TW202335140A - 用於微型發光二極體巨量轉移的流體組裝載體襯底系統 - Google Patents

用於微型發光二極體巨量轉移的流體組裝載體襯底系統 Download PDF

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Abstract

一種微型LED巨量轉移壓印系統，包括具有捕集位置陣列的印章基板，每個捕集位置設有柱狀凹槽，以臨時固定從微型LED底表面延伸的龍骨。對於表面貼裝微型LED，龍骨不導電。對於垂直微型LED，龍骨是導電的第二電極。壓印系統還包括具有阱陣列的流體組裝載體襯底，阱陣列具有分隔相鄰阱的間距，該間距與分隔捕獲位置的間距匹配。顯示基板包括與捕獲位置間距相同的微型LED連接墊陣列。印章基板的頂表面壓靠在顯示基板上，每個捕獲位置與相應的微型LED位置連接，然後微型LED被轉移。還提供了用於與具有龍骨或軸向微型LED一起使用的流體組裝印章基板。

Description

用於微型發光二極體巨量轉移的流體組裝載體襯底系統
本申請涉及微型發光二極體（micro-light emitting diode，micro-LED）顯示器領域，尤其涉及顯示器製造過程中微型發光二極體的巨量轉移系統及方法。
紅-綠-藍（RGB）顯示器由多個畫素組成，這些畫素發出三種波長的光，對應可見光中的紅光、綠光和藍光。這些畫素的RGB部分（每個部分被稱為子畫素）以系統化的方式進行通電，從而疊加以產生可見光譜中的顏色。不同的顯示器其生成RGB圖像的方式也不同。液晶顯示器（Liquid Crystal Displays，LCD）是習知最流行的技術，其藉由使用白色光源（通常為發出熒光的白色LED）照射子畫素上的彩色濾光片，從而產生RGB圖像。白光中包含的一部分波長的光被吸收，另一部分波長的光則藉由彩色濾光片透射。因此，一台LCD顯示器的效率可能低於4%，並且其對比度受到從液晶單元格（cell）中漏出的光的限制。有機發光二極體（Organic Light Emitting Diode，OLED）顯示器藉由激發每一子畫素中的有機發光材料從而直接發射出相應波長的光，進而產生RGB光線。OLED畫素為直接發光，因此顯示器的對比度較高，但是有機材料會隨時間發生劣化，從而導致圖像老化。
第三種也即本申請涉及的顯示器技術為微型發光二極體顯示器，其使用微型（主體直徑為5-150微米（μm））無機LED作為子畫素並直接發光。無機微型發光二極體顯示器相較於其他顯示器具有很多優勢，與LCD顯示器相比，微型發光二極體顯示器具有超過50,000:1的對比度以及更高的效率。不同於OLED顯示器，無機LED不會出現老化現象，並且其可以達到的亮度明顯更高。
習知的主流的高清晰度電視（High Definition Television，HDTV）分辨率標準的電視具有兩百萬畫素（或六百萬子畫素），分辨率更高的4K和8K標準分別為八百萬和三千三百萬畫素。即使平板電腦和手機中使用的相對較小的顯示屏也有數百萬畫素，其顯示屏的分辨率超過每英寸六百畫素（ppi）。因此，採用微型發光二極體的顯示屏的製造，要求以較低的成本對畫素間距不同的大面積微型發光二極體陣列進行組裝，從而可以製造出各種尺寸和分辨率的顯示器。最傳統的微型發光二極體陣列組裝技術被稱為拾放技術，因為每個微型發光二極體都是獨立的從載體上拾取並放置到基板上，如下所述。由於每個微型發光二極體都是單獨處理的，因此組裝的過程非常緩慢。
圖1A-圖1C描繪了基於氮化鎵（Gallium Nitride，GaN）的LED堆疊的截面圖（圖1A）、兩個完全加工的垂直微型發光二極體的截面圖（圖1B）和表面貼裝微型發光二極體（圖1C）（習知技術）的截面圖。已經廣泛採用的用於普通照明的基於GaN的高亮度LED已經創建了一個複雜的製造系統，因此在顯示器上應用的微型發光二極體是基於該行業已有的投資上的。在一系列複雜的高溫金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）步驟中製造發射藍色（約440納米（nm））波長的GaN基LED，以生產圖1A中橫截面所示的垂直LED結構。製造過程在直徑為50-200毫米（mm）的拋光藍寶石、矽或碳化矽（SiC）襯底上進行。藉由沉積未摻雜的GaN以及選擇性的沉積氮化鋁（AlN）緩衝層來製備表面，從而產生具有低缺陷以及GaN晶格常數的晶格表面。由於需要調整初始沉積的厚度和溫度來補償襯底與GaN之間的晶格失配，也即增加厚度以改善表面質量，因此高效率器件的厚度均高於3μm左右。由於MOCVD沉積工藝複雜且昂貴，因此優化微型發光二極體工藝以最有效地利用生長晶圓的整個區域非常重要。
在初步生長以形成晶體GaN表面後，藉由添加矽摻雜生成第一個LED層，以形成用於陰極的n+GaN。選擇性地，所述堆疊可以包括針對電子注入和空穴阻擋進行調整的層。接下來，沉積具有氮化鎵銦（InxGa1-xN）和GaN交替層的多量子阱（Multiple Quantum Well，MQW）結構，其中銦含量和所述層的厚度決定了器件的發射波長。增加銦含量會使發射峰向更長的波長移動，但也會增加由於晶格失配引起的應力，因此無法製作出高效率的GaN器件用於紅光發射，綠光LED的效率也低於藍光LED。在形成MQW之後，堆疊結構還可以包括針對電子阻擋和空穴注入進行調整的層。藉由沉積鎂（Mg）摻雜GaN以形成p+陽極層，從而完成MOCVD層序列。
用於一般照明的LED（每側高達3-4mm）遠大於應用於微型發光二極體顯示器中的微型發光二極體（直徑為5-150μm），因此對圖案化及電極的要求都明顯不同。微型發光二極體需要用焊接材料或者非對稱導電膜（Asymmetric Conductive Film，ACF）綁定到基板電極上，而大型號LED通常是藉由引線綁定或藉由焊膏綁定到引線框架上。由於微型發光二極體的體積非常小，因此在圖案化過程中MOCVD晶圓上的大部分區域會被移除，從而減少每個晶圓的可用發光面積。LED晶圓相對較貴，而製造微型發光二極體時需要的高分辨率進一步拉高了成本，因此盡可能有效的使用發光區域以最大程度地降低微型發光二極體顯示器的材料成本是十分重要的。
在最簡單的工藝流程中，藉由沉積一薄（幾納米）氧化鎳（NiOX）以匹配p+GaN工作函數，並沉積一層厚度為50-300nm的氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO），以在MOCVD堆棧上形成透明導電電極。之後對沉積後的堆棧結構進行圖案化和蝕刻，通常會使用基於氯氣（Cl2）的反應性離子蝕刻（Reactive Ion Etch，RIE）工藝，以生產具有最小實際尺寸和間距的單個微型發光二極體，特別是當以高效率生產微型發光二極體時，LED結構的厚度僅為3-5μm，因此LED結構的厚度限制了可以成功蝕刻的最小空間。
如圖1C示意性所示，在蝕刻出LED的輪廓後，會進行額外的處理，從而在陽極上形成電極。為了防止漏電並且蝕刻出用於連接ITO層的開口，通常會設置一鈍化層，所述鈍化層通常由等離子體增強化學氣相沉積（Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）二氧化矽（Silicon Dioxide，SiO2）或選擇性的包括設於表面的薄原子沉積（Atomic Layer Deposition，ALD）氧化鋁（Aluminum Oxide，Al2O3）層。該陽極結構藉由沉積電極堆棧結構來完成，所述電極堆棧結構包括如銦/錫（In/Sn）或金、鍺（Au/Ge）合金之類的材料。
圖2A描述了使用雷射剝離（Laser Lift Off，LLO）從藍寶石襯底上移除微型發光二極體的過程。圖2B描述了從載體晶圓上器件將移動並放置到顯示基板上的拾放過程。圖2C描述了微型發光二極體陽極與基板電極的連接（習知技術）。具體來說，在圖2A中，製作完成的微型發光二極體藉由一黏合膠層綁定到載體晶圓上，同時藉由雷射剝離從藍寶石襯底上移除。在圖2B中，可以藉由拾取頭從載體上移除一微型發光二極體，並將其放置在一子畫素上，使其陽極與基板上對應的電極電連接。畫素是藉由在微型發光二極體上塗覆合適的電介質（例如可光刻圖案的聚醯亞胺）來完成的，同時使微型發光二極體的陰極與基板上的電極連接。金屬互連被沉積和圖案化以形成如圖2C所示的連接。
發出波長約630nm紅光的LED，其通常有生長在砷化鎵（GaAs）上的磷化鋁鎵銦（AlGaInP）製成，由於GaAs是不透明的，因此不能使用雷射剝離技術從GaAs襯底上剝離LED。因此若想將紅光LED從襯底上剝離，可以完全蝕刻基板，或者使用選擇性蝕刻（通常使用氯化氫（HCl）：乙酸）來底切並剝離LED。LED的尺寸（橫截面）與GaN通用照明LED相似（尺寸為150-1000μm）。在專利：US10,804,426中更全面地描述了AlGaInP LED工藝，該專利以引用方式併入本文。
上述的拾放組裝流程存在一些重要的問題，會導致較高的成本和較低的產量。具體來說，組裝過程本質上是串行的，因此組裝數百萬個微型發光二極體需要很長的時間，並且成本很高。微型發光二極體本身的小尺寸使得抓取頭很難製作，並且抓取儀器的邊緣很可能在抓取過程中干擾相鄰的微型發光二極體或在組裝過程中干擾畫素之間的反射器結構。上述的單個拾放方法可以藉由使用巨量轉移頭同時抓取並轉移多個微型發光二極體來擴展為並行過程。然而，這種巨量轉移法的質量可能會很差，這是由於同時轉移的一組微型發光二極體中會存在有缺陷的元件，並且每個微型發光二極體之間的間距是由生長在晶圓上的元件的間距決定的。
圖3A-3H描述了一個巨量轉移法的示例（習知技術）。巨量轉移法即為將陣列排列的多個微型發光二極體作為整體轉移到顯示基板上，習知已經被廣泛的開發來解決串行拾放組裝的低吞吐量問題。在最簡單的質量轉移過程中，矩形壓印印章從載體上拾取一個矩形的微型發光二極體陣列，並將微型發光二極體壓靠在顯示基板上，使每一微型發光二極體與一相應的電極結合。由於製作RGB顯示器需要考慮不同顏色的微型發光二極體，轉移壓印印章被安排為每三個微型發光二極體拾取一次，從而為其他兩種子畫素顏色的微型發光二極體留出空間。對於圖2C所示的表面貼裝微型發光二極體，組裝過程按如下順序進行： 1）為每種顏色的微型發光二極體準備單獨的MOCVD晶片，每個微型發光二極體之間具有適當的尺寸和間距。相鄰微型發光二極體之間的空隙被稱為間距。請參閱圖3A。每個微型發光二極體都有一個陰極和陽極，用於連接到顯示器基板。微型發光二極體陣列藉由雷射剝離從生長晶片上移除並保持在載體襯底（圖未示）上。 2）顯示器基板上（圖3B）設置有多組陰極電極和陽極電極，每一組電極間的間距是晶圓上每一微型發光二極體之間間距的若干倍，因此電極與轉移壓印印章上的微型發光二極體的位置會相互匹配。這個間距決定了顯示器最終的分辨率。所述電極可以是銅、氧化銦錫/鋁（ITO/Al）、金或者如錫/銦（Sn/In）的焊料。還可以使用ACF膜來覆蓋電極。藉由確定顯示器面板上的電極和微型發光二極體的材料，可以藉由下述步驟5中的後續綁定工藝來形成歐姆接觸。 3）根據拾取點與顯示器上子畫素間距相匹配的位置來準備壓印印章。習知應用於固定每一微型發光二極體的拾取機制包括彈性體、膠帶、靜電和磁場。圖3C描述了一個大小為3*3畫素的壓印印章，但實際上的壓印印章通常會裝配數百個畫素。 4）請參閱圖3D，壓印印章與承載第一種顏色的微型發光二極體的載體襯底對齊放置，並使壓印印章與載體襯底接觸，從而使固定結構可以抓取多個微型發光二極體並將其從載體襯底上移除。 5）請參閱圖3E，填充好的壓印印章與第一組顯示器基板上的電極對齊放置。 6）請參閱圖3F，將壓印印章壓靠並接觸顯示器基板，通常會一併進行加熱以使微型發光二極體電極與顯示器基板上的電極形成綁定結構。在形成綁定並充分冷卻以固定微型發光二極體之後，將壓印印章移除以供重新使用。 7）如圖3G-圖3H所示，分別對第二種顏色和第三種顏色的微型發光二極體進行相同的操作，從而形成RGB顯示陣列。
上述巨量轉移方法進行組裝是可行的，並且已經應用於顯示器的製造中，但仍然存在一些問題導致產品良率較低以及產品成本較高。首先，在圖3B中，顯示器在x方向和y方向上的間距只能為MOCVD晶圓上微型發光二極體之間間距的整數倍，圖中示例為3*2。而一個完善的顯示器製造技術必須能夠製造出符合行業標準的不同尺寸的螢幕，如4K（3840*2160畫素），因此需要一種可以改變微型發光二極體在壓印印章上間距的技術（間距擴展）。也可以為每個顯示器就尺寸和分辨率訂製MOCVD晶圓上的微型發光二極體的尺寸，但這增加了不必要的成本。其次，拾取裝置必須在連接強度的大小上取得平衡，如果連接強度過小，一些微型發光二極體就不會從載體襯底上脫離，從而在陣列中留下間隙。相反，若連接強度過大，微型發光二極體在焊接在基板上之後也會被強行移除。在這兩種情況下，都會使子畫素的亮度降低，這在顯示器中是不能容忍的。最後，轉移壓印印章的結構複雜且難以製造。連接點必須小於微型發光二極體之間的間距從而避免壓印印章干擾到相鄰的微型發光二極體。這對於需要產生局部場（如靜電或磁力）的複雜的固定方法來說很困難。壓印印章還容易受到污染和損壞，尤其是由聚二甲基矽氧烷（PDMS）等彈性體製成的壓印印章，因此如何進行有效的清潔以供重複使用壓印印章也非常重要。
為了說明巨量轉移壓印工藝的缺陷，圖3H描述了幾種可能出現的故障情況： 故障a：由於在拾取時壓印印章的黏合力較差導致缺少微型發光二極體； 故障b：因壓印印章上存在污染導致微型發光二極體錯放； 故障c：由於轉印壓印印章污染帶來的顆粒； 故障d：破損的微型發光二極體； 故障e：由於MOCVD工藝的缺陷導致的微型發光二極體短路： 故障f：由於微型發光二極體被壓印印章強行移除導致的電極損壞。
圖4A和圖4B描述了在100毫米晶圓上使用14毫米壓印印章（圖4A）用以壓印拾取的示例性區域覆蓋。其中，20%的微型發光二極體最終保留在晶圓上，有三個壓印印章上存在有缺陷的微型發光二極體。上述質量轉移過程的另一個限制是壓印印章的方形形狀，這與用於以MOCVD生成LED的圓形晶圓不匹配。圖4A給出的是一種典型的在100mm晶圓上使用14*14mm壓印印章時的排列情況。採用大面積的壓印印章，可以提高組裝的速度，代價是會在生長晶圓上留下更多的微型發光二極體。由於需要滿足填滿所有壓印印章的要求，因此晶圓上有較大的區域無法使用壓印印章。在上述示例中，被放棄的質量合格的微型發光二極體約佔總數的20%，這直接增加了成本。此外，對於有缺陷的微型發光二極體，必須要進行修復或者捨棄受到影響的壓印印章。上述示例僅出於說明目的描述了隨機的三個缺陷，若在該示例中捨棄有缺陷的壓印印章，則只有約70%的初始微型發光二極體可被用於顯示器的製造。
巨量轉移法有一個顯著的優勢，即綁定過程是在對微型發光二極體施加壓力的情況下進行的，因此兩個鍵合電極之間具有良好的機械接觸。這確保了電極間具有大面積的接觸。機械接觸還會破壞表面上絕緣的氧化物，從而改善焊接材料的濕潤性。ACF鍵合同樣需要壓力，以使導電填充材料與微型發光二極體以及顯示器基板上的電極形成硬接觸。
若有一種結構和方法可以填充微型發光二極體顯示器的巨量轉移組裝的載體襯底，且可以如下方式提高組裝的靈活性和產量，則是有利的： 1.可以藉由簡單的間距拓展實現任意顯示分辨率； 2.可以製造一系列沒有缺失、損壞或短路等設備缺陷的微型發光二極體（已知芯片良好）； 3.可以藉由大規模並行轉移的方法填充和轉移壓印印章來提高巨量轉移的組裝速度； 4.使用簡單的轉移壓印印章，具有較低的製造成本，可以藉由強力的清洗以重新使用； 5.可以採用簡單且不損傷顯示基板的壓印機構； 6.可以從有缺陷的壓印印章中回收多餘的微型發光二極體。
本申請提供一種藉由流體組裝在載體襯底或轉移壓印印章上製備微型發光二極體陣列的方法以及相關結構。可以將組裝好的微型發光二極體應用到顯示器基板上，藉由巨量轉移方法進行綁定。微型發光二極體藉由傳統的MOCVD方法在晶圓上製成，其形狀選擇為便於流體組裝和壓印到顯示器基板上的樣式。
因此，本申請提供一種微型發光二極體巨量轉移壓印系統，包括具有頂面的壓印印章基板。在所述頂面上形成有陣列設置的壓印印章基板捕集位置，每一所述捕集位置均設有柱狀凹槽，用於暫時固定從微型發光二極體的底面延伸的龍骨。在微型發光二極體為表面貼裝型時，其具有一平面的頂表面，所述平面的頂表面包括第一電極和第二電極。當微型發光二極體為垂直型時，其具有一平面的頂表面，所述平面的頂表面帶有第一電極，此時所述龍骨為一導電的第二電極。所述壓印系統還包括一流體組裝載體襯底，所述載體襯底平面的頂表面上形成有陣列設置的阱，所述阱的陣列具有分隔相鄰阱的間距，所述間距與所述壓印印章基板上分隔相鄰所述捕集位置的間距相匹配。
一種關聯的微型發光二極體巨量轉移方法包括：提供上述帶有阱陣列的流體組裝載體襯底，並提供上述的壓印印章基板，其中陣列中每一捕集位置配置有與所述載體襯底上的阱相匹配的柱狀凹槽。該方法使用流體組裝工藝，使得微型發光二極體填充進所述載體襯底的阱中。該方法將壓印印章基板的頂表面壓靠在載體襯底的頂表面上，使每一所述捕集位置與相應的阱對應，從而將微型發光二極體從載體襯底轉移到壓印印章基板上。每一捕集位置的凹槽承載從微型發光二極體底面延伸出的龍骨，並藉由對龍骨的束縛，將微型發光二極體固定到壓印印章基板上。載體襯底的使用消除了MOCVD晶圓上微型發光二極體之間的間距帶來的限制，從而允許將各種壓印印章基板間距應用於不同的顯示器基板尺寸和分辨率中。
該方法還提供具有微型發光二極體連接墊陣列的顯示基板，其中每個微型發光二極體連接墊包括至少一形成於頂表面的電極，所述電極與一下方的列和行控制線的矩陣電連接。所述連接墊具有分隔相鄰位置的間距，該間距與分隔壓印印章基板中相鄰捕集位置的間距相匹配。該方法將壓印印章基板頂表面壓在顯示基板的頂表面上，每個捕集位置與相應的微型發光二極體位置連接，並將多個微型發光二極體從壓印印章基板轉移到顯示基板的多個連接墊上。一方面，將微型發光二極體轉移到顯示基板的連接墊上的步驟包括加熱顯示基板以將多個微型發光二極體綁定到多個連接墊上。在RGB顯示的情況下，該方法可以依次將捕集位置上設有第一波長微型發光二極體、第二波長微型發光二極體、第三波長微型發光二極體的壓印印章基板進行壓合，或者一個單獨的壓印印章基板對應於一個波長的微型發光二極體。
本申請還提供一種微型發光二極體巨量轉移方法，該方法採用具有平面的頂表面的流體組裝壓印印章基板，所述頂表面上形成有多個具有第一周邊形狀、深度和平面的底表面的捕集位置。藉由流體組裝過程，所述捕集位置可以被具有第一周邊形狀的微型發光二極體填充，所述微型發光二極體具有大於捕集位置深度的厚度，與捕集位置底表面接觸的底表面，一個平面的頂表面以及延伸出所述捕集位置的第一電極，以及一個固定機構。一方面所述固定機構為一形成於所述微型發光二極體頂表面的龍骨，所述龍骨既可以是與第一電極連接的導電的龍骨，也可以是在微型發光二極體固定在壓印印章基板上之後移除的臨時的不導電的龍骨。另一方面，所述固定機構為設於於每一微型發光二極體底表面的包括共軛生物分子對的第一組件。在這種情況下，每一捕集位置的底表面設有一包括共軛生物分子對的第二組件。
如上所述，該方法提供一具有平面的頂表面以及微型發光二極體連接墊陣列的顯示基板，每一微型發光二極體連接墊包括形成於頂表面的第一電極，該第一電極與其基板下方的列和行控制線的矩陣電連接。所述顯示基板相鄰的阱之間的間距與所述壓印印章基板相鄰的捕集位置的間距相匹配。該方法壓印將印章基板的頂表面壓靠到顯示基板的頂表面，使每一捕集位置填充有一微型發光二極體，並且將多個微型發光二極體從壓印印章基板轉移到顯示基板的微型發光二極體連接墊上。同樣，在轉移過程中，可以對顯示基板加熱，從而促進電極綁定。
本申請還提供一種軸向微型發光二極體巨量轉移方法。該方法提供一種具有平面的頂表面的流體組裝壓印印章基板，所述頂表面上形成有多個捕集位置，所述捕集位置具有一第一周邊形狀、一具有平面的第一深度的中心部分、一具有平面的第二深度的遠端（所述第二深度小於所述第一深度）和一具有平面的第二深度的近端。藉由流體組裝流程，該方法使軸向微型發光二極體填充至捕集位置中，每一佔據相應捕集位置的微型發光二極體具有所述第一周邊形狀、一與所述中心部分連接的主體、並具有一垂直平面主體，所述主體厚度大於所述第一深度但小於二倍所述第一深度。一遠端電極水平平分所述主體並且與所述捕集位置的遠端接觸，所述遠端電極的垂直平面的電極厚度大於所述捕集位置的第二深度但小於二倍所述第二深度。一近端電極具有與所述遠端電極相同的厚度，水平平分所述主體並與所述捕集位置的近端接觸。
該方法提供一種具有平面的頂面以及微型發光二極體連接墊陣列的顯示基板，每一微型發光二極體連接墊包括形成於頂表面並與其下方的列和行控制線的矩陣電連接的一對電極。所述顯示基板具有一分離相鄰阱的間距，該間距與分離所述壓印印章基板上相鄰捕集位置的間距相匹配。該方法將壓印印章基板的頂表面壓靠在顯示基板的頂表面上，使每一捕集位置與一相應的微型發光二極體接觸，並且將微型發光二極體從壓印印章基板上轉移到顯示器基板上，通常還需要進行加熱以促進電極的綁定。
下面將對上述的系統和方法進行具體描述。
美國專利9,825,202和10,418,527已經報告了使用無機LED和顯示背板上的流體組裝來製作微型發光二極體顯示器的一般過程，這些專利藉由引用結合在此。特別地，美國9,825,202從13列26行開始描述了製造合適的顯示屏背板的工藝流程，如圖17所示。其電氣要求在未公開的專利申請16/727,186中進行了描述，該專利也包含在本文中以供參考。此處使用的顯示基板具有與專利9,825,202中圖14B和圖14C描述的相同的行和列排列以及薄膜電晶體(TFT)電路，但沒有阱層，因為巨量轉移壓印印章設置了微型發光二極體的位置。
圖5為展示表面貼裝微型發光二極體和控制微型發光二極體亮度的功率電晶體的典型背板佈置的部分截面圖。
美國專利9,825,202、10,418,527和10,543,486（在此引用）所提出的流體組裝技術適用於直接隨機組裝的低成本的微型發光二極體顯示器製造。這裡使用了相同的組裝技術來製備一個壓印印章，用於輪流將微型發光二極體綁定到顯示基板的電極上。與直接的流體組裝策略相比，這種方法的優點是，藉由在綁定過程中使用壓印印章並施加壓力，有助於微型發光二極體與顯示器之間形成歐姆接觸。如本文所使用的，轉移壓印印章被設置為具有陣列分佈的捕集位置，使捕集位置之間的間距與顯示器畫素之間的間距匹配。所述壓印印章可以由玻璃、石英或者單晶矽製成，以及捕集位置（也被稱為阱）可以藉由蝕刻壓印印章或在壓印印章上設置一層膜，例如圖案化的聚醯亞胺，並使用光刻技術圖案化出阱來製成。捕集位置與微型發光二極體具有相同的形狀，並可能比美國專利10,804,426圖8所示的稍大一些，該專利藉由引用結合在此。本文所述系統的獨特之處在於，捕集位置的深度可能小於微型發光二極體厚度的至少一個點，因此微型發光二極體可以在不受到壓印印章頂表面的干擾的情況下接觸組裝工具或顯示基板。蝕刻在壓印印章上的阱（捕集位置）可以更穩固，從而可以更加徹底的清洗，但對捕集位置深度的控制會變得更困難。相反，形成在聚醯亞胺或一沉積膜上的捕集位置的深度可以藉由膜的厚度進行控制，但是更容易受損。
本申請所述的壓印系統兼容多種配置的微型發光二極體，但如圖2C所示的傳統的LED結構並不適用，因為其缺少了一種用於在流體組裝中進行定位的裝置，因此電極不能正確定位到顯示基板上以進行綁定。美國專利10,804,426中描述的圓盤形表面貼裝微型發光二極體被設計為在一定範圍內的解決方案，約束於美國專利9,825,202所描述的流體組裝中，如12列56行和圖16所示，因此這些設備被應用於描述本申請所述的壓印系統。需要明白的是，其他的微型發光二極體形狀，如方形、矩形和三角形的器件，如美國專利9,825,202的圖8以及美國專利10,516,084的圖4（藉由引用結合在此），可以以相同的方式使用。同樣地，所述壓印系統不限於表面貼裝微型發光二極體。垂直微型發光二極體同樣可以使用此方法，採用單個底部電極，並在組裝後加工製作頂部電極。這些變化對於本領域的技術人員來說是顯而易見的，考慮到簡潔性，本申請對此不再進行過多描述。
圖6A和圖6B分別描述了一個用於流體組裝的表面貼裝微型發光二極體的俯視圖和截面圖。該器件的結構通常為直徑20-100微米（μm），厚度為4-6μm，並包括一高度為5-10μm的龍骨。在這種情況下，阱深通常為3.5-4.5μm來適應微型發光二極體的厚度。詳細的製造工藝流程可以參閱美國專利10/804,426的8列56行以及圖6。圓盤的形狀與捕集位置的圓柱形匹配，捕集位置的深度通常小於微型發光二極體的厚度，其直徑略大於微型發光二極體的直徑。表面貼裝電極通常由錫/銦或金/鍺等焊料製作，P連接墊和N連接墊的綁定表面必須位於同一平面上以便於接觸。
圖7描述了選擇性拾取後的微型發光二極體晶圓。藉由光學顯微鏡，掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）圖像，陰極發光或光致發光來識別缺陷。其目的是識別出所有可能導致顯示畫素錯誤的缺陷，這樣就可以將帶有缺陷的產品從用於製造的微型發光二極體懸浮液中去除。將缺陷圖與已知的圖案如邊緣珠狀圖和排列結構結合，就可以得到所有已知的帶有缺陷的微型發光二極體的位置。使用印刷工藝，將帶有缺陷的微型發光二極體使用捕獲材料覆蓋，以避免他們被拾取。如圖所示，選擇性的拾取壓印印章過程將獲得所有合格的微型發光二極體並留下帶有缺陷的微型發光二極體。將高利用率與防止缺陷器件混入相結合是流體組裝技術的一個顯著優點。選擇性拾取方法在未公開的申請號為16,875,994的申請文件中有更加詳細的描述，本申請藉由引用結合在此。
在微型發光二極體製作完成後，生長晶圓經由一黏合膠層附著在一載體晶圓上，藉由雷射剝離（LLO）技術將微型發光二極體從藍寶石晶圓上剝離出來，並在微型發光二極體的底表面上圖案化龍骨。
將微型發光二極體懸浮液分散在載體襯底上，並按照美國專利10,418,527和美國專利10,804,426的圖7中的描述進行組裝。對於巨量轉移法來說，避免表面污染物干擾微型發光二極體露出的表面以及目標位置的表面是十分重要的。因此，表面上任何未組裝的多餘的微型發光二極體會被移除，並且在組裝後進行回收，因此有效的清洗方法也十分重要。
圖8對流體效應進行了一個簡單的概述，該效應使100%的微型發光二極體能夠以電極向下的正確方向進行組裝。組裝好的基板會被檢查，如果一些阱位沒有被填充，或者存在其他缺陷如多餘的未組裝的微型發光二極體，只需用溶劑清洗壓印印章來移除微型發光二極體，並將溶劑捕獲至儲存器中以回收微型發光二極體。空的壓印印章會被進一步清洗、乾燥並檢查，以確保在捕集位置上沒有表面污染或殘留物。這種能力對於使用彈性體或黏合膠來固定微型發光二極體的傳統壓印印章是十分重要的，因為其難以進行清洗和再利用。在傳統技術下，有污染或者缺失微型發光二極體的壓印印章通常會被丟棄，從而導致壓印印章上完好的微型發光二極體無法被回收。
圖9A-圖9D描述了微型發光二極體巨量轉移壓印系統的使用步驟。該系統包括一具有頂表面902的壓印印章基板900。頂表面902上形成有陣列分佈的壓印印章基板捕集位置904。每一捕集位置904被配置為柱狀凹槽，從而臨時固定從一微型發光二極體910的底表面908延伸出的龍骨906。如圖所示，微型發光二極體910為表面貼裝微型發光二極體，每一微型發光二極體910包括一平面的頂表面912，頂表面912上設有第一電極914和第二電極916。在這種情況下，龍骨906不導電。在這個特殊的例子中，如圖6A所示，第二電極為圍繞第一電極的一個整環或部分環。對於圖9A-圖9D或圖11A-圖11D（見下文）的系統，可以使用黏合膠或彈性體在壓印印章基板頂表面902上進行圖案化，來促使微型發光二極體附著到一捕集位置上。
填充好的載體襯底1000是使用壓印印章基板900向顯示基板918進行巨量轉移的基礎，圖中以單個微型發光二極體進行說明。儘管圖中沒有明確展示，但顯示基板的電極連接墊連接到一個由行列線構成的網絡從而使微型發光二極體工作是顯而易見的，具體細節請參考美國專利9,825,202。在這種情況下，載體襯底1000為帶有阱的平面的表面基板，可以使壓印印章頭捕集位置904附近的局部凸起（可選為黏合膠或彈性體）接觸到每一微型發光二極體（如圖9B所示）。由於微型發光二極體通常僅靠重力固定在載體中，相對較弱的附著力會使微型發光二極體在轉移過程中藉由可選的黏合膠或彈性體從載體中移除。壓印印章與顯示基板上的電極對齊，並進行壓合，使微型發光二極體的電極與顯示基板上的電極之間形成硬接觸，同時藉由加熱形成焊料綁定（圖9C）。在另一實施例中，連接可以由一額外的ACF膜進行（圖未示）。當綁定完成時，轉移壓印印章會被回收並與微型發光二極體脫離（圖9D）。轉移頭900和載體襯底1000會被清洗以重複使用，並循環操作從而填充顯示基板918的全部區域。
圖10A-圖10D為描述微型發光二極體從載體襯底轉移到顯示基板的過程的截面圖。該系統包括流體組裝載體襯底1000a-1000c，其具有一平面的頂表面1002以及陣列排布在載體襯底頂表面1002的阱1004，相鄰阱之間具有間距1006，間距1006與分隔開壓印印章基板上相鄰捕集位置的間距相匹配。載體襯底的阱1004具有第一周邊形狀（在本實施例中為圓形）以及平面的阱底面1008。表面貼裝微型發光二極體910a-910c均具有第一周邊形狀以及平面的頂表面912，從而藉由第一電極914和第二電極916與阱底面1008接觸（如圖9A所示）。
在RGB顯示的情況下，壓印系統可以進一步包括第一流體組裝載體襯底1000a，以及設於載體襯底頂表面的陣列分佈的阱，相鄰阱之間具有間距1006從而與壓印印章基板的捕集位置相匹配（圖10B）。微型發光二極體910a被配置為發出第一波長的光，每個微型發光二極體在第一載體襯底1000a中佔據相應的阱。同樣的，第二流體組裝載體襯底1000b包括設於載體襯底頂表面的陣列分佈的阱，相鄰阱之間具有間距1006從而與壓印印章基板的捕集位置相匹配。微型發光二極體910b被配置為發出第二波長的光，每一微型發光二極體在第二載體襯底1000b中佔據相應的阱。第三流體組裝載體襯底1000c包括設於載體襯底頂表面的陣列分佈的阱，相鄰阱之間具有間距1006從而與壓印印章基板的捕集位置相匹配。微型發光二極體910c被配置為發出第三波長的光，每一微型發光二極體在第三載體襯底1000c中佔據相應的阱。
為了製造RGB顯示器所需的三種顏色，三種顏色的微型發光二極體需要依次進行組裝和壓印操作，如圖10A-圖10D所示。三種載體襯底上捕集位置陣列的設計會根據顯示器畫素的間距1006進行間隔。不同顏色的微型發光二極體的工藝流程或LED的性能差距有較大的可能決定了不同顏色的微型發光二極體具有不同尺寸和/或形狀。舉例來說，紅色的微型發光二極體可以由鋁銦鎵磷（AlInGaP）製成，如美國專利10,804,426中所述，在這種情況下，紅色的微型發光二極體可能比以GaN為基底的藍色和綠色器件更厚。由於藍色和綠色的微型發光二極體具有不同的量子效率，而人類視覺系統對綠色的敏感度更高，因此可能需要製造具有不同發射區域的藍色和綠色微型發光二極體。這些差異的示例如圖10A所示，每個載體襯底被調整以用來滿足相應顏色的微型發光二極體的需求。壓印印章基板900a從載體襯底上捕捉了陣列排布的藍色微型發光二極體910a，並移動到顯示基板918上，使壓印印章900a與顯示基板上的空置區域對齊並將微型發光二極體的電極與顯示基板上相匹配的電極進行物理接觸（圖10B）。壓力與加熱裝置1010被用於加強電極之間的緊密接觸，從而使金屬材料熔化並形成焊料綁定。在圖10C和圖10D中，綠色微型發光二極體910b和紅色微型發光二極體910c以相同的方式被轉移和綁定（壓印印章900b、壓印印章900c）。微型發光二極體與連接墊之間的綁定可能會使用諸如金/鍺對應到銅、銦/鋅對應到銅以及金/ACF/銅等材料。如果使用了ACF，則顯示電極的材料可以有更廣泛的選擇，如Mo/Al/Mo。
本申請使用的流體組裝在習知技術的簡單壓印進程上實現了幾點改進： 1）陣列圖案中沒有因為缺陷或缺少微型發光二極體而產生的縫隙； 2）選擇性拾取和流體組裝充分利用了一個晶圓上所有完好的微型發光二極體； 3）將組裝過程中和有缺陷的載體襯底上回收微型發光二極體可以防止浪費； 4）載體襯底是根據顯示器上捕集位置間的距離製造的，可以簡單的完成間距的擴展。
圖11A-圖11D描述了一個壓印系統，其中的微型發光二極體為垂直微型發光二極體，每一垂直微型發光二極體1100具有設有第一電極1104的平面的頂表面1102，以及具有作為第二電極的導電的龍骨906。與表面貼裝型微型發光二極體相同，載體襯底的阱1004具有第一周邊形狀（如圓形）以及一個平面的阱底面1008。每一垂直微型發光二極體1100均具有第一周邊形狀以及平面的頂表面1102，頂表面1102經由第一電極1104與對應的阱底面1008接觸。
對於較小的微型發光二極體來說，不能像表面貼裝微型發光二極體一樣有足夠的空間在同一表面上製作兩個電極，相同的組裝過程也可以應用在垂直微型發光二極體上。在這種情況下，微型發光二極體被設置為頂表面具有單一的陽電極，底表面的陰電極為導電柱（龍骨）或在底表面上電鍍金或銅。所述導電柱還可以作為在載體板（基板）上進行流體組裝時的龍骨。
展示了導電龍骨垂直微型發光二極體的組裝和綁定順序。藉由上述的選擇性獲取方法製備微型發光二極體懸浮液，並將其分配到設有具有顯示間距的阱的載體襯底表面上，然後按常規流程進行組裝。壓印印章與載體襯底對齊，並使微型發光二極體從載體襯底上移除，如圖11A所示。填充的壓印印章與顯示基板對齊，並藉由施加壓力使得微型發光二極體上的陰極電極與顯示基板上的P連接墊電極之間形成機械接觸（如圖11B所示）。使用加熱裝置1010來形成焊料綁定，然後取出壓印印章並進行清洗和再利用。絕緣層1106，如聚醯亞胺，用於填充微型發光二極體與反射阱之間的空隙，以防止短路並使表面平面化以實現金屬沉積（圖11C）。龍骨從絕緣層1106中突出，形成連接到每一微型發光二極體上的自對準接觸點，藉由短O2等離子蝕刻來去除一部分絕緣層可以提高接觸的效果。藉由如圖11D所示的圖案化金屬將微型發光二極體的導電柱連接至Vss（電源）從而形成電路。
圖12A和圖12B為用於輔助將微型發光二極體固定到載體襯底的捕集位置的力產生器的部分截面圖。其中圖12A為使用靜電力產生器1200，圖12B為使用磁力產生器1202。儘管圖示為表面貼裝微型發光二極體，但上述力產生器也可以應用於垂直微型發光二極體。
圖13A-圖13K描述了使用流體組裝壓印印章基板的微型發光二極體巨量轉移壓印系統的步驟。為了進一步簡化組裝過程，可以使用流體組裝直接填充壓印印章，從而省略載體襯底。圖6所示的微型發光二極體在底表面使用了龍骨結構，下面稱為固定機構，從而使微型發光二極體與流體組裝捕集位置的電極進行固定。對於直接組裝工藝，電極位置必須在壓印印章中“向上”，因此龍骨結構是在微型發光二極體的頂表面製造的，如圖13A所示。以常規的方式進行流體組裝，將微型發光二極體以陣列排布組裝在捕集位置中，並使龍骨結構與電極均向上。用於製造龍骨結構的材料通常為可感光的聚醯亞胺，可以使用溶劑去除或使用氧等離子進行蝕刻。在組裝並乾燥後，將龍骨移除（如圖13B所示），以便於將電極黏合到顯示基板上。壓印印章的製作方法與前述實施例相同，但阱結構必須不能受到去除龍骨的影響，因此不能使用有機薄膜，一種優選的方案為直接在基板上進行蝕刻以形成捕集位置結構。在重力和範德華力的作用下，壓印印章可以容納微型發光二極體，如果將壓印印章倒置，微型發光二極體就會從壓印印章中掉出來。因此在加熱時需要將壓印印章的表面朝上進行轉移組裝和綁定，並將顯示基板下壓在壓印印章上（圖13C）。
流體組裝壓印印章基板1300具有平面的頂表面1302。在壓印印章基板頂表面1302上形成有陣列設置的捕集位置1304，每一捕集位置具有第一周邊形狀、一深度1306、以及一平面的捕集位置底表面1308。如前述實施例，第一周邊形狀為圓形，但該系統不局限於此形狀。微型發光二極體910設於捕集位置1304中，具有第一周邊形狀、大於捕集位置深度1306的厚度1310、與底表面1308接觸的平面的底表面1312、一具有第一電極1316並延伸出捕集位置的平面的頂表面1314、以及一保護機構（參下述解釋）。所述微型發光二極體具有與垂直微型發光二極體1100相同的電連接關係，垂直微型發光二極體1100具有形成於底表面1312的第二電極（如圖13D所示）或與一表面貼裝微型發光二極體910相同的電連接關係，表面貼裝微型發光二極體910具有形成在表面1314上的第一電極1316和第二電極1324（參圖13A和圖13E）。
如圖13A所示，固定機構為形成在微型發光二極體頂表面的龍骨906，龍骨906是臨時的不導電的龍骨，龍骨906在微型發光二極體與顯示基板1315接觸之前會被移除。或者，如圖13D和圖13E所示，固定機構可以是連接到第一電極1316的導電的龍骨906，在圖13D中，微型發光二極體為垂直的微型發光二極體1100。
在另一實施例中，在直接壓印轉移過程中使用導電的中心柱替代不導電的龍骨，是該結構既可以作為流體組裝過程中的龍骨，也可以作為陽極電極（圖13E）。在這種情況下，壓印印章為帶有陣列設置的捕集位置的簡單盤子，捕集位置間距與顯示器畫素間距相同。顯示基板1318中，P連接墊電極位於N連接墊電極的下方，為微型發光二極體上形成陽極電極的導電柱留出空間（圖13F）。由於工藝的變化，可能會出現導電柱的高度和P連接墊凹槽的深度存在差異的情況，因此可以藉由設置ACF1325來連接微型發光二極體和顯示器基板，從而補償這些差異。
因此，圖13E中的微型發光二極體是表面貼裝的微型發光二極體910a，而圖13F中的顯示基板1318包括用於容納導電龍骨906的凹槽1320。
另一種在轉移壓印印章中定位和固定微型發光二極體的機構為利用共軛生物分子對（如鏈黴親和素-生物素對）之間的優先連接。如圖13G所示，在經過LLO之後，藉由在器件1312的背面沉積一層薄的二氧化矽膜1326，從而製備出功能化的微型發光二極體。微型發光二極體的表面暴露於氫離子或鹼性化合物中，然後與胺端分子如3-氨丙基三甲氧基矽烷（3-aminepropyl-trimethoxysilane）之間作用從而矽烷化。使用鏈黴親和素溶液清洗表面，使鏈黴親和素分子1327與胺端綁定，從而形成鏈黴親和素功能化的微型發光二極體（如圖13H所示）。在進行組裝之前，可以使用生物素端配體對轉移壓印印章上的捕集位置進行類似的處理，或者阱底面可以為金製成的表面，並暴露於硫醇生物素雙功能分子1322中，如圖13I所示。
因此，圖13G-圖13K描述了使用共軛生物分子對作為“固定機構”的微型發光二極體。其中，壓印印章基板底表面1308上塗有包含共軛生物分子對的第一組分1322。微型發光二極體固定機構為塗布在每一微型發光二極體底表面1312的包括共軛生物分子對的第二組分1327。在組裝過程中，相對低的捕集位置深度（約為1μm）可以藉由流體擾動較為容易的移除定向錯誤的微型發光二極體，而定向正確的微型發光二極體可以藉由化學方式綁定在捕集位置底表面，並藉由約束在捕集位置中較好的標記。在圖13J中，生物共軛鍵以極其放大的Z刻度（z scale）進行顯示來說明綁定效果。實際上，綁定層非常薄，在圖13K中的展示更為準確。替代示例的生物素-鏈親和素系統的化學配對，如硫醇-馬來醯亞胺和疊氮化物-炔，可能在穩定性和易於加工方面根據優勢，但製備順序是類似的。
圖14A和圖14B分別描述了使用靜電力產生器1400和使用磁力產生器1402作為輔助機構，用於協助將微型發光二極體固定在流體組裝捕集位置（有或沒有龍骨）中。在圖14A和圖14B中，主要的固定機構可為重力。另外，在圖14A中，固定機構為共軛的生物分子（圖未示）。在其他實施例中（圖未示），圖14A中的力產生器也可以為磁力產生器，圖14B中的力產生器也可以是靜電力產生器。儘管圖14A和圖14B僅展示了流體組裝壓印印章基板，但應當理解，力產生器也可以用於圖9B-圖9D和圖11A-圖11B中的凹槽配置的壓印印章基板。
作為增加複雜性的代價，可以在壓印印章結構中增加一些固定結構，用於防止在壓印印章倒置時微型發光二極體從捕集位置上脫離。由於固定機構可以在綁定後從微型發光二極體上移除，因此使用黏合劑進行綁定的方式不具吸引力。藉由在基板承載表面和捕集位置形成層之間設置多孔層，從而將真空條件引入到壓印系統中，但流體組裝的液體可能會流入多孔層中，導致無法進行乾燥工作。壓印印章中最實用的用於固定微型發光二極體的結構即為磁力或靜電力結構。對於靜電力固定，微型發光二極體具有沉積在與表面貼裝電極相對應的表面上（即底表面）的介質膜，壓印印章包括在捕集位置結構下方的動力電極。對於磁力固定，微型發光二極體電極結構可以包含一磁性材料，如鎳，而壓印印章上會有永久性磁鐵或電磁鐵。
這些固定機構在陣列中的獨立點上是可有開關控制的，因此可以使用如下流程來修復帶有缺陷的壓印印章： 1）檢查壓印印章，尋找帶有缺陷的微型發光二極體； 2）對所有良好的微型發光二極體開啟固定機構； 3）藉由沖洗去除有缺陷的微型發光二極體； 4）放置額外的微型發光二極體懸浮液並進行組裝。
一方面，壓印印章可以包括一光傳感器，當按壓到顯示基板上時，激活所有與壓印印章上的微型發光二極體臨時電連接的捕集位置（同時或按順序）。壓印印章與相關的驅動電路連接到一個系統，該系統用於記錄哪些微型發光二極體是完好的。啟動壓印印章上的固定裝置，使完好的微型發光二極體保持在捕集位置中，並繼續進行組裝，直到全部的微型發光二極體都測試完好，如上述流程2）-4）所示。之後進行綁定流程。
圖15A-圖15I描述了一個微型發光二極體巨量轉移壓印系統，該系統使用流體壓印印章基板以及軸向微型發光二極體。該混合流體組裝巨量轉移方法也可應用於申請號No.16/846,493所述的軸向微型發光二極體中。為了降低成本並提高密度（density），微型發光二極體被配置為垂直器件，其發光面積為5*8μm，如圖15G所示。葉片形的微型發光二極體電極可以為電鍍銅或金。上述全部特徵的尺寸是可以調整的，但其相對形狀是較為重要的，以便於流體組裝到定向陣列中。
圖15A-圖15C描述了軸向微型發光二極體顯示基板1525的製備過程。電極1528由導電材料（如鉬/銅（Mo/Cu））沉積並圖案化而成，形成用於容納微型發光二極體的陰極和陽極的連接墊。在電極上沉積電介質薄膜1530，其材料可以為二氧化矽、氮化矽（Si3N4）或聚醯亞胺，並在電介質薄膜1530上圖案化並蝕刻出接觸開口，如圖15B所示。使用金屬電極作為硬光罩，蝕刻出用於容納微型發光二極體主體的主體凹槽1532，如圖15B所示。最後藉由電鍍、濺射或蒸發形成N連接墊1536和P連接墊1534，如圖15C所示。
對於軸向微型發光二極體的形狀，壓印印章的製作過程會更加複雜，需要兩個不同深度的捕集位置。如圖15D所示，第一凹槽1538被蝕刻在基板上，第一凹槽1538具有一用於容納突出在軸向電極表面下的微型發光二極體主體的深度和輪廓。在圖15E中，藉由蝕刻形成了用於容納軸向電極的第二凹槽1504。第二凹槽也可以在第一凹槽1538形成後由薄膜材料（如光刻聚醯亞胺）製成。
將已知完好的軸向微型發光二極體懸浮液應用到壓印印章上，並組裝成微型發光二極體陣列（如圖15F所示）。將組裝完成的壓印印章進行檢查，並與顯示基板匹配後按壓到一起，從而將LED的電極與顯示基板上的電極綁定（如圖15I所示）。在綁定完成後，壓印印章會被收回，並進行清洗和檢查，以便於重複使用。
因此，該系統包括具有一平面的頂表面1502的流體組裝壓印印章基板1500。形成於壓印印章基板頂表面1502的陣列排布的捕集位置1504包括：第一周邊形狀（大幅矩形），一具有平面的第一深度1508的中心部分1506，一具有平面的第二深度1512的遠端1510，第二深度1512小於第一深度1508，以及一具有平面的第二深度1512的近端1514。
請一併參閱圖15F和15G，一軸向的微型發光二極體1516，佔據了相應的捕集位置1504，並具有所述第一周邊形狀，主體1518與捕集位置的中心部分1506接觸，一垂直平面部分厚度1520大於捕集位置第一深度1508，但小於兩倍的捕集位置第一深度1508。一遠端電極1522水平平分主體1518，並與捕集位置遠端1510接觸。遠端電極1522具有一個垂直方向的電極厚度1524，其大於捕集位置第二深度1512，但是小於二倍的捕集位置第二深度1512。一近端電極1526水平平分主體1518，並與捕集位置近端1514接觸，近端電極1526具有電極厚度1524。
如圖15I所示，將微型發光二極體轉移到顯示基板的過程與圖13C所述的過程類似，將對齊的顯示基板下壓到流體組裝壓印印章基板上，使微型發光二極體的電極與相應的顯示基板上的電極接觸。轉移和綁定藉由在施加壓力時對焊料進行加熱來完成。可選地，ACF膜（圖未示）可以在相應的電極之間插入，以實現電連接和機械連接，而不需要金屬相變。
儘管沒有明確展示，但本實施例的壓印印章基板可以包括如圖14A和圖14B所示的靜電力或磁力產生器。
圖16是描述與圖9A-圖9D所示的系統相對應的微型發光二極體巨量轉移法的流程圖。儘管為了便於理解，該方法被描述為包括一系列帶有編號的步驟，但編號並不一定指示這些步驟的順序。應當理解，有些步驟可以跳過，同時進行或可以無需按照嚴格的順序執行。但是，通常可以按照數字順序的步驟執行該方法。該方法從步驟1600開始。
步驟1602提供一種壓印印章基板，該基板具有平面的頂表面和形成在所述頂表面的陣列設置的捕集位置，每一捕集位置被設置為柱狀凹槽。一方面，步驟1603a使用黏合材料或彈性體圖案化壓印印章基板的頂表面。在步驟1604中，每個捕集位置凹陷用於容納從微型發光二極體的底表面延伸出的龍骨，並藉由限制每個微型發光二極體的龍骨，在步驟1606中將微型發光二極體固定在壓印印章基板上。步驟1606可以使用額外的靜電力或磁力來將微型發光二極體固定到壓印印章基板上。
一方面，步驟1604中限制龍骨包括限制具有不導電龍骨的表面貼裝LED，其包括一具有第一電極和第二電極的平面的表面。另一方面，步驟1604限制一導電的龍骨，並連接到第二電極，該垂直LED包括一具有第一電極的平面的表面（即龍骨為第二電極）。
一方面，步驟1602提供一具有間隔捕集位置的壓印印章基板。步驟1601a提供一流體組裝載體襯底，其具有平面的頂表面以及在載體襯底頂表面陣列設置的多個阱，相鄰阱之間的間距與壓印印章基板上捕集位置之間的間距相匹配。在步驟1601b中，藉由流體組裝過程，將微型發光二極體填充進載體襯底的阱中。一方面，步驟1601b可以使用靜電力或磁力將微型發光二極體固定到阱中。步驟1603b將壓印印章基板的頂表面按壓在載體襯底的頂表面上，每一捕集位置與相應的阱接觸，步驟1603c將微型發光二極體從載體襯底巨量轉移到壓印印章基板上。
具體來說，步驟1601a可提供一載體襯底，其具有包括第一周邊形狀和平面的阱底面的多個阱。之後，在步驟1601b中將微型發光二極體填充到每一阱中，其中填充進阱中的表面貼裝微型發光二極體具有第一周邊形狀，一與所述阱底面接觸的平面的頂表面，其包括第一電極和第二電極。在其他實施例中，步驟1601b填充進阱中的垂直微型發光二極體具有第一周邊形狀，一與所述阱底面接觸的平面的頂表面，其包括一第一電極。
在RGB顯示的情況下，步驟1601a中提供的載體襯底包括： 第一流體組裝載體襯底，其包括設於載體襯底頂表面的阱陣列，相鄰阱之間的距離與壓印印章基板上相鄰捕集位置的間距匹配； 第二流體組裝載體襯底，其包括設於載體襯底頂表面的阱陣列，相鄰阱之間的距離與壓印印章基板上相鄰捕集位置的間距匹配； 第三流體組裝載體襯底，其包括設於載體襯底頂表面的阱陣列，相鄰阱之間的距離與壓印印章基板上相鄰捕集位置的間距匹配。然後，步驟1601b中填充載體襯底的阱的過程包括： 使用第一微型發光二極體填充第一載體襯底上的阱，其被配置為發出第一波長的光； 使用第二微型發光二極體填充第二載體襯底上的阱，其被配置為發出第二波長的光；以及 使用第三微型發光二極體填充第三載體襯底上的阱，其被配置為發出第三波長的光。步驟1603c中將微型發光二極體從載體襯底上轉移到壓印印章基板上包括將微型發光二極體從第一、第二、第三載體襯底上轉移到相應的壓印印章基板上。如圖10A和圖10B所示，對於具有不同形狀的RGB微型發光二極體，採用不同尺寸的載體襯底是必要的。此外，如果RGB微型發光二極體的直徑相等，也可以使用一個載體襯底分別填充不同波長的微型發光二極體，並分別轉移到壓印印章基板上。
步驟1608提供一具有平面的頂表面以及微型發光二極體連接墊陣列的顯示基板，每一微型發光二極體連接墊至少包括一形成於頂表面的電極，並電連接至一下方的列和行控制線的矩陣。顯示基板上相鄰連接墊之間具有與壓印印章基板上相鄰捕集位置間距匹配的間距，該間距與載體襯底上相鄰阱之間的間距相同。步驟1610中壓印印章基板的頂表面按壓在顯示基板的頂表面上，每一捕集位置與相應的微型發光二極體連接墊接觸。步驟1612中微型發光二極體從壓印印章基板上巨量轉移至顯示基板的微型發光二極體連接墊上。一方面，步驟1612中藉由加熱顯示基板，從而使微型發光二極體綁定到微型發光二極體連接墊上。
在RGB顯示的情況下，步驟1608中的顯示基板包括多個用於第一微型發光二極體的連接墊，用於發出第一波長光；多個用於第二微型發光二極體的連接墊，用於發出第二波長光；以及多個用於第三微型發光二極體的連接墊，用於發出第三波長光。之後，步驟1610中將壓印印章基板頂表面按壓到顯示基板頂表面的過程包括分別將填充有第一微型發光二極體、第二微型發光二極體和第三微型發光二極體的壓印印章基板進行按壓。每種波長的微型發光二極體可以使用一種壓印印章基板，或者如果所有的微型發光二極體的形狀相似時，也可以使用同一基板填充不同波長的微型發光二極體，並將其轉移到顯示基板上。
圖17為圖13A-圖13K展示的使用流體組裝壓印印章基板進行微型發光二極體巨量轉移方法的流程圖。該方法從步驟1700開始。步驟1702提供一具有平面的頂表面的流體組裝壓印印章基板，其頂表面上設置的捕集位置具有第一周邊形狀，一深度以及一平面的捕集位置底表面。在流體組裝進程下，步驟1704中填充進捕集位置的微型發光二極體具有：第一周邊形狀，大於捕集位置深度的厚度，與捕集位置底表面接觸的平面的底表面，以及具有第一電極的延伸出捕集位置的平面的頂表面。微型發光二極體還包括一固定機構。步驟1704中可以使用底表面上具有第二電極的微型發光二極體，也可以使用頂表面上具有第一電極和第二電極的表面貼裝微型發光二極體填充進捕集位置中。
一方面，步驟1702中的提供壓印印章基板包括提供一具有間隔捕集位置的壓印印章基板。步驟1706提供的顯示基板具有一平面的底表面以及陣列設置的微型發光二極體連接墊，每一微型發光二極體連接墊包括形成於頂表面的第一電極，並電連接至下方的列和行控制線的矩陣。顯示基板上相鄰連接墊位置的間距與壓印印章基板上相鄰捕集位置之間的間距向匹配。步驟1708中，按壓壓印印章基板的頂表面至顯示基板的頂表面上，使每一捕集位置與一微型發光二極體連接墊接觸。步驟1710中將壓印印章基板上的微型發光二極體巨量轉移到顯示基板的微型發光二極體連接墊上。步驟1710可包括運用加熱方式促使微型發光二極體與顯示基板的連接墊形成綁定。
一方面，步驟1704提供了在微型發光二極體頂表面形成龍骨形式的固定機構，該龍骨可以是連接到第一電極（如圖13D和圖13E）的導電龍骨，或者為臨時的（可移除）不導電龍骨（如圖13A）。另一方面，步驟1702提供的壓印印章基板，其每一捕集位置的底表面塗布有包括共軛生物分子對的第一成分。然後，步驟1704中提及的固定機構為具有共軛生物分子對的第二成分，其包覆每個微型發光二極體的底表面。共軛生物分子對的例子包括生物素-鏈黴親和素、硫醇-馬來醯亞胺和疊氮化物-炔。壓印印章基板也可以進一步設置靜電力或磁力產生器，如圖14A和圖14B所示。
圖18為圖15A-圖15I所示的系統的軸向微型發光二極體巨量轉移法的流程圖。該方法從步驟1800開始。步驟1802提供一具有平面的頂表面的流體組裝壓印印章基板，頂表面上形成有多個捕集位置，每一捕集位置具有第一周邊形狀、具有平面的第一深度的中心部分、一具有小於第一深度的平面的第二深度的遠端以及一具有第二深度的近端。在流體組裝進程下，步驟1804使用軸向微型發光二極體填充捕集位置，每一微型發光二極體佔據相應捕集位置並具有所述第一周邊形狀及與中心部分貼合的主體部分，該主體部分的垂直體厚度大於捕集位置的第一深度，但小於二倍第一深度。微型發光二極體還具有水平平分主體部分的遠端電極，所述遠端電極與捕集位置的遠端部分貼合，所述遠端電極的垂直面的電極厚度大於捕集位置的第二深度，但小於二倍第二深度。微型發光二極體還具有水平平分主體部分的近端電極，其與捕集位置的近端部分貼合，並具有電極厚度。一方面，壓印印章電極還可以包括靜電力或磁力產生器，如圖14A和圖14B所示。
一方面，步驟1802中的提供壓印印章基板包括提供一具有間距的捕集位置的壓印印章基板。步驟1806中提供具有平面的頂表面和微型發光二極體連接墊陣列的顯示基板，每一微型發光二極體連接墊包括形成於頂表面的第一電極和第二電極，所述多個電極電連接至一下方的列和行控制線的矩陣。顯示基板包括被一間距隔開的多個連接墊，該間距與將壓印印章基板上的捕集位置間隔開的間距相匹配。在步驟1808中，按壓壓印印章基板的頂表面至顯示基板的頂表面上，使每一捕集位置與一微型發光二極體連接墊對齊。在步驟1810中將微型發光二極體從壓印印章基板巨量轉移到顯示基板的微型發光二極體連接墊上。可選地，藉由加熱可以促進微型發光二極體與顯示基板連接墊電極之間的綁定。
圖19為微型發光二極體轉移的間距擴展方法的流程圖。該方法開始於步驟1900。步驟1902提供一微型發光二極體MOCVD晶圓，相鄰微型發光二極體之間具有第一間距。步驟1904將微型發光二極體釋放到流體組裝懸浮液中。步驟1906提供一具有陣列設置的阱的載體襯底，相鄰的阱之間具有第二間距，並且所述第二間距與所述第一間距不同。藉由流體組裝過程，在步驟1908中將微型發光二極體填充進載體襯底的阱中。步驟1910提供一包括捕集位置陣列的壓印印章基板，相鄰捕集位置被第二間距間隔開。步驟1912中將壓印印章基板頂表面按壓在載體襯底頂表面上，使每一捕集位置與一相應的阱接觸。步驟1914中將微型發光二極體從載體襯底上巨量轉移至壓印印章基板上。
步驟1916提供一具有陣列設置的微型發光二極體連接墊的顯示基板，每一微型發光二極體連接墊包括至少一形成於頂表面的電極，並電連接至一下方的列和行控制線的矩陣上。顯示基板上相鄰的連接墊位置被所述第二間距間隔開。步驟1918中將壓印印章基板的頂表面按壓在顯示基板的頂表面上，使捕集位置與一相應的微型發光二極體連接墊接觸。步驟1920中將微型發光二極體從壓印印章基板上巨量轉移到顯示基板的微型發光二極體連接墊上。可選地，藉由加熱來促使微型發光二極體與顯示基板連接墊的電極形成綁定。
一方面，步驟1906、步驟1908、步驟1912和步驟1914被繞過，並藉由額外的步驟1911，即使用流體組裝工藝，將微型發光二極體直接填充至壓印印章基板的捕集位置中。
本申請提供了微型發光二極體巨量轉移的系統和方法。給出了特定LED，載體襯底以及壓印印章基板結構的例子來說明本申請。然而，本申請不局限於上述示例。本領域技術人員可以想到本申請的其他變體和實施例。
900、900a、900b、900c、1300、1500:壓印印章 902、1302、1502:壓印印章頂表面 904、1304、1504:捕集位置 906:龍骨 908:微型發光二極體底表面 910:微型發光二極體 910a、910b、910c:表面貼裝微型發光二極體 912:微型發光二極體頂表面 914、1316:第一電極 916、1324:第二電極 918、1315、1318、1525:顯示基板 1000、1000a、1000b、1000c:載體襯底 1002:載體襯底頂表面 1004:阱 1006:間距 1008:載體襯底底表面 1010:加熱裝置 1100:垂直微型發光二極體 1102:垂直微型發光二極體頂表面 1104:垂直微型發光二極體第一電極 1106:絕緣層 1200、1400:靜電力產生器 1202、1402:磁力產生器 1306:深度 1308:捕集位置底表面 1310:微型發光二極體厚度 1312:微型發光二極體底表面 1314:微型發光二極體頂表面 1320:凹槽 1322:硫醇生物素雙功能分子/第一組分 1325:ACF 1326:二氧化矽膜 1327:鏈黴親和素分子/第一組分 1506:中心部分 1508:第一深度 1510:遠端 1512:第二深度 1514:近端 1516:軸向微型發光二極體 1518:主體 1520:主體厚度 1522:遠端電極 1524:電極厚度 1526:近端電極 1528:電極 1530:電介質薄膜 1532:主體凹槽 1534:P連接墊 1536:N連接墊 1538:第一凹槽
圖1A-圖1C為基於GaN LED的截面圖(圖1A)、兩個垂直微型發光二極體的截面圖(圖1B)和一個表面貼裝微型發光二極體的截面圖(圖1C)(習知技術)。
圖2A為使用雷射剝離技術從藍寶石生長襯底上移除微型發光二極體的過程（習知技術）。
圖2B為將器件從載體晶圓上移動並定位到顯示基板上的拾放過程（習知技術）。
圖2C為將微型發光二極體的陽極與基板電極連接的過程（習知技術）。
圖3A-圖3H為一種示例性的巨量轉移過程的步驟（習知技術）。
圖4A-圖4B為在一100mm晶圓上使用14mm壓印印章進行壓印拾取的覆蓋區域示例（圖4A），此時晶圓上留有20%的微型發光二極體，並且有三個壓印印章上的微型發光二極體帶有缺陷（圖4B）（習知技術）。
圖5為展示表面貼裝微型發光二極體和控制微型發光二極體亮度的功率電晶體的典型背板佈置的部分截面圖。
圖6A-圖6B分別為用於流體組裝的表面貼裝微型發光二極體的俯視圖和截面圖。
圖7為選擇性拾取後微型發光二極體晶圓的示意圖。
圖8為流體效應的簡短描述，可以使100%的微型發光二極體以電極向下的正確方向組裝。
圖9A-圖9D為使用微型發光二極體巨量轉移壓印系統的步驟。
圖10A-圖10D為將微型發光二極體從一載體襯底轉移至顯示基板的過程的截面圖。
圖11A-圖11D為壓印系統的示意圖，其中微型發光二極體為垂直微型發光二極體。
圖12A-圖12B為用於輔助將微型發光二極體固定到載體襯底的捕集位置的吸引力產生器的部分截面圖。
圖13A-圖13K為使用流體組裝壓印印章基板的微型發光二極體巨量轉移壓印系統的步驟示意圖。
圖14A和圖14B分別為使用靜電力產生器和使用磁力產生器作為輔助裝置，協助微型發光二極體固定到流體組裝捕集位置的示意圖。
圖15A-圖15I為使用流體壓印以及軸向微型發光二極體的微型發光二極體巨量轉移系統的示意圖。
圖16為與圖9A-圖9D所示系統對應的微型發光二極體巨量轉移法的流程圖。
圖17為圖13A-圖13K所示的使用流體組裝壓印印章基板的微型發光二極體巨量轉移法的流程圖。
圖18為圖15A-圖15I所示的軸向（引線）微型發光二極體巨量轉移法的流程圖。
圖19為微型發光二極體傳輸時間距拓展方法的流程圖。

Claims (22)

  1. 一種微型發光二極體巨量轉移的流體組裝載體系統，其改良在於，包括： 具有平面的頂表面的流體組裝載體襯底；以及 形成於所述載體襯底頂表面的捕集位置的陣列，每個捕集位置被配置為一個凹陷的阱以臨時固定一個流體沉積的微型發光二極體。
  2. 如請求項1所述之載體系統，其中，還包括：微型發光二極體，填充所述載體襯底上所述的阱。
  3. 如請求項1所述之載體系統，其中，在載體襯底上相鄰阱之間的距離小於或等於對應的巨量轉移壓印印章上相鄰捕集位置的距離。
  4. 如請求項3所述之載體系統，其中，還包括： 所述巨量轉移壓印印章，包括： 具有頂表面的壓印印章基板；及 在所述壓印印章基板的頂表面形成捕集位置的陣列，每個捕集位置被配置為從一個載體襯底的阱上臨時接收一個對應的微型發光二極體。
  5. 如請求項4所述之載體系統，其中，每個所述載體襯底的阱具有一平面的底表面； 所述載體系統還包括： 填充所述載體襯底上所述阱的微型發光二極體，每一所述發光二極體具有與一對應的阱的底表面相互接觸的頂表面，以及一個從其底表面延伸的龍骨；以及， 所述壓印印章基板捕集位被配置為接收所述發光二極體的龍骨。
  6. 如請求項1所述之載體系統，其中，所述載體襯底不包括導電的走線以及電子元件。
  7. 如請求項2所述之載體系統，其中，每個所述載體襯底的阱具有一平面的底表面；以及 所述微型發光二極體為表面貼裝微型發光二極體，每個所述微型發光二極體都包括具有第一電極和第二電極的平面的頂表面，所述第一電極和所述第二電極都與一對應的載體襯底阱的底表面相互接觸。
  8. 如請求項7所述之載體系統，其中，每個所述微型發光二極體還包括一個從所述微型發光二極體的底表面延伸的不導電的龍骨。
  9. 如請求項2所述之載體系統，其中，每個所述載體襯底阱具有一平面的底表面；以及 所述微型發光二極體為垂直微型發光二極體，每個所述微型發光二極體都包括與一對應的載體襯底的阱相互接觸的具有第一電極的平面的頂表面，以及位於微型發光二極體底表面上的第二電極。
  10. 如請求項9所述之載體系統，其中，每個所述發光二極體的第二電極為從發光二極體的底表面延伸的導電的龍骨。
  11. 如請求項2所述之載體系統，其中，所述載體襯底阱具有第一周邊形狀；以及， 所述微型發光二極體具有所述第一周邊形狀。
  12. 如請求項2所述之載體系統，其中，還包括： 第一流體組裝載體襯底，具有形成在所述第一流體組裝載體襯底的頂表面的阱的陣列； 第二流體組裝載體襯底，具有形成在所述第二流體組裝載體襯底的頂表面的阱的陣列； 第三流體組裝載體襯底，具有形成在所述第三流體組裝載體襯底的頂表面的阱的陣列； 複數被配置為發射第一波長光的微型發光二極體，每個佔據所述第一流體組裝載體襯底中的一個對應的阱； 複數被配置為發射第二波長光的微型發光二極體，每個佔據所述第二流體組裝載體襯底中的一個對應的阱；及 複數被配置為發射第三波長光的微型發光二極體，每個佔據所述第三流體組裝載體襯底中的一個對應的阱。
  13. 如請求項2所述之載體系統，其中，還包括： 位於所述載體襯底下方的吸引力產生器，所述吸引力產生器選自由磁力產生器和靜電力產生器組成的組，用於臨時固定所述載體襯底的阱中的所述微型發光二極體。
  14. 如請求項2所述之載體系統，其中，每個所述載體襯底的阱的底表面塗覆有包括共軛生物分子對的第一組分；以及， 其中，每個所述微型發光二極體包括頂表面，所述頂表面塗覆有包括共軛生物分子對的第二組分，所述頂表面與對應的一個載體襯底的阱的底表面相互接觸。
  15. 一種微型發光二極體巨量轉移方法，其改良在於，包括： 在晶圓上製造微型發光二極體； 將所述微型發光二極體從晶圓上釋放到懸浮液中； 將所述微型發光二極體流體沉積轉移到載體襯底上； 將所述微型發光二極體從所述載體襯底轉移到巨量轉移壓印印章上；以及 將所述微型發光二極體從所述巨量轉移壓印印章轉移到顯示基板上。
  16. 如請求項15所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，所述載體襯底具有一平面的頂表面以及形成在所述載體襯底頂表面上的阱的陣列，所述阱填充有所述微型發光二極體；以及 將所述微型發光二極體從所述載體襯底轉移到巨量轉移壓印印章上的步驟包括：將所述巨量轉移壓印印章的頂表面按壓在所述載體襯底的頂表面上，使得形成在所述巨量轉移壓印印章的頂表面上的巨量轉移壓印印章捕集位的陣列與載體襯底的阱中對應的微型發光二極體相互接合。
  17. 如請求項16所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，所述載體襯底的阱具有第一周邊形狀以及平面的阱的底表面；以及 將所述微型發光二極體流體沉積轉移到載體襯底上的步驟包括將具有所述第一周邊形狀的微型發光二極體填充進所述阱中。
  18. 如請求項16所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，所述載體襯底的阱的陣列中相鄰的阱之間具有一間距；以及 所述巨量轉移壓印印章的捕集位置的陣列中相鄰捕集位置之間的間距大於或者等於所述載體襯底的阱的陣列中相鄰的阱之間的間距。
  19. 如請求項15所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，還包括： 將所述微型發光二極體流體沉積轉移到載體襯底上的步驟之前，在每個微型發光二極體上形成一個龍骨，所述龍骨延伸在所述發光二極體裸露的底表面上。
  20. 如請求項19所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，將所述微型發光二極體從所述載體襯底轉移到巨量轉移壓印印章上的步驟包括配置所述巨量轉移壓印印章的捕集位置以接收所述微型發光二極體的龍骨。
  21. 如請求項15所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，還包括： 將所述微型發光二極體流體沉積轉移到載體襯底上的步驟之前，在所述載體襯底的阱的底表面塗覆具有共軛生物分子對的第一組分；以及 在所述懸浮液中，在所述微型發光二極體上塗覆具有共軛生物分子對的第二組分。
  22. 如請求項15所述之微型發光二極體巨量轉移方法，其中，還包括： 將所述微型發光二極體流體沉積轉移到載體襯底上的步驟之前，在所述載體襯底的下方使用吸引力產生器，所述吸引力產生器選自由磁力產生器和靜電力產生器組成的組，用於臨時固定所述載體襯底的阱中的所述微型發光二極體。
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