TW202312513A - 用於轉移發光二極體的裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於轉移發光二極體(LED)之裝置，其包含：背襯板，其用於支撐背板；密封部件，其圍繞該背板之周邊形成於該背襯板上；透明面板，其形成於該密封部件上，使得於該背襯板與該透明面板之間形成空間；及真空源，其用於對該空間抽吸真空。

Description

用於轉移發光二極體的裝置及方法
本發明之實施例一般係針對一種用於轉移發光二極體(LED)之裝置及一種轉移LED之方法，該方法包含對空間抽吸真空，使得透明面板將複數個LED試樣壓向背板。
發光二極體(LED)用於電子顯示器中，諸如膝上型電腦或LED電視中之液晶顯示器。然而，以高良率將LED安裝至背板(例如顯示器背板)具有挑戰性。
根據本發明之一態樣，一種用於轉移發光二極體(LED)之裝置包含：背襯板，其經組態以支撐背板；密封部件，其圍繞該背板之周邊位置定位於該背襯板上；透明面板，其位於該密封部件上，使得於該背襯板與該透明面板之間形成空間；真空源，其經組態以對該空間抽吸真空；及雷射輻射源，其經組態以導引雷射輻射通過該透明面板以照射該空間中該背板上之LED試樣。
根據本發明之又一態樣，一種轉移發光二極體(LED)之方法包含：將背板放置於背襯板上，其中密封部件圍繞該背板之周邊定位；將複數個第一LED試樣放置於該背板上；將透明面板放置於該密封部件上及該複數個第一LED試樣上方，使得於該背襯板與該透明面板之間形成空間；對該空間抽吸真空，使得該透明面板將該複數個第一LED試樣壓向該背板；及導引雷射輻射通過該透明面板以照射位於該背板上之該複數個第一LED試樣。
本發明之實施例係針對一種用於轉移LED之裝置及方法，其各種態樣如下文所描述。在所有圖式中，相同元件由相同元件符號描述。除非另有明確說明，否則具有相同元件符號之元件被認為具有相同材料組合物。圖式未按比例繪製。一元件之多個例項可在繪示元件之單一例項時重複，除非另有明確描述或清楚指示元件不重複。諸如「第一」、「第二」及「第三」之序數僅用於識別類似元件，且不同序數可用於本發明之整個說明書及申請專利範圍中。
LED可為其中p側及n側接點位於結構之對置側上之垂直結構(例如垂直LED)或其中p側及n側接點位於結構之相同側上之橫向結構。在本發明之實施例中，提供一種用於將LED (例如LED陣列)從生長基板轉移至目標基板(諸如背板)之方法。在繪示性實例中，目標基板可為背板，諸如用於驅動LED之主動或被動矩陣背板基板。如本文中所使用，「背板」係指經組態以在其上附裝多個LED之任何基板。
LED可包含不同「類型」，諸如發射紅光之紅色LED、發射綠光之綠色LED及發射藍光之藍色LED。相同類型之LED可製造於各自生長基板(例如初始生長基板)上。特定言之，LED可在經處理以在其上或其中形成各種電子裝置(包含LED、感測器裝置(例如光偵測器)等等)之生長基板上製造為一陣列。LED可例如為垂直LED、橫向LED或其等之任何組合。
參考圖1，繪示含有包含LED 10之晶粒之生長基板8之LED試樣(例如第一源試樣) 1。生長基板8可在周邊處包含其中不形成LED 10之邊緣排除區域300。生長基板8可包含配置成第一陣列100之相同類型之LED (例如紅色LED、綠色LED、藍色LED等等)。即，LED 10可包含相同類型LED之多個例項，其可為例如發射相同峰值波長光之發光二極體。
第一陣列100沿各自主方向(即，第一陣列100之主方向)具有主方向節距Px1且沿各自次方向(即，第一陣列100之次方向)具有次方向節距Py1。如本文中所使用，一陣列之主方向及次方向係指陣列之單位單元沿其重複之兩個方向。在矩形陣列中，主方向及次方向可彼此垂直且指稱x方向及y方向。
生長背板8上之LED 10可轉移至具有組態成第二陣列之接合位點之一或多個背板。預定轉移模式及預定轉移序列可用於轉移LED 10。從不同生長基板轉移之不同類型之LED (例如綠色LED及藍色LED)可與LED 10 (例如紅色LED)一起用於提供功能性直視LED總成。
圖2繪示根據一些實施例之LED試樣1之橫截面圖。如圖2中所繪示，LED試樣1包含生長基板8及位於生長基板8上之複數個LED 10A、10B、10C。生長基板8可為其上可生長LED層之任何適合基板，諸如其上可生長LED半導體層之單晶基板。例如，生長基板8可包含藍寶石基板。
LED 10A、10B、10C可包含緩衝層11及第一導電型半導體層12。緩衝層11可包含非晶III至V族化合物半導體層，其包含鎵及氮。第一導電型半導體層12可包含結晶III至V族化合物半導體材料層，其鎵及氮。例如，緩衝層11可包含非晶氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化鋁鎵(AlGaN)或氮化鋁銦鎵(AlInGaN)，而第一導電型半導體層12可包含單晶或多晶GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。第一導電型半導體層12可具有第一類型之導電性，其可為n型或p型。例如，第一導電型半導體層12可包含n型半導體層。緩衝層11可未摻雜或亦可具有第一導電類型。
緩衝層11位於第一導電型半導體層12與生長基板8之間。緩衝層11可具有相同於第一導電型半導體層12之材料組合物。
例如，在一個實施例中，緩衝層11及第一導電型半導體層12兩者可包括氮化鎵。在此情況中，緩衝層11可在結晶氮化鎵第一導電型半導體層12初始沈積於生長基板8上期間形成，在此實施例中，生長基板8可為圖案化藍寶石基板(PSS)。即，緩衝層11可隨著氮化鎵生長條件從非晶轉變至結晶氮化鎵層生長而形成。緩衝層11之厚度可在從100 nm至400 nm之範圍內，諸如150 nm至300 nm，但亦可採用更小及更大厚度。第一導電型半導體層12之厚度可從500 nm至5微米，諸如1微米至3微米，但亦可採用更小及更大厚度。
主動層13可形成於第一導電型半導體層12上方。在一個實施例中，主動層13可包括選自GaN、InGaN、AlGaN及/或AlInGaN之至少一個塊狀、準塊狀或量子井層。例如，主動層13可包括各自GaN及/或AlGaN障壁層之間的一或多個InGaN量子井層之堆疊。一般而言，本技術中已知之任何發光層堆疊可用於主動層13。
第二導電型半導體層14可形成於主動層13上方。第二導電型半導體層14可具有第二導電類型之摻雜。第二導電類型與第一導電類型相反。若第一導電類型係n型，則第二導電類型係p型，反之亦然。在一個實施例中，第一導電類型係n型，且第二導電類型係p型。各第二導電型半導體層14可包括結晶(例如單晶或多晶) GaN、InGaN、AlGaN及/或AlInGaN層。因此，主動層13位於第一導電型半導體層12與第二導電型半導體層14之間。
接觸級材料層15可形成於第二導電型半導體層14上方。接觸級材料層15可包含用作電極(例如p型側電極)之至少一個導電層。接觸級材料層15可包含一層堆疊，其從上至下包含透明導電氧化物層、反射器層及/或接合墊材料層。透明導電氧化物層可包含透明導電氧化物材料，諸如氧化銦錫或摻鋁之氧化鋅。反射器層可包含金、銀及/或鋁。接合墊材料層可包含可用作接合墊之金屬材料，諸如金、銅、鎳、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、具有比隨後採用之焊接材料更高之熔點之另一金屬、其合金及/或其層堆疊。
各LED 10A、10B、10C內第二導電型半導體層14、主動層13及選用第一導電型半導體層12之堆疊可採用各種圖案化方法來圖案化以在相鄰LED 10A、10B、10C之間形成凹槽19。介電基質層16可形成於第一LED 10A、10B、10C之間。凹槽19界定各LED 10A、10B、10C之區域。具體而言，上覆於生長基板8且由一組凹槽19橫向圍封之各組連續圖案化材料層可構成LED 10A、10B、10C。在一個實施例中，凹槽19可形成為晶格圖案以提供LED陣列，LED陣列可為週期性LED陣列。LED 10A、10B、10C可發射第一峰值波長處之光，諸如具有藍光光譜範圍內之第一峰值波長之藍光。
儘管圖2繪示包含LED 10A、10B、10C之LED試樣1之特定實施例，但本發明之實施例可用於採用任何組態之LED 10A、10B、10C，只要用於附接接合材料部分之結構可設置於背向生長基板8之LED 10A、10B、10C之側上。
圖3繪示根據一些實施例之在準備將LED 10A、10B、10C從LED試樣1轉移至背板32時LED試樣1之配置。如圖3中所繪示，二極體側接合材料部分17可形成於各LED 10A、10B、10C中之接觸級材料層15上。在一個實施例中，二極體側接合材料部分17可為焊接材料部分，諸如純錫或錫及銦之合金。
背板32可為基板38之單一大面板版本或經配置以適合大面板之空間之若干基板38及形成於基板38之前側表面上之金屬互連層325。在一個實施例中，基板38可包含塑膠(例如聚合物)基板、玻璃基板或矽基板。背板32亦可具有大尺寸(例如8代或更高)。在一個實施例中，金屬互連層325可包含複數個金屬互連結構，其等位於基板38之表面上及/或嵌入於至少一個絕緣材料中且在接合至背板32上之LED與背板32之輸入/輸出接針之間提供電連接。
接合墊34可形成於背板32之表面(例如基板38之表面)上，其上覆於金屬互連層325。在一個實施例中，接合墊34可配置為二維週期性陣列或一維週期性陣列。接合墊34可包含接合墊材料，諸如金、銅、鎳、鈦、氮化鈦、鎢、氮化鎢、具有比隨後採用之焊接材料更高之熔點之另一金屬、其合金及/或其層堆疊。
背板側接合材料部分37可形成於接合墊34上。在一個實施例中，背板側接合材料部分37可為焊接材料部分，諸如純錫或錫及銦之合金。LED試樣1及背板32可經對準使得一對之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37在接合墊34之週期性陣列之每個晶格點處面向彼此。
圖4A繪示根據一些實施例之可用於將LED 10A、10B、10C從LED試樣1轉移至背板32之裝置400。在下文中，方法可具體關於LED 10A描述，然而，LED 10B及10C可根據相同方法循序轉移至相同背板32。
裝置400可包含：背襯板410，其用於支撐背板32；密封部件420，其圍繞背板32之周邊形成於背襯板410上；透明面板430，其放置於密封部件420上，使得空間 S形成於背襯板410與透明面板430之間；及真空源440，其用於對空間 S抽吸真空。
裝置400亦可包含雷射輻射源(即，雷射)450，其導引雷射輻射 L通過透明面板430以照射形成於空間S中之背板32上之LED試樣1。在一個實施例中，雷射輻射源450可發射雷射輻射 L，其照射LED 10A之緩衝層11以執行LED 10A之部分雷射剝離程序。
將LED轉移至背板32之程序可例如在室溫執行，且可藉由將背板32放置於真空層壓機445中之背襯板410 (例如非柔性、剛性背襯板)上及接著將複數個LED試樣1放置於背板32上來開始。LED試樣1可包含例如微型LED試樣，其等各包含基板(例如生長基板)及形成於基板上且將從基板轉移至背板32之複數個微型LED。微型LED可具有一大小，其例如遠小於約100微米且可小至1微米至20微米，例如2微米至10微米。然而，亦可轉移較大LED或單片LED陣列。
複數個LED試樣1可在背板32上配置成一陣列，使得形成於LED 10A、10B、10C上之二極體側接合材料部分17與接合墊34上之背板側接合材料部分37對準，接合墊34在背板32上配置成一陣列，例如圖3中所展示。特定言之，LED試樣1可「平鋪」於背板32上以實質上覆蓋整個背板32。LED試樣1之對準可例如藉由判定LED試樣1之精確位置之光學感測器(未展示)及將LED試樣1定位至精確位置中之機械臂(未展示)來執行。
接著，透明面板430可放置於複數個LED試樣1及密封部件420上方，使得空間 S形成於背襯板410與透明面板430之間。接著，真空源440可對空間S抽吸真空，且對空間抽吸之真空可將透明面板430吸向背板32以引起透明面板430將LED試樣1壓向背板32。特定言之，透明面板壓在複數個LED試樣上之壓力可實質上均勻作用於複數個LED試樣上。
在一些實施例中，背襯板410可包含例如由金屬或剛性聚合物材料製成之剛性背襯板。背襯板410可包含真空層壓機背襯板且可包含一或多個狹縫411 (例如通孔、通道等等)用於允許真空源440接取空間 S且允許真空源440透過狹縫411在空間 S中抽吸真空。替代地，真空可透過或相鄰於背襯板410之橫向側外加或替代透過狹縫411來抽吸。背襯板410亦必須具有一大尺寸(例如面積)來足夠容納大尺寸之背板32 (例如8代或更高)且容納可圍繞背板32之周邊形成之密封部件420。
密封部件420可為周邊填隙片框架，其可消除邊緣效應且提供與透明面板430之良好密封。在一些實施例中，密封部件420可包含O環型或墊片型密封部件，其可組態為接近背板32之形狀之矩形形狀。密封部件420可圍繞背板32之周邊連續形成，使得密封部件420與背板32之周邊之間的間隙(例如，在圖4A之X方向上)不超過約2厘米。密封部件420可例如由聚合物材料形成，例如聚胺基甲酸酯、聚矽氧、氯丁橡膠、丁腈橡膠、碳氟化合物、聚四氟乙烯(PTFE)或乙烯-丙烯二烯單體(EPDM)橡膠。密封部件420之厚度(例如，在圖4A之Z方向上)應實質上相同於背板32與LED試樣1之厚度和。若密封部件420之厚度太小，則透明面板430可能靠在LED試樣1上且不接觸密封部件420，使得圍繞空間 S無法形成密封。然而，若密封部件430之厚度太大，則透明面板430與背板32之間的距離可能太大以致不允許透明面板430在真空下將LED試樣1推向背板32。因此，當背板與LED試樣之厚度和給定為T b時，密封部件420之厚度T s可在0.9Tb≤T s≤1.1T b之範圍內。
透明面板430可為柔性(例如柔韌或可彎曲)透明面板，其可足夠大(例如，具有足夠大面積)以圍繞背板32之整個周邊覆蓋密封部件420。換言之，透明面板430可具有比背襯板410更低之勁度(即，更低剛度及更低楊氏模數)。透明面板430亦可具有足夠透明度以不干擾導引通過透明面板430而至空間 S中之LED試樣1之雷射輻射 L。在一個實施例中，透明面板430可具有不大於幾毫米之厚度(例如，小於約5毫米，諸如0.1 mm至2 mm，例如0.5 mm至1 mm)。若厚度太大，則來自源450之雷射輻射之焦點在隨後雷射照射步驟期間可能太遠離LED試樣1上之工作表面。透明面板430可由諸如硼矽酸鹽玻璃之玻璃形成，但可使用其他玻璃，只要其對由雷射輻射源450發射之雷射輻射透明。
真空源440可包含真空層壓機445、用於抽吸真空之真空泵442及將真空泵442連接至真空層壓機445上之一或多個真空口之管道444。真空泵442能夠在空間S中抽吸足夠真空，使得透明面板430擠壓LED試樣1之壓力可容易且非常準確地控制至一直高達大氣壓14.7 psi之任何壓力範圍，且實質上均勻施加於整個透明面板430上。
雷射輻射源450可包含一或多種類型之雷射用於以不同波長及功率產生雷射輻射 L。雷射輻射源450可經組態以在背襯板410定位於垂直方向上(例如，在圖4A之X方向上)時執行原位雷射剝離(LLO)及雷射掃描(LS)光柵(例如，在圖4A之Y方向上)。特定言之，雷射輻射源450可產生脫離雷射束LD用於使LED 10在部分雷射剝離程序中脫離LED試樣1。脫離雷射束LD可具有紫外波長或可見光範圍內之波長。在一些實施例中，雷射輻射源450可包含具有248 nm或193 nm波長之準分子(UV)雷射用於產生脫離雷射束LD。雷射輻射源450亦可在接合雷射照射程序期間產生雷射束LB (例如紅外雷射束)。在一些實施例中，雷射輻射源450可包含CO 2雷射用於產生具有9.4微米或10.6微米波長之雷射束LB (例如紅外雷射束)。因此，雷射輻射源450可包含兩個或更多個不同雷射。
圖4B繪示根據一些實施例之在藉由真空源440在空間 S上抽引真空之後裝置400之側視圖。如圖4B中所繪示，透明面板430可為柔韌的，使得其在由真空源440在由密封部件420密封之空間 S中抽吸之真空下向下撓曲(例如，在圖4B中之Z方向上)。由透明面板430施加於LED試樣1上之向下壓力量可藉由調節由真空源440抽吸之真空量來調節，且因此可藉由供應至真空泵442之電流量來調節。即，向下壓力可藉由增加由真空源440抽吸之真空來增大，及可藉由減少由真空源440抽吸之真空來減小。在一些實施例中，由透明面板430施加於LED試樣1上之向下壓力可為10 psi至15 psi，且可實質上均勻施加於整個透明面板430上。
圖5繪示根據一些實施例之用於轉移LED之裝置450之側視圖。如圖5中所繪示，裝置450可包含圖4A至圖4B中裝置400之特徵，只是真空源440可不同。在裝置450中，真空源440可包含可形成於背襯板410、密封部件420及透明面板430上方之真空袋446。真空袋446可由塑膠或對從雷射輻射源450發射之雷射輻射 L透明且不受雷射輻射 L影響之另一材料製成。真空袋446亦可包含可連接真空管道444之一或多個端口446a。在操作中，真空源440可藉由對真空袋446抽吸真空來空間 S抽吸真空，其結果實質上相同於由圖4B中所繪示之裝置400提供之結果。即，真空引起透明面板430將向下壓力施加於LED試樣1上，且該向下壓力可為10 psi至15 psi且實質上均勻施加於整個透明面板430上。
在一些實施例中，裝置400及裝置450可在非常大面積面板(諸如8代大小及以上(例如20英寸對角線或更大))上提供均勻夾緊壓力用於微型LED批量轉移，且可與多轉移試樣設計(例如不同色彩LED試樣)同樣地良好工作。特定言之，裝置400及裝置450可減小高度分佈差且使中性應力點向上移位，使得間隙及應力分佈跨整個微型LED陣列且從一個程序步驟至下一程序步驟保持在可接受範圍內。因此，背板及/或LED試樣中之固有微米大小範圍波紋度(例如，歸因於表面粗糙度或翹曲)可藉由裝置跨整個背板區域施加之均勻壓力來減小或消除。此提高接合品質及準確度且提高顯示器件良率，因為相對於背板之不均勻試樣高度妨礙批量LED轉移且降低顯示器件良率。
在裝置400中，轉移LED之方法可開始於將背板32 (例如顯示背板)放置於真空層壓機445中之背襯板410 (例如剛性背襯板)上，而在裝置450中，方法可開始於將背板32 (例如顯示背板)放置於真空袋446中之背襯板410 (例如剛性背襯板)上。LED試樣可放置(例如，平鋪)於背板32 (例如顯示面板、TV面板等等)上，直至其覆蓋整個背板32。密封部件420 (例如填隙片框架)可圍繞背板32之周邊放置以消除邊緣效應且提供良好密封。接著，透明面板430 (例如蓋玻片)可放置於LED試樣1之頂部上以形成由密封部件420密封之空間 S。接著，真空源440可用於在空間 S中抽吸真空，直至達到期望真空(例如壓力)位準。此等程序步驟可對含有不同色彩LED之LED試樣1重複。
再次參考圖式，圖6A至圖6F繪示根據一些實施例之將LED 10A從LED試樣1轉移至背板32之方法。如上文所提及，相同方法亦可用於將LED 10B及10C轉移至背板32。方法可藉由使用上述裝置400或裝置450來實施。如圖6A中所繪示，根據一些實施例，背板32可放置於背襯板410上，LED試樣1可放置於背板32上，且透明面板430可放置於LED試樣1上。LED試樣1之LED 10A、10B、10C可與背板32接觸，使得各面向對之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37彼此接觸。二極體側接合材料部分17之各者可具有與各自下伏背板側接合材料部分37之面積重疊。在一個實施例中，重疊面積可為二極體側接合材料部分17之面積之至少70%，諸如超過80%及/或超過90%。在一個實施例中，各二極體側接合材料部分17之幾何中心可上覆於下伏背板側接合材料部分37之幾何中心。
一般而言，至少一個接合材料部分(17、37)可安置於接合墊34之各自者及LED 10A、10B、10C之各自者之各垂直相鄰對之間。在一個實施例中，一對之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37可設置於接合墊34之各自者及LED 10A、10B、10C之各自者之各垂直相鄰對之間。在一個實施例中，可省略二極體側接合材料部分17。在另一實施例中，可省略背板側接合材料部分37。
在一個實施例中，焊接助熔劑35可施加於背板32與LED 10A、10B、10C之間，使得焊接助熔劑35橫向包圍各接合材料部分(17、37)。焊接助熔劑35可為與氧化錫反應以留下金屬錫接合材料部分(17、37)之任何適合液體助熔劑。
如同圖6A，當LED試樣1形成於背板32上時，真空源440可經結合以引起透明面板430將第一壓力(例如第一量之向下壓力(例如向下力))施加於LED試樣1以使LED試樣1不橫向滑移地保持於背板32上之適當位置中。特定言之，當向下力由透明面板430沿垂直方向施加於LED試樣1、接合材料部分(17、37)及背板32時，背板32及LED試樣1可保持於適當位置中。向下力之量值可經選擇使得接合材料部分(17、37)不以顯著方式變形，即，接合材料部分(17、37)使形狀維持為在夾緊之前且不使各自接合材料部分17及37彼此接合時提供之形狀。在繪示性實例中，若在4平方米大小之背板32與平鋪式LED試樣1之間存在2,000,000對之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37，則由透明面板430施加之向下力之量值可在從250 N至400 N之範圍內或每LED約0.1 mN至約0.2 mN。
參考圖6B，可執行循序雷射照射程序以用從雷射輻射源450發射之脫離雷射束LD照射將轉移至背板32之LED 10A之緩衝層11。脫離雷射束LD可執行用於部分剝離LED 10A且在本文中指稱脫離雷射照射程序之部分雷射剝離程序。LED 10A、10B、10C之各緩衝層11可逐一用脫離雷射束LD循序照射。脫離雷射束LD之橫向尺寸(諸如直徑)可大致相同於LED 10A、10B、10C之橫向尺寸。因此，各緩衝層11可被個別照射且不引起相鄰緩衝層11顯著組成變化。
脫離雷射束LD可具有紫外波長或可見光範圍內之波長，且可由含有經照射緩衝層11之III至V族化合物半導體材料之鎵及氮吸收。在不希望受特定理論束縛之情況下，可認為將脫離雷射束LD照射至緩衝層11上蒸發氮原子且不蒸發或極少蒸發鎵原子。因此，照射降低剩餘材料中氮之原子百分比。LED試樣1及背板32可藉由透明面板430在此步驟期間及此步驟之後施加於LED試樣1上之壓力來保持於適當位置中。
在一個實施例中且在不受特定理論束縛之情況下，可認為LED 10A之經照射緩衝層11可轉換為富鎵滴111。富鎵滴111可由純富鎵液滴組成或可包含含有原子濃度大於55% (諸如60%至99%)之鎵之鎵及氮之合金。
如圖6C中所展示，若LED試樣1溫度維持低於鎵或其合金之熔融溫度(例如29.76°C)，則富鎵液滴111可在照射之後凝固成固態富鎵材料部分(例如純鎵或富鎵合金粒子或區域) 211。在一個實施例中，富鎵材料部分211可包含原子濃度大於55% (諸如60%至100%)之鎵原子。富鎵材料部分211可具有在從5 nm至100 nm (諸如從10 nm至50 nm)之範圍內之平均厚度，但亦可採用更小及更大厚度。富鎵材料部分211可包括連續材料層，或可包括球形材料部分之叢集。LED試樣1上未用雷射束LD照射之LED 10B、10C之緩衝層11保持為緩衝層11，諸如具有約50原子%鎵且因此具有比富鎵材料部分211更高之熔點之氮化鎵緩衝層。
由於各相鄰對內之背板側接合材料部分37及二極體側接合材料部分17僅在雷射照射期間彼此接觸且不彼此接合，因此來自雷射照射之機械衝擊不傳輸至可包含相對脆弱聚合物之背板32。因此，上文關於圖6B及圖6C所描述之部分雷射剝離(其形成富鎵材料部分211)可對背板32及背板32上之導電元件(34、325)造成很少或沒有損壞。此外，部分雷射剝離程序防止在後續處理步驟中損壞重新凝固之接合材料部分，因為接合回焊發生於部分雷射剝離之後。
參考圖6D，背板32及LED試樣1可藉由更大力彼此擠壓以誘發接合材料部分(17、37)變形(即，精壓接合材料部分以弄平任何粗糙接合表面)。因此，各配合對之各自二極體側接合材料部分17及各自背板側接合材料部分37可在LED 10A之緩衝層11轉換為富鎵材料部分211之後以大於第一壓力之第二壓力彼此擠壓。如圖6D中所繪示，第二壓力可足以引起二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37變形。在繪示性實例中，若背板32與LED試樣1之間存在100,000對之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37，則由透明面板430施加之壓力之量值可在從500 N至1,000 N之範圍內。
參考圖6E，可執行局部雷射照射程序以誘發LED 10A下方之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之配合對回焊及接合。雷射照射誘發LED 10A接合至背板32，且在本文中指稱接合雷射照射程序。在接合雷射照射程序期間採用之雷射束LB可具有小於LED 10A中III至V族化合物半導體材料(例如含鎵及氮材料)之帶隙之光子能且因此可通過LED 10A。例如，在接合雷射照射程序期間採用之雷射束LB可為紅外雷射束，諸如具有9.4微米或10.6微米波長之二氧化碳雷射束。
連接至LED 10A之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之經照射對可加熱至二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之對之接合材料(其可為焊接材料)回焊之回焊溫度。在雷射束LB終止照射至二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之配合對上之後，回焊材料重新凝固以提供重新凝固之接合材料部分47。因此，重新凝固之接合材料部分47接合至接合墊34及LED 10A之接觸級材料層15。
因此，LED 10A可藉由局部雷射照射至各自下伏組之至少一個接合材料部分(17、37)上來接合至接合墊34之各自下伏者，各自下伏組之至少一個接合材料部分(17、37)經回焊及重新凝固以形成重新凝固之接合材料部分47。在用於轉移LED 10A之局部雷射照射期間，LED 10B、10C之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之配合對可以第二壓力彼此擠壓。因此，LED 10A可接合至背板32，且LED試樣1上之LED 10B、10C可保持不接合至背板32。富鎵材料部分211在生長基板8與第一導電型半導體層12之間提供弱黏著力。由於LED 10A藉由富鎵材料部分211保持於適當位置中，因此可使用比先前技術接合程序中更低之功率雷射束LB。此進一步減少損壞背板32。焊接助熔劑35可在用雷射束LB照射期間蒸發或可在此步驟之後流出。
參考圖6F，真空源440可停止對背板32與LED試樣1之間的空間 S抽吸真空，使得透明面板430停止將向下壓力施加於LED試樣1上。接著，背板32可加熱至高於富鎵材料部分211之熔融溫度但低於非晶緩衝層11之熔融溫度(例如，低於氮化鎵之熔融溫度)之溫度。例如，若富鎵材料部分211包括純鎵，則溫度可升高至至少30攝氏度(例如35攝氏度至50攝氏度)以將富鎵材料部分211熔融為富鎵滴111。此可允許LED 10A在施加或不施加機械力之情況下與生長基板8分離，而LED 10B、10C不受影響且保持固定至生長基板8。富鎵材料部分311 (諸如重新凝固之富鎵滴111或部分211之殘留物)可視情況位於第一導電型半導體層12之表面上。
相同方法可循序用於將LED 10B及10C轉移至背板32。具體而言，釋放真空且從裝置400或450移除含有第一色彩LED 10A之LED試樣1之剩餘部分(即，在提起透明面板430之後遠離背板32移動)，同時所接合LED 10A保持接合至背板。接著，將含有不同色彩LED 10B之不同LED試樣1放置於背板32上。再次抽吸真空且對LED 10B重複圖6A至圖6F之程序步驟。接著，對LED 10C重複相同步驟。
圖7繪示根據一些實施例之用於轉移LED之方法之流程圖。如圖7中所繪示，方法包含步驟610，其將背板放置於背襯板上且將複數個LED試樣放置於背板上。方法亦包含步驟620，其圍繞背板之周邊提供密封部件。密封部件420可永久附接至背襯板或其可在步驟610之前或步驟610之後放入至裝置中。方法亦包含步驟630，其將柔性透明面板放置於密封部件上及複數個LED試樣上方，使得於背襯板與透明面板之間形成空間。方法亦包含步驟640，其對空間抽吸真空，使得透明面板將複數個LED試樣壓向背板。在抽吸真空之後，透明面板朝向背板彎曲以將複數個LED試樣壓向背板。方法亦包含步驟650，其導引雷射輻射通過透明面板以照射位於背板上之複數個第一LED試樣。
儘管前文參考特定較佳實施例，但應瞭解，本發明不限於此。一般技術者將想到，可對所揭示實施例進行各種修改且此等修改意欲在本發明之範疇內。當本發明中繪示採用特定結構及/或組態之實施例時，應瞭解，本發明可使用功能等效之任何其他相容結構及/或組態來實踐，只要此等替代沒有明確禁止或一般技術者沒有認為是不可能的。
1:發光二極體(LED)試樣 8:生長基板 10:LED 10A:LED 10B:LED 10C:LED 11:緩衝層 12:第一導電型半導體層 13:主動層 14:第二導電型半導體層 15:接觸級材料層 16:介電基質層 17:二極體側接合材料部分 19:凹槽 32:背板 34:接合墊 35:焊接助熔劑 37:背板側接合材料部分 38:基板 47:重新凝固之接合材料部分 100:第一陣列 111:富鎵滴 211:富鎵材料部分 300:邊緣排除區域 311:富鎵材料部分 325:金屬互連層 400:裝置 410:背襯板 411:狹縫 420:密封部件 430:透明面板 440:真空源 442:真空泵 444:管道 445:真空層壓機 446:真空袋 446a:端口 450:雷射輻射源/裝置 610:步驟 620:步驟 630:步驟 640:步驟 650:步驟 L:雷射輻射 Px1:主方向節距 Py1:次方向節距 S:空間
圖1繪示根據一些實施例之含有包含LED 10之晶粒之生長基板8之LED試樣(例如第一源試樣) 1之俯視圖。
圖2繪示根據一些實施例之LED試樣1之側橫截面圖，
圖3繪示根據一些實施例之在準備將LED 10A、10B、10C從LED試樣1轉移至背板32時LED試樣1之配置之側橫截面圖。
圖4繪示根據一些實施例之可用於將LED 10A、10B、10C從LED試樣1轉移至背板32之裝置400之側橫截面圖。
圖4B繪示根據一些實施例之在藉由真空源440在空間 S上抽引真空之後裝置400之側橫截面圖。
圖5繪示根據一些實施例之用於轉移LED之裝置450之側橫截面圖。
圖6A繪示根據一些實施例之放置於背襯板410上之背板32、放置於背板32上之LED試樣1及放置於LED試樣1上之透明面板430之側橫截面圖。
圖6B繪示根據一些實施例之經執行以用脫離雷射束LD照射將轉移至背板32之LED 10A之緩衝層11之循序雷射照射程序之側橫截面圖。
圖6C繪示根據一些實施例之在照射之後凝固成固態富鎵材料部分(例如純鎵或富鎵合金粒子或區域) 211之富鎵液滴111之側橫截面圖。
圖6D繪示根據一些實施例之經彼此擠壓以誘發接合材料部分(17、37)變形之背板32及LED試樣1之側橫截面圖。
圖6E繪示根據一些實施例之經執行以誘發LED 10A下方之二極體側接合材料部分17及背板側接合材料部分37之配合對回焊及接合之局部雷射照射程序之側橫截面圖。
圖6F繪示根據一些實施例之真空源440停止在背板32與LED試樣1之間的空間 S上抽取真空使得透明面板430停止對LED試樣1施加向下壓力之側橫截面圖。
圖7繪示根據一些實施例之轉移LED之方法之流程圖。
1:發光二極體(LED)試樣
32:背板
400:裝置
410:背襯板
411:狹縫
420:密封部件
430:透明面板
440:真空源
442:真空泵
444:管道
445:真空層壓機
450:雷射輻射源
L:雷射輻射
S:空間

Claims (20)

  1. 一種用於轉移發光二極體(LED)之裝置，其包括： 背襯板，其經組態以支撐背板； 密封部件，其圍繞該背板之周邊位置定位於該背襯板上； 透明面板，其位於該密封部件上，使得於該背襯板與該透明面板之間形成空間； 真空源，其經組態以對該空間抽吸真空；及 雷射輻射源，其經組態以導引雷射輻射通過該透明面板以照射該空間中該背板上之LED試樣。
  2. 如請求項1之裝置，其進一步包括： 該背板，其位於該背襯板上；及 該LED試樣，其位於該背板上。
  3. 如請求項2之裝置，其中對該空間抽吸之真空將該透明面板吸向該背板引起該透明面板將該LED試樣壓向該背板。
  4. 如請求項2之裝置，其中該透明面板以小於或等於14.7 psi之壓力擠壓該LED試樣，該壓力實質上均勻施加於整個該透明面板上。
  5. 如請求項2之裝置，其進一步包括在該背板上依一陣列定位之複數個LED試樣，且該透明面板壓在該複數個LED試樣上之壓力實質上均勻作用於該複數個LED試樣上。
  6. 如請求項2之裝置，其中該LED試樣包括微型LED試樣，該微型LED試樣包括基板及形成於該基板上且將從該基板轉移至該背板之複數個微型LED。
  7. 如請求項1之裝置，其中該背襯板包括貫穿通道，且該真空源連接至該背襯板且經組態以透過該等貫穿通道對該空間抽吸真空。
  8. 如請求項1之裝置，其中該真空源進一步包括圍繞該背襯板、該密封部件及該透明面板形成之透明真空袋，且該真空源經組態以藉由該透明真空袋抽吸真空來對該空間抽吸真空。
  9. 如請求項1之裝置，其中該透明面板包括具有不大於約5 mm之厚度之玻璃面板。
  10. 如請求項9之裝置，其中該背襯板包括剛性背襯板且該透明面板包括具有比該背襯板更低之剛度之柔韌透明面板。
  11. 一種轉移發光二極體(LED)之方法，其包括： 將背板放置於背襯板上，其中密封部件圍繞該背板之周邊定位； 將複數個第一LED試樣放置於該背板上； 將透明面板放置於該密封部件上及該複數個第一LED試樣上方，使得於該背襯板與該透明面板之間形成空間； 對該空間抽吸真空，使得該透明面板將該複數個第一LED試樣壓向該背板；及 導引雷射輻射通過該透明面板以照射位於該背板上之該複數個第一LED試樣。
  12. 如請求項11之方法，其中該複數個第一LED試樣之各者包括基板及形成於該基板上之複數個LED。
  13. 如請求項12之方法，其中導引該雷射輻射之該步驟包括使用雷射剝離從該各自第一LED試樣之該基板至少部分剝離該等LED及使用雷射接合將該等至少部分剝離之LED接合至該背板。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括： 在導引雷射輻射之該步驟之後釋放真空； 從該背板移除該複數個第一LED試樣之剩餘部分，同時該等經接合LED保持接合至該背板； 將複數個第二LED試樣放置於該背板上； 將該透明面板放置於該密封部件上及該複數個第二LED試樣上方，使得於該背襯板與該透明面板之間形成該空間； 對該空間抽吸真空，使得該透明面板將該複數個第二LED試樣壓向該背板；及 導引雷射輻射通過該透明面板以照射位於該背板上之該複數個第二LED試樣。
  15. 如請求項11之方法，其中抽吸真空之該步驟包括使用該透明面板將小於或等於14.7 psi之壓力施加於該複數個第一LED試樣，且其中該壓力實質上均勻作用於整個該透明面板上。
  16. 如請求項11之方法，其中該背襯板包括貫穿通道，且抽吸真空之該步驟包括透過該等貫穿通道對該空間抽吸真空。
  17. 如請求項11之方法，其中抽吸真空之該步驟包括圍繞該背襯板、該密封部件及該透明面板放置透明真空袋及對該透明真空袋抽吸真空。
  18. 如請求項11之方法，其中該透明面板包括具有不大於約5 mm之厚度之玻璃面板。
  19. 如請求項18之方法，其中： 該背襯板包括剛性背襯板且該透明面板包括具有比該背襯板更低之剛度之柔韌透明面板；且 在抽吸真空之後，該透明面板朝向該背板彎曲以將該複數個第一LED試樣壓向該背板。
  20. 如請求項11之方法，其中該複數個第一LED試樣包括複數個微型LED試樣，該複數個微型LED試樣之各者包括基板及形成於該基板上之複數個微型LED。
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