TWI635785B - 微元件轉移頭 - Google Patents

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Abstract

微元件轉移頭其包含一基臂、一第一支臂、一第二支臂，以及一絕緣層。第一支臂包含一個或多個第一電極，設置於基臂之第一面且位於該基臂之第一端。第二支臂包含一個或多個第二電極，設置於基臂之第一面且位於基臂之第二端。絕緣層設置於基臂之第一面且覆蓋著該第一支臂和該第二支臂之表面。

Description

微元件轉移頭
本發明提供一種微元件轉移頭，尤指一種能快速且有效率地轉移微型化發光二極之微元件轉移頭。
相較於傳統的白熾燈泡，發光二極體(light emitting diode, LED)具有耗電量低、元件壽命長、體積小、無須暖燈時間和反應速度快等優點，並可配合應用需求而製成極小或陣列式的元件。除了戶外顯示器、交通號誌燈之外、各種消費性電子產品，例如行動電話、筆記型電腦或電視的液晶顯示螢幕背光源之外，發光二極體亦廣泛地被應用於各種室內室外照明裝置，以取代日光燈管或白熾燈泡等。依據發光方式，發光二極體可採用正發光(front-emission)或側發光(side-emission)架構。正發光元件可提供寬廣的發光視角，但發光效率與半波寬較不易控制。側發光元件的發光效率高且半波寬較窄，但發光視角較為狹隘。
傳統的LED陣列典型地為毫米(mm)等級的尺寸，最新微型化發光二極體(micro LED) 陣列能將體積降到微米(μm)等級的尺寸，並承繼了 LED 的特性，包括低功耗、高亮度、超高解析度與色彩飽和度、反應速度快、壽命較長，以及高效率等優點。微型化 LED 製程包含首先將LED結構設計進行薄膜化、微小化與陣列化，使其尺寸僅在1~250μm左右，隨後將微型化LED批量式轉移至電路基板上，再利用物理沉積製程完成保護層與上電極，最後進行上基板的封裝。
因此，需要一種用來進行巨量轉移(mass transfer) 之微元件轉移頭陣列，以快速且有效率地將微型化LED轉貼至顯示器的線路基板上。
本發明提供一種微元件轉移頭，其包含一第一基臂，其包含一第一面和一第二面；一第一支臂，其包含一個或多個第一電極，設置於該第一基臂之該第一面且位於該第一基臂之一第一端；一第二支臂，其包含一個或多個第二電極，設置於該第一基臂之該第一面且位於該第一基臂之一第二端；以及一絕緣層，設置於該第一基臂之該第一面且覆蓋著該第一支臂和該第二支臂之表面。
本發明另提供一種使用一微元件轉移頭來轉移一微元件之方法，該微元件轉移頭包含一第一基臂、一第一支臂和一第二支臂，該微元件製作於一基板上。該方法包含將該一第一支臂移至該微元件之感應範圍內，對該一第一支臂通電以感應該微元件，使得該微元件離開該基板並朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動，以及縮短該第一支臂和該第二支臂之間的距離，進而夾住該微元件。
第1~6圖為本發明實施例中微元件轉移頭陣列101~106之結構示意圖。微元件轉移頭陣列101~106各包含複數個轉移頭(為了簡化說明僅顯示了兩個轉移頭)，可用來將特定數量的微元件轉移至一基板。每一轉移頭包含一第一支臂10、一第二支臂20、一基臂30，以及絕緣層40。第一支臂10和第二支臂20分別為從基臂30兩端的延伸出去的結構體，兩者之間的空間可提供抓取微元件所需的空間。絕緣層40覆蓋著第一支臂10和第二支臂20之表面，以及覆蓋著基臂30之一面。第一支臂10之第一端和第二支臂20之第一端為和基臂30之接觸端，兩者之間的距離由d1來表示。第一支臂10之第二端和第二支臂20之第二端為夾取端，兩者之間的距離由d2來表示。
在第1~3圖所示之實施例中，第一支臂10包含一個或多個電極12，而第二支臂20包含一個或多個電極22。在第1圖所示之微元件轉移頭陣列101中，第一支臂10和第二支臂20長度相同。在第2圖所示之微元件轉移頭陣列102中，第一支臂10較第二支臂20為長。在第3圖所示之微元件轉移頭陣列103中，第一支臂10和第二支臂20長度相同，且兩者之第二端設計成勾狀。
在第4~6圖所示之實施例中，第一支臂10包含一個或多個電極12，第二支臂20包含一個或多個電極22，而基臂30包含一個或多個電極32。在第4圖所示之微元件轉移頭陣列104中，第一支臂10和第二支臂20長度相同。在第5圖所示之微元件轉移頭陣列105中，第一支臂10較第二支臂20為長。在第6圖所示之微元件轉移頭陣列106中，第一支臂10和第二支臂20長度相同，且兩者之第二端設計成勾狀。
第7~9圖為本發明實施例中微元件轉移頭陣列107~109之結構示意圖。微元件轉移頭陣列107~109各包含複數個轉移頭(為了簡化說明僅顯示了兩個轉移頭)，可用來將特定數量的微元件轉移至一基板。每一轉移頭包含一第一支臂10、一第二支臂20、兩基臂31和35，以及絕緣層40。第一支臂10和第二支臂20分別為從基臂31兩端的延伸出去的結構體，兩者之間的空間可提供抓取微元件所需的空間。絕緣層40覆蓋著第一支臂10和第二支臂20之表面，以及覆蓋著基臂31之第一面。基臂35設置在基臂31之第二面，兩者之間的空間可提供微元件轉移頭陣列107~109在運作時的形變空間，其詳細內容在說明書後續內容中將有說明。第一支臂10之第一端和第二支臂20之第一端為和基臂31之接觸端，兩者之間的距離由d1來表示。第一支臂10之第二端和第二支臂20之第二端為夾取端，兩者之間的距離由d2來表示。
在第7~9圖所示之實施例中，第一支臂10包含一個或多個電極12，第二支臂20包含一個或多個電極22，基臂31包含一個或多個電極32，而基臂35包含一個或多個感應元件42。感應元件42可為一個或多個電極或電磁線圈。在第7圖所示之微元件轉移頭陣列107中，第一支臂10和第二支臂20長度相同。在第8圖所示之微元件轉移頭陣列108中，第一支臂10較第二支臂20為短。在第9圖所示之微元件轉移頭陣列109中，第一支臂10和第二支臂20長度相同，且兩者之第二端設計成勾狀。
第10~12圖為本發明實施例中微元件轉移頭陣列110~112之結構示意圖。微元件轉移頭陣列110~112各包含複數個轉移頭(為了簡化說明僅顯示了兩個轉移頭)，可用來將特定數量的微元件轉移至一基板。每一轉移頭包含一第一支臂10、一第二支臂20、一基臂30、絕緣層40、以及調整柱51和53。第一支臂10和第二支臂20分別為從基臂30之第一面延伸出去的結構體，兩者之間的空間可提供抓取微元件所需的空間。絕緣層40覆蓋著第一支臂10和第二支臂20之表面，以及覆蓋著基臂30之第一面。調整柱51和53設置於基臂30之第二面，其中每一調整柱51之位置對應於每一轉移頭中第一支臂10和第二支臂20之間的空間，而每一調整柱53之位置對應於兩相鄰轉移頭之間。第一支臂10之第一端和第二支臂20之第一端為和基臂30之接觸端，兩者之間的距離由d1來表示。第一支臂10之第二端和第二支臂20之第二端為夾取端，兩者之間的距離由d2來表示。
在第10~12圖所示之實施例中，第一支臂10包含一個或多個電極12，而第二支臂20包含一個或多個電極22。在第10圖所示之微元件轉移頭陣列110中，第一支臂10和第二支臂20長度相同。在第11圖所示之微元件轉移頭陣列111中，第一支臂10較第二支臂20為長。在第12圖所示之微元件轉移頭陣列112中，第一支臂10和第二支臂20長度相同，且兩者之第二端設計成勾狀。
第13A~13E圖顯示了本發明實施例中微元件轉移頭陣列101~103運作時之示意圖。為了說明目的，第13A~13E圖以微元件轉移頭陣列102來說明運作時的五種狀態。在第13A圖所示之初始第一狀態下，電極12和電極22並未通電，而第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h0。在第13B圖所示之第二狀態下，電極12會通電，並將微元件轉移頭陣列102移近相對應微元件5(如箭頭S1所示)，直到能發生感應狀態，此時第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h1 (h1＜h0)。在第13C圖所示之第三狀態下，微元件轉移頭陣列100會橫向移動(如箭頭S2所示)，以在感應狀態下透過通電電極12所產生的吸力將相對應微元件5與基板分離並朝第一支臂10和第二支臂20之間的空間移動(如箭頭S3所示)。在第13D圖所示之第四狀態下，透過微元件轉移頭陣列100之橫向移動與電極12通電後所產生的吸力，相對應微元件5會被帶進第一支臂10和第二支臂20之間的空間(如箭頭S4所示)。在第13E圖所示之第五狀態下，當電極12和電極22上分別施加相反極性的電壓時，所產生的吸力會縮短第一支臂10之第二端和第二支臂20之第二端之間的距離(d2＜d1)，以穩固地夾住相對應微元件5。
第14A~14E圖顯示了本發明實施例中微元件轉移頭陣列104~106運作時之示意圖。為了說明目的，第14A~14E圖以微元件轉移頭陣列105來說明運作時的五種狀態。在第14A圖所示之初始第一狀態下，電極12和電極22並未通電，而第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h0。在第14B圖所示之第二狀態下，電極12會通電，並將微元件轉移頭陣列105移近相對應微元件5(如箭頭S1所示)，直到能發生感應狀態，此時第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h1 (h1＜h0)。在第14C圖所示之第三狀態下，微元件轉移頭陣列105會橫向移動(如箭頭S2所示)，以在感應狀態下透過通電電極12所產生的吸力將相對應微元件5與基板分離並朝第一支臂10和第二支臂20之間的空間移動(如箭頭S3所示)。在第14D圖所示之第四狀態下，透過微元件轉移頭陣列105之橫向移動與電極12通電後所產生的吸力，相對應微元件5會被帶進第一支臂10和第二支臂20之間的空間，同時電極32上會施加電壓以感應相對應微元件5往基臂30來移動(如箭頭S4所示)，進而完整移入第一支臂10和第二支臂20之間的空間。在第14E圖所示之第五狀態下，當電極12和電極22上分別施加相反極性的電壓時，所產生的吸力會縮短第一支臂10之第二端和第二支臂20之第二端之間的距離(d2＜d1)，以穩固地夾住相對應微元件5。
第15A~15E圖顯示了本發明實施例中微元件轉移頭陣列107~109運作時之示意圖。為了說明目的，第15A~15E圖以微元件轉移頭陣列108來說明搭配一輔助板50運作時的五種狀態。輔助板50包含一個或多個感應元件52，分別對應於相對應微元件5。在第15A圖所示之初始第一狀態下，電極12和電極22並未通電，而第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h0。此時輔助板50之感應元件42會對齊相對應微元件5，但並未接觸到乘載微元件5之基板。在第15B圖所示之第二狀態下，會將輔助板50移近乘載微元件5之基板並對感應元件52通電，並將微元件轉移頭陣列108移近相對應微元件5(如箭頭S1所示)並對電極12通電，直到能發生感應狀態，此時第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h1 (h1＜h0)。在第15C圖所示之第三狀態下，微元件轉移頭陣列100會橫向移動(如箭頭S2所示)，以在感應狀態下透過通電電極12所產生的吸力將相對應微元件5與基板分離並朝第一支臂10和第二支臂20之間的空間移動(如箭頭S3所示)。在第15D圖所示之第四狀態下，透過微元件轉移頭陣列108之橫向移動與電極12通電後所產生的吸力，相對應微元件5會被帶進第一支臂10和第二支臂20之間的空間，同時電極32上會施加電壓以感應相對應微元件5往基臂31來移動(如箭頭S4所示)，進而完整移入第一支臂10和第二支臂20之間的空間。在第15E圖所示之第五狀態下，感應元件42會施加和電極32之電壓相反極性的電壓，所產生的吸力(如箭頭S5所示)會縮短基臂31和基臂35之間的距離，使得基臂31發生形變而改變第一支臂10和第二支臂20之上下端之間的相對位置(d2＜d1)，以穩固地夾住相對應微元件5。
第16A~16D圖顯示了本發明實施例中微元件轉移頭陣列110~112運作時之示意圖。為了說明目的，第16A~16D圖以微元件轉移頭陣列110來說明搭配一輔助板60運作時的四種狀態。輔助板60包含複數個突起結構62，分別對應於相對應微元件5。在第16A圖所示之初始第一狀態下，電極12和電極22並未通電，而第一支臂10和相對應微元件5之間的距離為h0。此時會對乘載微元件5之基板進行邊緣切割處理，以弱化每一微元件5的邊緣結構，而輔助板60之突起結構6會對齊相對應微元件5，但並未接觸到乘載微元件5之基板。在第16B圖所示之第二狀態下，會將輔助板60移近乘載微元件5之基板，在接觸時產生的力道會頂斷進行邊緣切割處理之處，進而將微元件5之一端頂起。此時電極12會通電，並將微元件轉移頭陣列110移近相對應微元件5(如箭頭S1所示)，直到能感應相對應微元件5往第一支臂10和第二支臂20之間的空間來移動(如箭頭S2所示)為止。在第16C圖所示之第三狀態下，透過電極12通電後的吸力，相對應微元件5會被帶進第一支臂10和第二支臂20之間的空間(如箭頭S3所示)。在第16D圖所示之第四狀態下，會對每一調整柱51施加一向上力道(如箭頭S4所示)且對每一調整柱53施加一向下力道(如箭頭S5所示)，使得基臂30發生形變而改變第一支臂10和第二支臂20之上下端之間的相對位置(d2＜d1)，以穩固地夾住相對應微元件5。
綜上所述，本發明提供用來進行巨量轉移之微元件轉移頭陣列，可快速且有效率地將微型化LED轉貼至顯示器的線路基板上。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
5‧‧‧微元件
10‧‧‧第一支臂
20‧‧‧第二支臂
12、22、32、52‧‧‧電極
30、31、35‧‧‧基臂
40‧‧‧絕緣層
42‧‧‧感應元件
50、60‧‧‧輔助板
51、53‧‧‧調整柱
62‧‧‧突起結構
101~112‧‧‧微元件轉移頭陣列
第1~12圖為本發明實施例中微元件轉移頭陣列之結構示意圖。 第13A~13E圖為本發明實施例中微元件轉移頭陣列運作時之示意圖。 第14A~14E圖為本發明另一實施例中微元件轉移頭陣列運作時之示意圖。 第15A~15E圖為本發明另一實施例中微元件轉移頭陣列運作時之示意圖。 第16A~16D圖為本發明另一實施例中微元件轉移頭陣列運作時之示意圖。

Claims (13)

  1. 一種微元件轉移頭，其包含： 一第一基臂，其包含一第一面和一第二面； 一第一支臂，其包含一個或多個第一電極，設置於該第一基臂之該第一面且位於該第一基臂之一第一端； 一第二支臂，其包含一個或多個第二電極，設置於該第一基臂之該第一面且位於該第一基臂之一第二端；以及 一絕緣層，設置於該第一基臂之該第一面且覆蓋著該第一支臂和該第二支臂之表面。
  2. 如請求項1所述之微元件轉移頭，其中該第一基臂另包含一個或多個第三電極。
  3. 如請求項1所述之微元件轉移頭，其另包含： 一第二基臂，設置於該第一基臂之該第二面，且包含一個或多個感應元件。
  4. 如請求項3所述之微元件轉移頭，其中該一個或多個感應元件為一個或多個電極或電磁線圈。
  5. 如請求項1所述之微元件轉移頭，其另包含： 一第一調整柱，設置於該第一基臂之該第二面，且該第一調整柱之位置對應於該第一支臂和該第二支臂之間的空間； 一第二調整柱，設置於該第一基臂之該第二面且位於該第一基臂之該第一端；以及 一第三調整柱，設置於該第一基臂之該第二面且位於該第一基臂之該第二端。
  6. 如請求項1所述之微元件轉移頭，其中該第一支臂在遠離該第一基臂之一端包含一第一勾形結構，而該二支臂在遠離該第一基臂之一端包含一第二勾形結構。
  7. 一種使用一微元件轉移頭來轉移一微元件之方法，該微元件轉移頭包含一第一基臂、一第一支臂和一第二支臂，該微元件製作於一基板上，該方法包含： 將該一第一支臂移至該微元件之感應範圍內； 對該一第一支臂通電以感應該微元件，使得該微元件離開該基板並朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動；以及 縮短該第一支臂和該第二支臂之間的距離，進而夾住該微元件。
  8. 如請求項7所述之方法，其另包含: 在對該第一支臂通電以感應該微元件朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動後，對該第一基臂通電以感應該微元件移入該第一支臂和該第二支臂之間的空間。
  9. 如請求項7所述之方法，其另包含: 在對該第一支臂通電以感應該微元件朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動後，將該微元件轉移頭朝一預定方向移動，使得通電之該第一支臂將該微元件感應移入該第一支臂和該第二支臂之間的空間，其中該預定方向平行於該基板之表面。
  10. 如請求項8或9所述之方法，其另包含: 在將該微元件感應移入該第一支臂和該第二支臂之間的空間後，對該第一支臂和該第二支臂分別施加相反極性的電壓以縮短該第一支臂和該第二支臂之間的距離。
  11. 如請求項8或9所述之方法，其中該微元件轉移頭另包含一第二基臂，該方法另包含: 透過該第二基臂來對該第一基臂施加一力矩形變以縮短該第一支臂和該第二支臂之間的距離。
  12. 如請求項7所述之方法，其另包含: 對該基板施加一第一電壓且對該第一支臂施加一第二電壓，以使該微元件與該基板分離並朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動，其中該第一電壓和該第二電壓極性相反。
  13. 如請求項7所述之方法，其另包含: 對該基板進行一邊緣切割處理以定義該微元件之範圍； 使用一輔助板將微元件之一端頂起而離開該基板；以及 對該第一支臂通電以感應該微元件與該基板分離並朝該第一支臂和該第二支臂之間的空間移動。
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