遞單獨LED裝置，則該次要基板現被稱作源基板。在另一實施例中，其中LLO質量傳遞製程為所需的，在LED裝置層之CLO剝離後，可將鐵氟龍中間基板接合至光學透明第三基板。此第三基板現被稱作源基板以允許使用定位於該第三基板與LED裝置層之間的BAR質量傳遞釋放層之雷射剝離質量傳遞製程。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
在源總成500係由來自MOCVD生長基板之LED裝置501 之預先釋放層製成且接合至次要基板502上之實施例中，由於BAR質量傳遞釋放層503不一定必須經歷高溫MOCVD及其他LED裝置形成製程，因此選擇該BAR質量傳遞釋放層可受較小限制。舉例而言，釋放層可為具有有限高溫穩定性範圍的有機或無機釋放層。可利用有機UV或熱釋放層，其功能類似釋放膠帶產品，諸如由the Nitto Denko Corporation,Osaka Japan製造之ELEP HOLDER UV釋放膠帶及NWS-Y5V熱釋放膠帶。為在本申請案中有效且支持高產量總成，需要具有低UV通量及熱預算調配物之薄膜。無機釋放層將較佳地為可在BAR輻射之後即刻高效地分解為低黏附狀態之薄層。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
對於本說明書之其餘部分，以下源總成將假定為：
a. 源基板為直徑為150mm且厚度為1mm之DSP藍寶石基板，其具有可藉由具有能夠單獨LED裝置定址之355nm、532nm或1064nm雷射源之0.5J/cm2脈衝製程釋放之釋放層(RL)。
b. 15μm×15μm之LED裝置陣列(具有豎直裝置架構且裝置之間的5μm間隙或切割道之10μm裝置寬度)。頂部為陽極且底部為陰極。
c. LED裝置陣列為含有70,000×70,000個LED裝置或4900萬個單獨LED之大小呈105mm×105mm之正方形陣列。
d. 釋放之LED裝置如完成的裝置為完全可接觸的。
在LED裝置形成於源基板上後，可測試LED裝置以符合某些預定準則。圖6展示經受使用電光測試之測試以判斷源基板上之單獨LED裝置之功能的源LED基板，此類測試描述於名為「LIGHT EMITTING DIODE(LED)TEST APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURE」之美國專利申請案第62/522,576號中。測試方法利用場板及底部電極以將電流電容注入至源基板上之複數個LED裝置且使用諸如攝影機之感測器來量 測其回應。測試組態600展示於圖6A中，其中場板601高於諸如LED裝置603之複數個LED裝置結構而存在於源基板602上方，該等LED裝置結構由可支持自場板601至諸如LED裝置603之LED裝置之電容耦合的界面區604分離。在最低LED裝置結構層(在本發明中所描述之實例中為n層)下方，介電層605及電極606完成支撐基板電容耦合裝置。將電極606連接至電壓源607。將場板連接至單獨電壓源608及場板電極609。在此實例中，將攝影機610置放於場板上方以俘獲複數個受測LED裝置之發光回應。在此實例中，裝置之間的隔離經展示為待完成，然而，此方法仍將在n層完全隔離或不完全隔離的情況下起作用。
此功能測試之量測結果作為與隨注入電流密度J(A/cm2)變化而變化之每一LED裝置之放射成正比的值展示於圖6B(1)中。收集複數個LED裝置導致且儲存為根據矩陣(i,j)中之LED位置的值用於進一步分析。舉例而言，諸如圖6B(2)中所描繪之矩陣(i,j)之直方圖可展示製程洞見。一旦已收集LED裝置(i,j)資料值，便可應用臨限值或一組測試準則以產生功能性判定，可能針對正量測之每一LED添加Datan(i,j)值0或1(0=不良裝置，1=良好裝置)。舉例而言，若將所要的最小臨限值應用於資料，則可將非發射或弱發射裝置標示為不良裝置。圖6B(3)展示應用於特定J值處之(i,j)資料之臨限值結果之實例。選定之臨限值外之三個LED裝置經標記為「不良」像素且其位置將記錄於所得良裸晶粒(KGD)資料庫檔案中。當然，多個臨限值及應用於資料值之集合的其他準則或通過/未通過準則亦可適用於功能測試、修復策略及製程良率分析(原因及校正)。僅作為實例，多個臨限值可應用於LED裝置Datan(i,j)資料以產生每一LED裝置之分格編號標示，從而匹配LED之功能性且根據一準則或一組準則驅動釋放具有類似特性之裝置的策略。隨機存取雷射剝離或其他單獨 LED裝置釋放方法可基於每一(i,j)LED裝置之分格標示矩陣值而聚集具有類似分格編號之LED裝置。此可適用於限制由使用具有過度不同的功能特性的LED裝置造成的顯示不均勻性。多個臨限值亦可用以產生對良率及製程控制有用的統計資料。舉例而言，標準偏差及應用於分格資料之其他統計分析可為良率及製程穩定性之指示。此等導出量之急劇改變可發信製程偏移。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
儘管KGD檔案可如不良晶粒位置清單一樣簡單，但應理解，可存在更複雜準則，諸如將LED裝置與目標顯示器內釋放的閉合或均一回應匹配。將調節分格以匹配具有預定分格範圍值內的特性的裝置。
假定良好/不良KGD檔案由源基板之測試產生，則現可將基板安裝至光束定址釋放(BAR)質量傳遞工具之列印頭上以填充具有複數個LED裝置的目標陣列。BAR質量傳遞系統方塊圖700展示於圖7中。BAR系統由接收KGD檔案702之電腦701形成，該電腦將用來執行算法以釋放對應源基板703上存在的複數個LED裝置。算法利用輸入參數，諸如KGD檔案資料、源及目標陣列間距及尺寸以及選擇及匹配準則以在高速及良率下填充目標基板。將源基板703附接至可導入來自雷射系統706之雷射光束705的掃描頭704。如下文進一步解釋，根據預選定條件將光束定址至單獨LED裝置。光束經調節以能夠將特定LED裝置跨間隙介質708自源基板703釋放至目標基板707。LED裝置之傳遞經由箭頭709展示為自源基板703之分離動作至目標基板707上之預定位置上的結合動作。在此特定實施例中，使用階段/運動系統710實現源基板與目標基板之間的相對運動。
BAR質量傳遞系統掃描頭硬體可使用支持高輸送量及高良率操作之可商購系統。掃描頭X-Y掃描係使用(i)在具有電流計鏡子或機 械掃描之一個維度在第二維度中旋轉多邊形鏡子掃描儀或(ii)在兩個掃描維度中之每一者中之諸如電流計發動機驅動鏡子之二維雷射掃描器實現。圖8A展示旋轉多邊形鏡子掃描儀800將雷射光束801掃描至表面802上之圖式。此類系統可購自諸如Lincoln Laser Company,Phoenix,AZ USA之公司。圖8B展示掃描輸入雷射光束804使用雙軸電流計鏡子總成805及光學透鏡806以掃描目標表面807之X-Y掃描頭803。此類系統可由諸如Lincoln Laser Company,Phoenix,AZ USA及Scanlab GmbH,Puchheim,Germany之公司利用。為允許隨機存取定址而不損害輸貫量，耦合至光學f-θ透鏡之X-Y電流計可為用於掃描頭之有效解決方案。舉例而言，耦合至諸如255mm f-θ透鏡之近遠心透鏡的Scanlab IntelliSCAN 10將允許180mm×180mm掃描區域以及約20-30μm之光斑大小及高達8000mm/sec之掃描速度。此系統可用於Coherent Inc.,Santa Clara,CA USA作為PowerLine Pico系列雷射標記系統。其他遠心透鏡雷射掃描器，諸如型號MD-T1000可由Keyence Corporation,Osaka Japan利用。MD-T1000具有80mm×80mm完全遠心掃描能力、~20μm光斑大小及高達12,000mm/sec之掃描速度。
儘管基於X-Y電流計之掃描儀具有更多靈活性，但較大掃描區域通常係藉由採用具有較長工作距離及較低數值孔徑之掃描透鏡來實現。結果為影像平面處之較大光斑大小。旋轉鏡子掃描儀可使用更接近影像平面場地置放之線性透鏡來幫助將光束更好地聚焦在一個維度上。若將光束能量更好地定位於所需LED裝置區域內需要進一步減小光束大小，則可使用緊靠著影像平面之機械光罩或光學變跡器將光束截短。光罩將具有所需開口圖案來匹配所需LED裝置傳遞圖案且關於目標基板在X、Y及旋轉軸上空間地調節。若雷射系統經更緩慢調變或具有沿掃描方向有效地「模糊」光束強度分佈之較長脈衝寬度，則此光束空間濾光方法亦可為必需的。 在此實例中，具有豎直於掃描方向之縫隙及約為LED裝置之大小的開口之機械光罩將移除可溢出至鄰接區域且造成不正確LED裝置傳遞的光能。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
可使用不同的掃描及運動方法來實現自源基板至目標基板之LED裝置傳遞。一個實例為掃描圖案在一個方向(例如，X軸)上，而掃描頭及目標基板在另一方向(例如，Y軸)上移動。利用多邊形旋轉鏡子之雷射掃描器可在此類實施例內工作。另一實例為將源基板移動至被稱作位點之位置且具有X-Y掃描頭填充LED裝置用於選定位點。允許KGD LED裝置變得與一或多個像素匹配之微動(位點內之較小X-Y移動)可為必需的，該一或多個像素預先並不與KGD LED裝置匹配。一旦位點已填入LED裝置，則將位點移動至新區域。重複此製程直至目標基板完全填充。後續實例將通常利用上述X-Y掃描頭實施例，然而，應認識可使用本發明之變化、修改及替代實施例來實現KGD LED裝置至目標基板之其他相對定位。
雷射系統必須能夠導入可聚焦之光束且支持與掃描頭光束位置同步之靈活且準確的釋放定時。Q切換雷射可滿足執行釋放功能，然而，其相對較高之脈衝至脈衝能量變化、定時抖動、較長脈衝寬度及對於脈衝能量脈衝間持續時間效應皆考慮為使得此共同標記且切割雷射技術較不適用於BAR質量傳遞應用。尤其適合之雷射為被動模式鎖定雷射系統，諸如來自Lumentum Operations LLC,Milpitas,CA USA之PicoBlade 2皮秒微機械加工雷射(Picosecond Micromachining Laser)。雷射可以精頻率解析度經觸發且以50Khz至8Mhz之重複率同步。對於每一時段，藉由剝蝕釋放層以釋放單獨LED裝置用於每一雷射脈衝來發射超短雷射脈衝充當釋放製程。當然，在其他實施例中，多個LED裝置可經設計以釋放用於每一雷射 脈衝。
數位信號可選擇單獨脈衝以按需求射出雷射。此「按需脈衝」(PoD)允許可由電腦使用之操作性方案以僅選擇所需KGD LED裝置用於釋放至目標基板上。PicoBlade 2雷射脈衝寬度為約10ps，確保具有最小熱影響區(HAZ)之剝蝕製程作用於目標釋放層及周圍材料上。對於具有約1cm2/秒之特徵熱擴散常數之典型材料，HAZ將小於0.05μm。圖9展示PicoBlade 2高功率版本之脈衝能量與脈衝重複頻率關係。假定532nm製程及10μJ之最小脈衝能量，此雷射系統可允許超出1MHz之脈衝重複率。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
基礎LED裝置釋放掃描製程1000展示於圖10中呈經受釋放雷射掃描之源基板及目標基板之截面。源基板1001安置在具有間隙介質1003的目標基板1002上方。間隙介質可為空氣或具有將源與目標基板分離的間隙的另一界面介質。當然，兩個基板之間的實際接觸(無間隙)為另一可能實施例。
具有可靠地且唯一地釋放定址LED裝置的單一雷射脈衝之目標對光束點大小、能量位準及穩定性及定位精確度及可重複性要求最低。約20um之高斯光斑大小應足以選擇性地釋放約15μm或更大的LED裝置間距。源基板或變跡器/光束整形器內之光罩亦可有效保持任意雜散能量潛在地引起鄰接LED裝置之非所需的部分或完全釋放。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
跨複數個LED裝置(諸如LED裝置1004)掃描雷射光束。在此實例中，使掃描系統與雷射同步以使得當經由掃描製程1005在每一源基板LED裝置位置上方掃描光束位置時由雷射系統發射雷射脈衝。來自電腦的數位信號將閘控雷射脈衝離開雷射系統(利用PicoBlade 2系統之按需 求脈衝或PoD特徵)。在此實例中，KGD資料及匹配算法判定將釋放光束位置1007及1010下方之LED裝置同時將不會釋放光束位置1006、1008、1009及1011下方之LED裝置。由於使用掃描製程1005自左至右掃描光束，將產生PoD閘信號來如下控制雷射脈衝放射：1006/停用、1007/啟用、1008/停用、1009/停用、1010/啟用、1011/停用。對於兩個個例1007及1010，其中光束發射且使得LED裝置釋放製程，其中將LED裝置1012自源基板1001傳遞至目標基板1002。可將材料1013添加至目標基板以便於捕獲或保留所傳遞的LED裝置1012。
根據以下條件假定掃描速度與脈衝重複率同步：PLED=沿掃描方向之LED間距(m)
P像素=沿掃描方向之像素點距(m)
F1=雷射脈衝重複率(Hz)
掃描速度=PLED×F1
僅作為一實例，用於目標基板之目標像素陣列1100展示於圖11A中。此實例中之每一像素1101在X上具有75μm之像素間距且在Y上具有120μm之像素間距。釋放雷射在X軸，諸如掃描路徑1102上掃描。對於具有15μm正方形間距及500KHz之雷射脈衝頻率之先前描述的源基板總成，每一雷射脈衝符合沿一個軸之每一可能源基板LED裝置位置之所需掃描速度為7,500mm/sec。在此實例中，每5個雷射脈衝中有一個可經選擇以將特定LED裝置釋放至X軸上之目標LED像素區域上(75μm像素間距/15μm LED裝置間距)。用於實現此PoD觸發信號至以500KHz操作之雷射之匹配規則為如下一組條件：對於雷射掃描跨過之每一LED位置：
a. 源LED位置為KGD
b. 目標像素位置在佔據面積區域內
佔據面積區域為其中LED裝置中心位置為可允許傳遞之像素區域內之區域。佔據面積區域中心位置為具有範圍△XFP、△YFP之像素區域內之XFP、YFP。對於圖11A之實例且假定XFP、YFP為目標基板像素之物理中心，圖11B展示其中佔據面積1103具有30μm之△XFP及42.5μm之△YFP的範圍之一實例(分別為2及2.5 LED裝置像素間距)。當然，範圍△XFP、△YFP可為零，諸如像素位置1104，需使每一方向上之目標基板像素間距為LED裝置間距之整數倍數以最小化掃描頭/源基板與目標基板之間的X-Y運動。若需要準確LED裝置置放，則此可為所需的。橫向LED裝置架構可為一個此類情況，其中可能需要具有△XFP=0、△YFP=0之佔據面積製程。
具有最低像素佔據面積區域之KGD LED裝置填充製程允許BAR質量傳遞方法之靈活性及輸貫量之實質性增大。為最大限度地有效，最低佔據面積範圍應容納至少2個可能LED裝置。若此發生在X及Y上，則將存在4個可選定用於釋放至各目標像素區域的可能LED裝置。LED裝置之特定位置鬆弛至每一像素區域上獲得實質性益處。一個益處為X-Y位置準確性可鬆弛，從而簡化系統硬體並增大良率。另一益處為每一佔據面積內之多個可能LED裝置可允許掃描頭更完全地填充位點而無需要求物理上重新定位掃描頭。舉例而言，針對下文描述之4k-UHD實例內使用之源基板之100ppm非KGD率(不良或不可用LED裝置之百分比)將在不能匹配/釋放之每一位點上具有平均24個LED裝置。將必須發生微動以將KGD LED裝置排列於此等殘餘像素中之每一者上方，由此降低輸貫量。佔據面積內之2×2 LED裝置陣列可極大地較低此錯誤率。假定源基板內之每一非KGD LED裝置之隨機位置，此有效錯誤率數下降至100ppm4或1×10-16。可列印超過一百億個位點而無需微動，由此增大輸貫量。
一旦源基板用於位點LED裝置填充，則藉由釋放LED裝置位置更新KGD檔案且有效非KGD率將變大並開始含有釋放圖案。輸貫量最佳化將包括最大化KGD與佔據面積匹配以驅動位點至位點定位。一旦非KGD率足夠高使得位點微動根據預定規則增長過大，則將源基板更換為新源基板及KGD檔案。
具有相當大的佔據面積區域的製程可幫助加速BAR質量傳遞製程並且容納如源基板之KGD資料庫檔案中所述之不可用LED裝置。對於下一實例，假定具有圖11B之佔據面積1103之圖11A之實例。
圖12展示將光束定位在目標基板像素位置上方的兩個可能掃描圖案。圖12A展示目標像素陣列1200之單向掃描，其中在每一像素線掃描1202再定位掃描系統用於另一單向掃描後產生回掃路徑1201(在此情況下自左至右)。儘管回掃長於雙向掃描，但可在改良運動機構動力學中存在實際優點，諸如減小掃描遲滯。潛在較快掃描圖案為諸如展示於圖12B中之用於目標基板上的目標像素陣列1203之X-Y掃描之雙向掃描圖案。在每一掃描路徑1204結束時，產生針對新掃描開始點1206之短期點動1205，且下一掃描處於與先前掃描路徑對置方向上。每一新掃描路徑之定時與雷射系統同步以沿掃描路徑將每一可能雷射脈衝與LED裝置對齊。當然，可存在其他變化、修改及替代例。
圖13展示根據本發明之較佳實施例的源基板至目標基板傳遞製程1300之俯視圖。目標基板要求其像素1301中之每一者由來自每一像素內之可允許佔據面積1303內之源基板LED裝置陣列1302之LED裝置填充。此實例中之佔據面積允許選擇4個可能LED裝置用於如1304中所展示之釋放。黑色LED裝置滿足佔據面積區域釋放條件。選定用於釋放之特定LED裝置位置亦將為可用的(KDG且不會預先釋放)且最佳化用輸貫 量，如下文進一步解釋。
圖14展示根據本發明之較佳實施例的源基板至目標基板傳遞製程1400之俯視圖。基於X-Y定位及KGD資料庫檔案計算掃描路徑及光束釋放規則。諸如1401之散列LED裝置位置展示已釋放之LED裝置位置。若在佔據面積中存在一些不可用LED裝置位置，諸如位置1402、1403及1404(兩個位置)，則算法可改變光束釋放以符合替代性LED裝置位置以填充像素定位。光束掃描1405及脈衝圖案1406展示將如何填充底部像素列。在此實例中，光束係以7500mm/sec掃描且每2μsec跨越每一LED裝置中心位置。取決於是否啟用PoD，雷射經設定為500KHz被動模式-鎖定且與每一LED裝置中心位置一致每2μsec發送10psec雷射脈衝。脈衝圖案1406中之黑色矩形為致使對應LED裝置經釋放的發射脈衝，而白色框為經使用PoD控制信號來命令不從雷射發射之脈衝。像素1404在掃描路徑1405期間未釋放且將需要單獨掃描路徑(未展示)以釋放位於較低LED裝置列上之替代LED裝置。
圖15展示以諸如LED裝置1501之LED裝置填充的所得目標基板像素陣列1500。
最佳BAR質量傳遞輸貫量可在此實例中如下估算：
a. LED釋放速率=500KHz×(15μm LED裝置間距/75μm像素間距)=100k LED/秒
b. 掃描時間=105mm/7,500mm/sec=14msec
c. 回掃時間(假定雙向掃描)=5msec
d. 像素/掃描=105mm/75μm像素間距=14,000像素
e. 輸貫量=14,000像素/19msec=74k像素/秒或265M像素/小時
因此，一旦70M LED裝置源基板之LED裝置已大部分釋放，則將需 要改變70M LED裝置源基板。在高於265M LED裝置/小時之釋放速率下，將需要每15-16分鐘裝載新源基板。因為釋放速率將在由不可用LED裝置之數目增大所致之將LED裝置全部釋放之前開始下降，所以最佳輸貫量將根據最佳化算法而需要較早更換源基板，該最佳化算法考慮用於早期交換之額外時間及成本以增大源基板之再定位頻率且減小LED裝置之可用性。為填充完整顯示器，其他參數(諸如源基板更換時間及位點至位點移動時間)將變為輸貫量計算中之因素。
預定每一位點掃描內之掃描頭位置及釋放序列以高效地釋放獲自源基板之大部分KGD LED裝置之算法為可受益於人工智慧(AI)及深度學習概念之最佳化問題。由於使用源基板，先前釋放將產生不可用源LED裝置圖案，該等圖案會導致再定位掃描頭以匹配位點內之像素上的先前不可用KGD裝置之微動頻率增大。使用AI/深度學習之最佳化算法可幫助最大化源基板裝置利用及輸貫量同時降低位點微動之總數目。
基礎BAR質量傳遞製程流程圖展示於圖16中。一旦源基板及對應KGD檔案裝載於掃描頭及電腦上(步驟1)，則電腦將掃描頭定位在目標基板之第一列印位置處(步驟2)。接著計算匹配釋放準則之LED裝置之判定(步驟3)，且接著產生掃描頭及雷射系統以定址雷射光束脈衝以將所需LED裝置釋放至目標基板上(步驟4)。一旦清單耗竭，則進行KGD檔案更新以將釋放的LED裝置添加至源基板上之不良或不可用LED裝置位置之清單(步驟5)。若源基板上之殘餘LED裝置之數目及位置未能符合預定規則(步驟6)，則更換源基板且裝載其對應KGD檔案(步驟6A)。若要填充更多位置，則改變X-Y位置(步驟7A)且自步驟3重複BAR質量-傳遞循環。
實例1：4k-UHD解析度(3840H×2160V 16：9)BAR質量傳 遞效能估計值
以下為期望用於使用具有15μm間距之105mm×105mm LED裝置陣列的源基板之上文雷射條件之期望最佳輸貫量。由於輸貫量將不會占源基板交換時間及位點至位點移動時間，因此該輸貫量將略微較小：
a. 子像素間距：125μm(H)×375μm(V)
b. 位點數目：11,650cm2顯示/110.25cm2=106位點/顯示
c. 像素/掃描線(H)：105mm/125μm=840像素/掃描
d. 掃描線數目/位點：105mm/375μm=280條線
e. 位點輸貫量：280條掃描線×19msec=5.32秒/位點
f. 總像素/位點：280掃描/位點×840像素/掃描=235,200像素/位點
g. 總時間/顯示：5.32秒/位點×106位點/顯示=564秒/顯示
h. 像素輸貫量=160M像素/小時
相較於用於類似顯示器之取放方式之約25小時，此方法之巨大輸貫量改良潛能可藉由比較以上實例中之BAR質量傳遞方式之約10'/顯示器輸貫量來瞭解，約快125倍。
實例2：5.5"HDTV蜂巢式電話顯示(1920H×1080V 16：9)BAR質量傳遞效能估計值
以下為期望用於使用具有15μm間距之105mm×105mm LED裝置陣列的源基板之上文雷射條件之期望最佳輸貫量。由於輸貫量將不會占源基板交換時間及位點至位點移動時間，因此該輸貫量將略微較小：
a. 掃描時間：68.5mm/7500mm/sec=9.13msec(在顯示豎直方向上掃描)
b. 子像素間距：21.1μm(H)×63.4μm(V)
c. 位點數目：1.16位點/顯示
d. 像素/掃描線(V)：68.5mm/63.4μm=1080像素/掃描
e. 掃描線數目/位點：105mm/21.1μm=4975條線
f. 位點輸貫量：4975掃描線×13.13msec=65.3秒/位點
g. 總像素/位點：4975掃描/位點×1080像素/掃描=5.37M像素/位點
h. 總時間/顯示：65.3秒/位點×1.16位點/顯示=75.7秒/顯示
i. 像素輸貫量=296M像素/小時
以上實例大體描述具有允許多個可能LED裝置經選定用於釋放之有限區域之佔據面積。此方式強加某些關於LED裝置及互連設計之限制及條件。允許定位於像素內之可撓性LED裝置位置之一個設計為豎直LED設計及使用如下所述之各向異性接觸膜之頂部/底部區域接觸方法。圖17A展示可用於偏壓像素區域內之每一單獨LED裝置1701之主動矩陣薄膜電晶體(TFT)像素底板電路1700。為在顯示器上產生顯示圖案，每一像素LED裝置係由2個電晶體M1及M2控制。電晶體M1為在Vscan將M1開啟時自Vdata線接收電壓且將關於Vdata之電壓Vg傳遞至儲存電容器Cs之閘極電晶體。此偏壓電壓Vg反過來控制連接作為源跟隨器之第二電晶體M2以產生源自電壓Vdd的電流。經由LED裝置之電流位準因此可藉由此電路定址以允許用於像素之灰度亮度位準。
LED裝置1701具有藉由接點1702連接至主動矩陣TFT底板之陽極(藉由「+」表示)。亦具有藉由接點1704經由底板1703及電壓Vss連接之陰極(藉由「-」表示)。
由圖17A表示之電路之物理認識之一個實例展示於圖17B中。在此層壓顯示器結構1705中，具有TFT電路之TFT底板1706包含於層1707中。陽極接點1702將連接至區域接觸層1708。此層將具有接觸位於由範圍1710表示之區域內的釋放LED裝置1709之能力。由於佔據面積表示釋放LED裝置中心之可允許的位置，而範圍1710為總接合區域，因 此範圍1710係關於佔據面積範圍△XFP、△YFP但不與佔據面積範圍△XFP、△YFP同義。LED裝置1709展示位於偏離中心以展示如何將LED裝置任意定位於佔據面積內可仍允許頂部及底部接觸。使用Vss底板1712及區域接觸層1713上之共同接點1711製得陰極接點1704。
區域接觸層1708及1713必須具有使LED裝置陽極及陰極可靠地接觸下方Vss及TFT底板接點但大致抵抗接觸(短路)Vss及TFT底板接點之能力。圖18展示可如何藉由使用用於區域接觸層1708及1713之浸漬有導電粒子的特定材料來實現此能力。
圖18展示可如何使用諸如圖17中所描繪之材料1708及1713之區域接觸材料來選擇性地接觸LED裝置之一實例。圖18展示接觸作為總成1800之LED裝置之兩個板。存在具有接觸表面1802之頂板1801及具有接觸表面1804之底板1803。需要將每一接觸表面電連接至具有頂部接觸表面1806及底部接觸表面1807之LED裝置1805。區域接觸材料1808及1809為可隨諸如溫度、壓力等等之外部特性變化而改變其電導率之材料。僅作為一實例，假定LED裝置1805已釋放至底部區域接觸材料1809上。當使用接合或層壓製程將頂板1801固定至底板1803上時，區域接觸材料之特性自不導電狀態改變為導電狀態(LED裝置1805上方及下方之區1810及1811)。此作用將以一般且可製造方式完成用於LED之電路同時確保接點1802及1803仍然處於高阻抗狀態。
適合之區域接觸材料之一個實例為可藉由溫度及壓力自不導電改變為導電狀態之各向異性導電膜(ACF)。材料由浸漬有金屬粒子之熱固性樹脂形成。圖19展示可如何使用此材料實現接觸圖案。實例將裝置描繪為印刷電路板接觸應用，然而，材料可經調適以執行於圖18中所描述之應用中。ACF材料之製造商包括Dexerials Corporation及Hitachi Chemicals Co.,Ltd，兩者均來自Tokyo,Japan。可能需要特定調配物以改良經由ACF材料之LED裝置發光。舉例而言，導電粒子可包含透明導電氧化物粒子，諸如清澈黏合劑中之ITO粒子。當然，可存在其他材料、變化、修改及替代例。
可在具有非零佔據面積範圍之BAR質量傳遞製程中使用橫向LED裝置結構代替豎直LED裝置結構。一種方式將製備橫向裝置以在豎直方向上具有接觸柱。在傳遞後層壓/密封步驟期間將發生單獨接觸，其中裝置經按壓於多層接觸區域內。一個端子將接觸較深位準而另一個將單獨地接觸較淺接觸位準。
以上實例大體描述目標基板為顯示器底板之情況，但此並非必需的。目標基板可為可充當用於釋放LED裝置之接收面的任何適合的表面。目標基板可轉而變為LED托架用於捲軸式或其他列印工具，該工具可捕獲配置於目標基板上之LED裝置且將該等LED裝置列印至最終表面上。在任一情況下，BAR質量傳遞工具之目的持續為快速並高效地執行源基板至目標基板之間的面積密度轉化。
LED裝置之光輸出可取決於特定實施例而使用反射材料或透明導電電極來在任一者或兩者方向(向上或向下)上。
BAR質量傳遞方法之先前實例涉及源基板LED裝置間距至不同目標基板像素間距之面積密度轉化，但此並非必需的。1：1之面積密度轉化亦可用於諸如用於擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)之微型顯示器及微型投影儀之應用。在1：1面積密度轉化中，每一像素將在掃描製程期間釋放。採用15um LED裝置間距及500KHz雷射重複率之實例，掃描速度仍為7,500mm/sec，然而，所有脈衝經選定用於釋放製程。KGD檔案資訊在執行期間不太重要但仍可用於避免分離含有缺陷LED裝置之LED裝置陣列。
可在層壓或其他密封製程之前使用光學、電子及電光檢測及測試方法以測試BAR質量傳遞後之釋放製程之完整性及釋放LED裝置之功能性。亦可基於檢測及測試結果嘗試返工。
雖然上文係對特定實施例之完整描述，但可使用各種修改、替代構造及等效物。儘管已使用選定步驟序列描述上述內容，但可使用所描述步驟之任何要素之任何組合以及其他步驟。另外，可取決於實施例來組合及/或消除某些步驟。此外，儘管描述及實例係有關於平坦表面上之GaN LED裝置，但可使用BAR質量傳遞方法在傳遞含有光子發射裝置之任何平坦或彎曲表面。舉例而言，可使用本發明質量傳遞豎直腔面發射雷射(VCSEL)、有機LED(OLED)、矽光子裝置及其他表面發射裝置。另外，在另一實例中，亦可使用II-VI族半導體材料及相關聯裝置。儘管上文針對發光裝置質量傳遞應用進行描述，但BAR質量傳遞設備及方法亦可用於傳遞其他裝置，諸如感測器、MEMS及其他微電子或光電裝置。舉例而言，根據本發明之實施例，加速計、位置感測器、磁性及電容性感測器及光學檢測器可提供於源基板上用於釋放至目標基板上。當然，可存在其他變化、修改及替代例。因此，以上描述及說明不應被視為限制由隨附申請專利範圍定義之本發明之範疇。

Claims (21)

  1. 一種用於將安置於一源基板上的複數個發光裝置結構傳遞至一目標基板的設備，該等發光裝置結構具有可自一表面存取的一第一接觸層及包括於該發光裝置結構上的一第二接觸層，該發光裝置結構能夠藉由一釋放製程釋放且係選自一豎直發光裝置結構或一橫向發光裝置結構，該設備包含：一電腦裝置，其能夠讀取並更新含有關於能夠經釋放的該等可利用發光裝置的資訊的一良裸晶粒(KGD)電腦檔案且可控制該掃描裝置、源及目標基板相對運動及雷射源控制；一雷射源，其能夠發射足以經由一釋放製程將該等發光裝置與該源基板分離的光脈衝；一掃描裝置，其能夠將該雷射光導入於位於該源基板之至少一部分上的一掃描區域內；一豎直運動及控制裝置，其將含有該等發光裝置結構的該源基板之至少一部分緊靠著具有一插入界面區的該目標基板之至少一部分定位；一支撐及運動系統，其能夠使該源基板相對於該目標基板移動；其中一光束可定址釋放製程使得複數個發光裝置經釋放且固定至該目標基板上的預定位置。
  2. 如請求項1所述之設備，其中將該等發光裝置結構安裝至具有被稱作釋放層的中間層的該源基板上。
  3. 如請求項2所述之設備，其中該釋放層為ITO且該雷射源為355nm、532nm或1064nm的被動模式鎖定雷射。
  4. 如請求項1所述之設備，其中該界面區為間隙介質。
  5. 如請求項4所述之設備，其中該間隙介質包含氣體或真空。
  6. 如請求項4所述之設備，其中該間隙介質包含一液體。
  7. 如請求項1所述之設備，其中該KGD電腦檔案更新具有該每一預先釋放的發光裝置之位置。
  8. 如請求項1所述之設備，其中將該掃描裝置索引至用於額外發光裝置釋放製程之新目標區域。
  9. 如請求項1所述之設備，其中該源基板與該目標基板之間的緊密接近為實際接觸。
  10. 一種製造一光學裝置之方法，該方法包含：提供一發光二極體結構、複數個發光裝置結構，其經安置於一源基板上用於傳遞至一目標基板，該等發光裝置結構具有可自一表面存取的一第一接觸層及包括於該發光裝置結構上的一第二接觸層，該等發光裝置結構能夠藉由一釋放製程釋放且係選自一豎直發光裝置結構或一橫向發光裝置結構；使用導入該釋放製程的一電腦裝置來讀取及更新含有關於能夠釋放的該等可用的發光裝置的資訊的一良裸晶粒(KGD)電腦檔案；使用一雷射源以發射足以經由一釋放製程將該等發光裝置與該源基板分離的光脈衝；將該雷射光導入於位於該源基板之至少一部分上的一掃描區域內以定址用於釋放的單獨發光裝置；將含有該等發光裝置結構的該源基板之至少一部分緊靠著具有一插入界面區的該目標基板之至少一部分定位；使該源基板相對於該目標基板移動；釋放複數個發光裝置以將其貼附至該目標基板上的預定位置。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該複數個發光裝置中之每一者具有10微 米乘10微米之大小。
  12. 如請求項10所述之方法，其中雷射光具有大於該複數個發光裝置中之每一者之大小的一光斑大小，該雷射裝置具有選擇性地釋放該複數個發光裝置中之每一者之一輪廓。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該雷射脈衝重複率在100千赫茲與8兆赫茲之間。
  14. 如請求項10所述之方法，其中該雷射光經導引穿過該源基板之一背側朝向該複數個發光裝置中之每一者之一中心區。
  15. 如請求項10所述之方法，其中將該等釋放的複數個發光裝置中之每一者傳遞至該目標基板。
  16. 如請求項10所述之方法，其中該目標基板具有可允許空間位置用於該等發光裝置中之每一者的一預定圖案。
  17. 如請求項16所述之方法，其中該預定圖案用於一陣列或其他空間組態。
  18. 如請求項16所述之方法，其中該等空間位置中之每一者為一佔據面積。
  19. 如請求項10所述之方法，其中該目標基板包含複數個為KGD的發光裝置。
  20. 如請求項10所述之方法，其中該等發光裝置中之每一者包含一含有鎵之材料。
  21. 一種製造一電子裝置之方法，該方法包含：提供複數個感測器裝置結構，其安置於一源基板上用於傳遞至一目標基板，該等感測器裝置結構具有可自一表面存取的一第一接觸層及包括於該感測器裝置結構上的至少一第二接觸層，該感測器裝置結構能夠藉由一釋放製程釋放；使用導入該釋放製程的一電腦裝置來讀取及更新含有關於能夠釋放的 該等可用的感測器裝置的資訊的一良裸晶粒(KGD)電腦檔案；使用一雷射源以發射足以經由一釋放製程將該等感測器裝置與該源基板分離的光脈衝；將該雷射光導入於位於該源基板之至少一部分上的一掃描區域內以定址用於釋放的單獨感測器裝置；將含有該等感測器裝置結構的該源基板之至少一部分緊靠著具有一插入界面區的該目標基板之至少一部分定位；使該源基板相對於該目標基板移動；釋放複數個感測器裝置以將其貼附至該目標基板上的預定位置。
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