TWI647810B - 微元件之巨量排列方法及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種微元件之巨量排列方法，包含：使複數個微元件懸浮於液體表面，其中，該等微元件沿著相互垂直之一第一方向及一第二方向係以較大之初始間距相間隔；利用電磁作用力使懸浮於液體表面的該等微元件相接近，俾使該等微元件沿著第一方向及第二方向以較緊密之目標間距相間隔；以及使相接近且懸浮於液體表面的該等微元件轉移設置於一承載基板上、並於第一方向及第二方向以相對應之目標間距相間隔排列。本發明另提出一種可執行上述方法之微元件排列系統。藉此，該等微元件可於承載基板上排列成一高精度之陣列。

Description

微元件之巨量排列方法及系統
本發明有關一種元件排列方法及系統，特別關於一種微元件之巨量排列方法及系統。
發光二極體(LED)至今已有數十年之發展，LED除了作為指示燈號、照明光源、背光模組之光源、戶外大型顯示看板等應用外，目前LED已朝向電子裝置顯示器之應用發展。也就是，透過半導體微影製程技術，使LED晶片之尺寸可達微米等級，例如可相近或小於一顯示器之畫素大小，然後將微型化之LED(Micro LED)晶片排列成一陣列(或稱微型LED陣列(Micro LED array))、並轉移且電性接合至一具有驅動電路之承載基板上(再搭配其他元件)，藉此形成一顯示器，其中，顯示器之每個畫素可包含一個或複數個微型LED晶片，每個畫素藉由驅動電路之控制以形成顯示畫面，這種顯示器可稱為微型LED顯示器(Micro LED display)。
與有機發光二極體(OLED)相比，由於微型LED晶片係由無機材料所組成，故微型LED晶片較不受環境中所含之水氣及氧氣的影響，可具有較長之使用壽命；此外，微型LED晶片的發光頻譜具有較窄的半高寬(Full Width at Half Maximum，FWHM)，因此微型LED晶片構成的顯示器具有較高之色彩純度，可達到更廣的色域範圍(Color Gamut)。另一 方面，微型LED晶片之光電轉換效率也較高，故微型LED晶片可由較小之發光面積產生足夠的畫面顯示亮度；因此，於單一像素中，微型LED晶片之發光面積雖僅佔據畫素之整體面積的一小部分，卻足以產生高黑白對比之顯示畫面。
此外，OLED顯示器於製造過程中不易形成均勻之有機薄膜材料，造成所謂之色彩不均勻現象(Mura Effect)。而微型LED晶片可於製造完成後進行光電測試，進而分選出光電特性較為接近之微型LED晶片，用較相近之光電特性微型LED晶片所製造之顯示器可避免色彩不均勻現象。
微型LED晶片本身具有上述特點，然而將經過光電特性分選後所產生之大量微型LED晶片用以製造顯示器時，仍有些技術問題尚需克服或改善。舉例而言，如何將大量的微型LED晶片精準地排列成一微型LED陣列以形成顯示畫面、如何將微型LED陣列轉移並電性接合至顯示器中具有驅動電路之承載基板上等。尤其對於高解析度的顯示器而言，需要排列及轉移的微型LED晶片達百萬個，更顯困難及耗時。
有些技術方案被提出來改善上述技術問題。例如於第US8,349,116號之美國專利中，利用靜電力來吸引複數個微元件(例如射頻元件、微機電元件、LED晶片等)，然後將該等微元件轉移至一承載基板上；而於第US 9,550,353號之美國專利中，該技術方案使用橡膠吸頭將複數個半導體元件從一基板上取起，然後轉移至一目標基板上，但該等專利皆未具體說明如何在微元件轉移前形成一精準排列之微元件陣列或半導體元件陣列的技術。另外於第US 2017/0133558號之美國專利中，該技術方案將複數 個微元件懸浮於一液體中，然後使該等元件於液體中流動，於滾動的過程中，該等元件可被捕捉而落入置於液體中預先設置於基板上的凹井；此方式可使複數個微元件排列於基板之凹井中，然而該等元件流動能否順利地落入基板上的凹井實難以掌控，使得該等元件轉移排列完成之時間亦難以控制；再者，基板之凹井及微元件兩者的外形及電極皆需特殊配合形狀，難免增加製程的複雜度。
綜合上述，如何使微型LED晶片(或其他微元件)快速並精準的排列及/或巨量轉移問題能夠被更好地改善或克服，是目前LED業界待解決的問題。
本發明之一目的在於提出一種微元件排列方法及系統，其可使複數個微元件快速、方便、及/或精確地排列成一陣列，俾以該等微元件進行承載基板間之巨量轉移等後續製程。
為達上述目的，所提出的微元件排列方法包含：使複數個微元件懸浮於液體表面，其中，該等微元件係以沿著一第一方向之第一方向初始間距及沿著一第二方向之第二方向初始間距相間隔，該第一方向與該第二方向相垂直；利用電磁作用力使懸浮於該液體表面的該等微元件相接近，俾使該等微元件沿著該第一方向達成以一第一方向目標間距相間隔，及沿著該第二方向達成以一第二方向目標間距相間隔，其中，該第一方向目標間距及該第二方向目標間距小於相對應之該第一方向初始間距及該第二方向初始間距；以及使相接近且懸浮於液體表面的該等微元件轉移設置於一承載基板上、並以該第一方向及該第二方向相對應之目標間距相間隔 排列。
為達上述目的，所提出的微元件排列系統包含：一液體容置模組，包含一槽體，用以容置液體；以及一微元件排列模組，包含一導線組件，該導線組件包含沿著一第一方向之複數個第一導線及沿著一第二方向之複數個第二導線，該等第一導線及該等第二導線設置於該槽體中，且該第一方向與該第二方向相垂直；其中，該導線組件另定義有複數個網格所形成之陣列，該等網格之每一個係由兩條相鄰平行之第一導線及兩條相鄰平行之第二導線定義而成。
藉此，本發明之微元件排列方法及系統至少可提供以下有益技術效果：
1、相比於傳統拾取與放置(pick and place)之方式僅能依序處理少量的微元件，而本發明之微元件排列方法及系統可使大量的微元件同時懸浮於液體表面，再以電磁作用力使其彼此接近及排列，然後將大量的微元件從液體中一次性轉移設置於承載基板上，以快速、方便地形成所需間距之一微元件陣列；
2、藉由施加電能於導線來產生互相吸引之磁力，可使導線網格內縮以確實推動微元件使其彼此相接近及整齊排列。
3、微元件之間的第一方向目標間距及第二方向目標間距可藉由沿著該第二方向及該第一方向導線之線徑來準確地控制，而使用不同線徑之導線，可調整微元件之間相對應的目標間距。
4、承載基板可為一驅動電路基板，而該等微元件接近、排列後可由懸浮液體中直接轉移設置於具有驅動電路之承載基板上，俾以省去微元件的 巨量轉移製程。
為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明。
100D‧‧‧微元件排列系統
400D‧‧‧液體容置模組
40‧‧‧槽體
40F‧‧‧液體
41‧‧‧第一閥體
42‧‧‧第二閥體
43‧‧‧液位感測器
300D‧‧‧微元件排列模組
30‧‧‧導線組件
31‧‧‧第一導線
32‧‧‧第二導線
33‧‧‧網格
34‧‧‧電源供應器
60A‧‧‧磁場產生器
60B‧‧‧電場產生器
70‧‧‧控制模組
10‧‧‧微元件
11、11’‧‧‧LED晶片
111‧‧‧上表面
112‧‧‧下表面
113‧‧‧立面
114‧‧‧電極組
12‧‧‧輔助結構
121‧‧‧磁性材料
122‧‧‧易產生靜電感應材料
20‧‧‧暫時承載板
50‧‧‧承載基板
51‧‧‧膠膜
52‧‧‧板體
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
G1‧‧‧第一方向初始間距
G2‧‧‧第二方向初始間距
G1’‧‧‧第一方向目標間距
G2’‧‧‧第二方向目標間距
B‧‧‧磁場
N‧‧‧指北極
S‧‧‧指南極
E‧‧‧電荷
I1、I2‧‧‧電流
r1、r2‧‧‧中心距離、尺寸
Fr‧‧‧互斥力
S100‧‧‧微元件排列方法
S101~S111‧‧‧步驟
第1圖為依據本發明之較佳實施例之微元件排列方法的步驟流程圖；第2A圖至第2E圖為第1圖之微元件排列方法中，各種微元件之示意圖；第3A圖至第3C圖為第1圖之微元件排列方法中，低密度排列微元件步驟之各示意圖(俯視圖、側視圖及前視圖)；第4A圖至第4C圖為第1圖之微元件排列方法中，提供導線組件步驟之各示意圖；第5A圖至第5C圖為第1圖之微元件排列方法中，使微元件懸浮於液體表面步驟之各示意圖；第6A圖至第6C圖為第1圖之微元件排列方法中，使微元件沿著一方向接近步驟之各示意圖；第6D圖及第6E圖為第1圖之微元件排列方法中，使微元件沿著另一方向接近步驟之各示意圖；第7A圖及第7B圖為第1圖之微元件排列方法中，使微元件設置於承載基板步驟之各示意圖；第8A圖及第8B圖為第1圖之微元件排列方法中，移除導線組件步驟之各示意圖；第9A圖至第9D圖為依據本發明之另一較佳實施例之微元件排列方法，其 低密度排列微元件步驟之各示意圖。
第10圖為依據本發明之又一較佳實施例之微元件排列系統之示意圖。
請參閱第1圖，於本發明之較佳實施例中，一微元件排列方法(以下簡稱為排列方法)S100被提出，其可包含：較低精度排列微元件之步驟S101、提供導線組件之步驟S103、懸浮微元件於液體表面之步驟S105、較高精度排列微元件之步驟S107、設置微元件於承載基板之步驟S109以及移除導線組件之步驟S111。藉此，排列方法S100可使複數個微元件10(如第2A圖所示)快速、方便、及/或精確地排列成一陣列。
排列方法S100所排列的微元件10可包含射頻元件、微機電元件、LED晶片等尺寸為微米等級之元件。請參閱第2A圖及第2B圖，於一實施態樣中，微元件10可為一LED晶片11，該LED晶片11可為一覆晶式LED晶片，可發出一特定波長(顏色)之光線，例如包含藍光、紅光及綠光；此外，相鄰之LED晶片11所發射出之光線可為相同波長或不同波長。
結構上，LED晶片11可包含一上表面111、一下表面112、一立面113及一電極組114，上表面111與下表面112為相對且相反地設置，立面113形成於上表面111與下表面112之間、且連接上表面111與下表面112，換言之，立面113沿著上表面111之邊緣與下表面112之邊緣而形成。電極組114設置於下表面112上，且可具有二個以上之電極。由於電極組114設置於其上，下表面112又稱為電極面；申言之，此電極面並非指電極組114之下表面。
一般而言，LED晶片11本身之密度(質量體積比)較多數的 液體之密度還大，因此能使微元件10懸浮之液體種類有限。為此，請參閱第2C圖，於另一實施態樣中，微元件10除了包括一LED晶片11，更包含一具有低密度之輔助結構12，以降低微元件10整體之密度。具體而言，輔助結構12可設置於LED晶片11之上表面111上，且輔助結構12之密度小於LED晶片11之密度；輔助結構12例如可由一光阻材料來製成，其密度遠小於LED晶片11之材料的密度，例如輔助結構12之密度約為1g/cm3，而LED晶片11之材料(如藍寶石、氮化鎵)之密度約為4~6g/cm3。
因此，藉由設置一定厚度之輔助結構12，可使微元件10整體之密度大幅降低，進而使得能懸浮微元件10之液體種類有較多選擇。輔助結構12之厚度越大，微元件10之整體密度越小，使用者可依據所需之微元件10之密度，選擇輔助結構12之所需厚度。
輔助結構12可於複數個LED晶片11之製作階段中(尚未切割前)，藉由噴塗(spraying)、旋轉塗佈(spin coating)或印刷(printing)等方式直接形成於該等LED晶片11之上表面111上。爾後，再進行切割製程，形成單粒化之LED晶片11及輔助結構12，構成所需之微元件10。
請參閱第2D圖，於又一實施態樣中，微元件10可為一薄膜式LED晶片11’，其類似LED晶片11，唯可不包含藍寶石等磊晶基板，因此LED晶片11’之厚度較薄。請參閱第2E圖，於再一實施態樣中，微元件10可包含薄膜式之LED晶片11’及輔助結構12，輔助結構12設置於薄膜式之LED晶片11’之上，以藉由密度較低之輔助結構12來調整微元件10整體之密度。
排列方法S100將以上述態樣之微元件10為例，但不以此為限，進一步說明各步驟之技術內容。於實施本發明所揭露之巨量排列技術 之前，可先分選出光電性能較為接近之微元件10。
請參閱第3A圖至第3C圖，首先執行步驟S101(如第1圖所示)，將複數個微元件10以較低精度方式排列成一陣列。具體而言，將該等微元件10設置於一暫時承載板20上，該等微元件10例如可膠黏於暫時承載板20上、或被吸附於暫時承載板20上，若為後者，暫時承載板20可具有複數個吸孔(圖未示)連接至一負壓源(例如真空泵)，以產生吸力來吸住微元件10。於暫時承載板20上，該等微元件10彼此之間係沿著一第一方向D1以一第一方向初始間距G1相間隔及沿著一第二方向D2以一第二方向初始間距G2相間隔；相對於微元件10之厚度(垂直)方向而言，第一方向D1與第二方向D2係為水平方向、且兩相垂直。
第一方向初始間距G1及第二方向初始間距G2可為微元件10最終排列所需之第一方向目標間距及第二方向目標間距(即後述的第一方向目標間距G1’及第二方向目標間距G2’)的數倍，例如2倍、5倍至10倍；因此，該等微元件10以第一方向初始間距G1及第二方向初始間距G2形成的陣列係具有較低之排列密度。此外，排列微元件10時，不需精準地控制微元件10之間的初始間距G1與G2為相同距離，換言之，初始間距G1與G2允許有較大之公差範圍，而於第一或第二方向D1、D2上的微元件10之間的第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2只要符合公差範圍即可。因此，微元件10可快速地、低成本地(不需較高精度儀器輔助)排列於暫時性基板20上。
該等微元件10可例如透過拾取放置之方式，逐一地設置於暫時承載板20；或者，將該等排列於一藍膜(blue tape)等黏性材料結構上之 微元件10先適度擴張，以形成第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2之較低排列密度之微元件10陣列，然後再批次轉移至暫時性基板20上。
請參閱第4A圖至第4C圖，接著執行步驟S103(如第1圖所示)，提供一導線組件30來圍繞該等微元件10。具體而言，導線組件30包含複數個第一導線31及複數個第二導線32，第一導線31沿著第一方向D1延伸，而第二導線32沿著第二方向D2延伸；換言之，第一導線31沿著第二方向D2間隔地排列，第二導線32沿著第一方向D1間隔地排列。另外，該等第一導線31整體上位於該等第二導線32之上或下，或者該等第一導線31可與該等第二導線32上下交錯排列；第一及第二導線31及32可處於未拉緊狀態，故可於受力後自由移動。
藉由第一及第二導線31及32的間隔排列，導線組件30可定義出複數個網格33，每一個網格33係由兩條相鄰平行之第一導線31及兩條相鄰平行之第二導線32定義而成。網格33沿著第一方向D1及第二方向D2之尺寸為r1及r2，其可為上述微元件10之間的第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2。
第一及第二導線31及32接著圍繞該等微元件10，使該等微元件10分別位於該等網格33中，也就是，每一個微元件10之立面113旁有一對第一及第二導線31及32。
第一及第二導線31及32可用以通電而產生彼此吸引之磁力，故第一及第二導線31及32較佳地具有高導電率(conductivity)之芯線(例如金、銅、鋁或超導體製成者)，以產生足夠之磁場。此外，第一及第二導線31及32另包含覆蓋芯線之絕緣批覆層，避免第一及第二導線31及32 之間的短路。
另一方面，第一及第二導線31及32之線徑係對應微元件10最終排列所需之第二方向目標間距G2’與第一方向目標間距G1’。以5.5吋、解析度為1920 x 1080之顯示器為例，其次畫素(sub-pixel)之尺寸為63.4μm x 21.1μm，微元件10之間的目標間距小至約0.01~0.02mm(即10~20μm)，故第一及第二導線31及32亦相對地選用線徑為0.01~0.02mm者。具有微米等級之線徑之導線例如但不限定可從GoodFellow®或SWICOFIL®等導電纖維製造商獲得，亦可自行採用抽拉(protrusion)或微型加工(micro machining)等方式製成。此外，第一及第二導線31及32可選用不同線徑，以使微元件10於第一方向與第二方向可有不同間距。
第一及第二導線31及32之每一者的兩端可電性連接至一電源供應器34(如第10圖所式)，電源供應器34可提供特定安培值之電流通過第一及第二導線31及32，以產生磁力；第一及第二導線31及32之線徑決定第一及第二導線31及32所能承受之電流及所產生的磁力；此方面的技術內容爾後將參閱第6A圖或6D圖來進一步說明。
請參閱第5A圖至第5C圖，接著執行步驟S105(如第1圖所示)，懸浮該等微元件10於液體40F中。具體而言，該等微元件10及暫時承載板20係放置於一槽體40等容器(如第10圖所示)中，然後將液體40F注入至槽體40中，使得液體40F覆蓋暫時承載板20(即暫時承載板20整個位於液體40F中)、並且接觸到該等微元件10之LED晶片11之立面113；液體40F亦可淹沒該等微元件10。待液體40F淹沒暫時承載板20及至少接觸LED晶片11之立面113後，停止注入液體40F；此時，第一及第二導線31及32亦可能被 液體40F淹沒。
接著，使該等微元件10脫離暫時承載板20而懸浮於液體40F。也就是，微元件10是透過膠黏或吸附的方式暫時地固定於暫時承載板20上，可透過加熱或照射紫外光而使黏膠喪失黏性，透過停止負壓源運作而停止吸附，使得微元件10不再固定至暫時承載板20而可相對移動。此時，由於液體40F之密度大於微元件10之整體密度，液體40F提供一浮力作用至微元件10而使微元件10脫離暫時承載板20而懸浮於液體40F；懸浮的微元件10可完全地浸於液體40F中或是部分地露出至液體40F之液面。微元件10脫離暫時承載板20後，暫時承載板20移除或繼續放置於液體40F中皆可，第一及第二導線31及32之垂直高度可由導線組30之機構進行調整，或懸浮於液體40F中，使其與懸浮後之微元件10約略等高。
具有較高密度之液體40F例如但不限定可為3M®所提供的FluorinertTM之電子化學液(密度約1.85g/cm3)、溴仿(CHBr3，密度約為2.889g/cm3)、二碘甲烷(CH2I2，密度約為3.325g/cm3)或碘仿(CHI3，密度約為4.008g/cm3)。
由於液體40F之浮力僅使或主要使微元件10小幅度上移，使微元件10與受側向力時可自由移動，而浮力應不會造成微元件10於第一方向D1及第二方向D2上大幅地橫移，故懸浮之該等微元件10仍可以第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2相間隔，仍排列為陣列。另外，較佳地，液體40F之密度接近於微元件10之密度，可使微元件10平緩地上移、脫離暫時承載板20，減少液體40F波動。再者，微元件10若有包含輔助結構12，由於輔助結構12之密度小於LED晶片11之密度，上移過程中，輔助結構12會 位於上方，使得LED晶片11之電極組114保持於下方，形成穩定狀態。
於本實施例中，微元件10是位於導線組件30之網格33中之後，液體40F才注入而使微元件10懸浮。於其他實施例中，亦可先注入液體40F來使微元件10懸浮後，再提供導線組件30來圍繞微元件10。因此，步驟S103及S105之順序不限。
請參閱第6A圖至第6E圖，接著執行步驟S107(如第1圖所示)，產生電磁力來使懸浮的該等微元件相接近，而形成一較高精度排列之微元件陣列。具體而言，如第6A圖至第6C圖所示，對沿著第一方向D1之該等第一導線31施加電流I1，以使該等第一導線31之每一者產生一磁場；每一個第一導線31之電流I1係同向，故產生之磁場亦為同向，使得該等第一導線31彼此相吸引而沿著第二方向D2接近；網格33之尺寸r1亦會減少。如此，該等第一導線31會抵靠微元件10之立面113而推動該等微元件10，使得該等微元件10亦沿著第二方向D2接近。
如第6D圖及第6E圖所示，對沿著第二方向D2之該等第二導線32施加電流I2而產生另一磁場，俾以該等第二導線32彼此相吸引而沿著第一方向D1接近；網格33之尺寸r2亦會減少。如此，該等第二導線32會推動該等微元件10沿著第一方向D1接近。第二導線32的施加電流可與第一導線31的施加電流同時執行或依序執行。
職是，透過施加電流I1及I2於第一及第二導線31及32，該等微元件10由於電磁引力之作用可沿著第一方向D1及第二方向D2相接近，朝中間集中，從而形成以一第一方向目標間距G1’與一第二方向目標間距G2’相間隔排列之一較高排列密度陣列。第一方向目標間距G1’與一第二方向目 標間距G2’小於相對應之第一方向初始間距G1與一第二方向初始間距G2，沿著第一方向D1之第一方向目標間距G1’對應第二導線32之線徑，而沿著第二方向D2之第二方向目標間距G2’對應第一導線31之線徑，且第一導線31及第二導線32可具有不同之線徑。收縮集中後的第一及第二導線31及32所定義之網格33可相同或略大於微元件10之上表面111。
依據安培力定律(Ampère's force law)：，可計算出相鄰的兩載流線(即第一導線31或第二導線32)所產生之電磁力F，其中：I1、I2為平行的兩載流線之電流，△L為載流線之長度，r為兩載流線之距離，μ0真空導磁率。
以下將以一5.5吋、解析度為1920 x 1080之顯示器為例，說明第一導線31及第二導線32所產生之電磁力F1及F2。
如第4A圖所示，懸浮之微元件10先以第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2排列成一較低排列密度陣列(尺寸為151.1mm x 268.7mm)，而兩相鄰第一導線31之間的中心距離r1及兩相鄰第二導線32之間的中心距離r2設定為139μm。以銅製作之第一導線31及第二導線32之線徑選用20.3μm，故第一導線31及第二導線32之融斷電流(burn-out current)約為460mA。如第6D圖所示，電流I1及I2設定為350mA，不超過融斷電流；而微元件10相接近後以第一方向目標間距G1’與第二方向目標間距G2’排列成一較高排列密度陣列(尺寸為68.5mm x 121.8mm)，中心距離r1及r2縮減為63μm。
將這些上述數值整理成下表，並依據安培力定律，可得到第一導線31之電磁力F1為0.0027g，而第二導線32之電磁力F2為0.0048g。
除了第一條與其相鄰之第二條第一導線31之間會產生電磁力F1外，第一條第一導線31與其不相鄰之第三條、第四條等其他之間第一導線31也會產生電磁力F1；因此，如下表所示，累計至一百條第一導線31時，總電磁力F1約為一條第一導線31之5.19倍，可達0.0141g。同理，累計至一百條第二導線32時，總電磁力F2約為一條第二導線32之5.19倍，可達0.0251g。因此，第一導線31及第二導線32之電磁力F1及F2足以推動懸浮之微元件10使其相接近而整齊排列。
請參閱第7A圖及第7B圖，接著執行步驟S109(如第1圖所示)，將相接近後的該等微元件10下方設置一承載基板50。具體而言，如第7A圖所示，將承載基板50放置於液體40F中、並位於微元件10的下方；承載基板50可為一具有膠膜51之板體52或一膠膜。如第7B圖所示，然後洩除液體40F，使微元件10下降及接觸承載基板50上，並可使用一壓板(圖未示)自上方將該等微元件10壓黏於承載基板50上。此等過程中，第一導線31及第二導線32可持續通入電流而相吸引，該等微元件10仍以第一方向目標間距G1’與第二方向目標間距G2’排列成高排列密度陣列。
於另一實施例中(圖未示)，承載基板50放置於液體40F後，可使承載基板50向上移動，進而使承載基板50之膠膜51接觸該等微元件10之電極組114。承載基板50可持續上移，與該等微元件10一起離開液體40F；此等過程中，液體40F可不需洩除。於又一實施例中(圖未示)，使相吸引的第一導線31及第二導線32之導線組30機構向上移動，與該等微元件10一起離開液體40F，然後再將該等微元件10放置於承載基板50上；此等過程中，液體40F可不需洩除，且承載基板50不需置於液體40F中。
請參閱第8A圖及第8B圖，最後執行步驟S111(如第1圖所示)，移除導線組件30之第一導線31及第二導線32。具體而言，第一導線31及第二導線32停止施加電流，然後使第一導線31及第二導線32向上移動、 從而不再包圍該等微元件10。爾後，若微元件10包含輔助結構12，可移除輔助結構12(例如透過光阻曝光、顯影或光阻剝除等製程技術來移除)，使微元件10僅包含LED晶片11。如此，即可完成一精密排列的LED晶片陣列。
該等LED晶片11(微元件10)爾後可藉由巨量轉移技術，轉移至一具有驅動電路之承載基板(圖未示)。如第7A圖至第7B圖所示，承載基板50亦可直接為驅動電路基板，因此微元件10直接地設置於驅動電路基板上，不需額外利用巨量轉移技術。
請參閱第9A圖至第9C圖，於本發明之另一較佳實施例中，另一微元件排列方法被提出，其技術內容可與排列方法S100之技術內容相互參考、理解或組合應用等。此排列方法與S100兩者相似，皆包含步驟S107~S111，惟於較低精度排列微元件10時，可採以下技術內容。
如第9A圖，準備一密度較大之液體40F，然後使複數個微元件10懸浮於液體40F。也就是，該等微元件10直接地放置至液體40F而懸浮，不需利用到暫時承載板20，此外，微元件10放至液體40F時，可不需特定地設定該等微元件10之位置及其間的間距，故懸浮之該等微元件10可能是雜亂地分佈、未規律地排列成一陣列。
微元件10包含密度較小之輔助結構12，且輔助結構12更包含一磁性材料121，混合於光阻材料中。磁性材料121例如可為鐵磁性材料(包含鐵、鈷、鎳等材料、其合金或其化合物)，故輔助結構12能產生磁力。較佳地，磁性材料121可為軟磁性材料，外加一磁場可使磁性材料121之磁矩排列整齊而產生磁性，當磁場移除後，磁性材料121之磁矩回復至雜亂排列而不具磁性。
如第9B圖所示，當微元件10懸浮於液體表面40F後，對該等微元件10施加一磁場。一磁場產生器60A可用以施加磁場，其可包含一永久磁鐵或一電磁鐵，且可設置於該等微元件10之上方，或如第9C圖所示，也可將磁場產生器60A設置成環繞於該等微元件10。磁場產生器60A所提供之磁場可誘發輔助結構12之磁性材料121產生磁場B，故每一個微元件10都有各自的磁場B，該等磁場B的極性皆相同，例如指北極N皆朝上、指南極S皆朝下。
由於該等微元件10具有相同極性之磁場B，微元件10之間將產生互斥力(repulsive force)Fr，使得該等微元件10沿著第一方向D1及/或第二方向D2移動。該等微元件10移動到彼此之間的互斥力Fr達到一平衡狀態後，可沿著第一方向D1及第二方向D2以第一方向初始間距G1與第二方向初始間距G2相間隔排列，構成例如第5A圖所示之較低精度陣列。
如第9D圖所示，於其他實施態樣中，輔助結構12可不包含磁性材料121，而是由一易產生靜電感應之材料所構成，或包含易產生靜電感應材料122，混合於輔助結構12中。當微元件10懸浮於液體40F表面後，可利用一電場產生器60B來對該等微元件10施加一電場；電場產生器60B帶有或產生電荷(例如負電荷)E，且可設置於微元件10之上方及/或下方。
外加電場後，輔助結構12會產生靜電感應(Electrostatic Induction)，從而使易產生靜電感應材料122內之電荷E重新分佈，異性之電荷E(例如正電荷)將會被吸引接近電場產生器60B。由於輔助元件12具有由感應電荷所產生之局部電場，使該等微元件10之間產生互斥力Fr，造成該微元件10沿著第一方向D1及第二方向D2移動，完成以初始間距G1與G2相間 隔排列，構成例如第5A圖所示之較低精度陣列。
懸浮之微元件10因為互斥力Fr而排列成較低精度陣列後，排列方法可繼續執行提供導線組件等步驟(即上述步驟S103至S111)；此外，在執行提供導線組件之步驟S103時，可持續外加之電場或磁場至微元件10直到微元件10位於導線組件30之網格33中(如第4A圖所示)。
再者，藉由調整外加之電場或磁場之大小，進而控制該等微元件10之間的互斥力Fr之分佈，應能使微元件10直接以目標間距G1’與G2’相間隔排列。如此，可省略提供導線組件及使微元件相接近等步驟之執行。
請參閱第10圖所示，接著將說明依據本發明的又一較佳實施例的微元件排列系統100D，其可用以執行依據本發明的較佳實施例之微元件排列方法之至少部分之步驟，因此，微元件排列系統100D之技術內容可參照上述微元件排列方法的技術內容(反之亦可)，故說明上較為簡潔。
微元件排列系統100D可包含一液體容置模組400D、一微元件排列模組300D、一磁場產生器60A(及/或一電場產生器60B)以及一控制模組70。液體容置模組400D可包含一槽體40，其可容置液體40F；微元件10及暫時承載板20(圖未示)皆可放置於槽體40內，且微元件10可懸浮於液體40F(如第5A圖所示)。
可選擇地，液體容置模組400D更包含一第一閥體41及一第二閥體42，其可直接設置於槽體40上，或是通過一管線來間接地設置於槽體40上。當第二閥體42開啟時，液體40F可持續注入槽體40中，使液體40F淹沒微元件10及/或暫時承載板20；而第一閥體41開啟時，液體40F可從槽體40中排除，使得微元件10下降至承載基板50(如第7B圖所示)。液體容置模 組400D更可包含一液位感測器43，用以感測液體40F之液位，藉以供控制模組70利用來協調第一閥體41及第二閥體42之開啟或關閉。
微元件排列模組300D包含一導線組件30及一電源供應器34，導線組件30包含複數個第一導線31及複數個第二導線32(如第4A圖所示)，第一導線31及第二導線32皆設置於槽體40中。導線組件30可於槽體40移動，待該等微元件10懸浮後、再圍繞該等微元件10；導線組件30亦可從槽體40移除。電源供應器34電性連接至導線組件30，以對第一導線31及第二導線32施加電流，使第一導線31及第二導線32產生電磁場而相吸引。電源供應器34可與第一導線31及第二導線32之每一者之兩端相連。
磁場產生器60A及/或電場產生器60B(如第9C圖至第9D圖所示)可於槽體40中產生一均勻磁場及/或電場，致使微元件10之間產生互斥力Fr。電源供應器34可電性連接至磁場產生器60A及/或電場產生器60B，以施加電流而產生磁場及/或電場。磁場產生器60A及/或電場產生器60B可設置於槽體40之中、不會被液體40F接觸之位置，或設置於槽體40之外，例如位於槽體40之上方或下方或圍繞槽體40。
控制模組70可控制與協調液體容置模組400D及微元件排列模組300D之作動，藉此自動化地實現微元件排列。舉例而言，控制模組70可控制第一閥體41及第二閥體42之開關，可控制電源供應器34供應電流至導線組件30、磁場產生器60A及/或電場產生器60B等。控制模組70可包含一程序控制器、處理器、記憶體等本領域所知悉的控制元件。
綜合上述，本發明微元件排列方法及系統可使複數個微元件快速、方便、及/或精確地排列成一陣列，俾以該等微元件進行巨量轉移等 後續製程；此外，該等微元件亦可直接排列於具有驅動電路之承載基板上，無須進行巨量轉移之製程。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

Claims (18)

  1. 一種微元件排列方法，包含：使複數個微元件懸浮於液體，其中，該等微元件沿著一第一方向係以一第一方向初始間距相間隔及沿著一第二方向係以一第二方向初始間距相間隔，該第一方向與該第二方向相互垂直；使懸浮於該液體的該等微元件相接近，俾使該等微元件沿著該第一方向係以一第一方向目標間距相間隔及沿著該第二方向係以一第二方向目標間距相間隔而形成一微元件陣列，其中，該第一方向目標間距及該第二方向目標間距小於相對應之該第一方向初始間距及該第二方向初始間距；以及當該等微元件形成該微元件陣列後，再使相接近的該等微元件設置於一承載基板上、並維持該第一方向目標間距及該第二方向目標間距相間隔排列。
  2. 如請求項1所述的微元件排列方法，更包含：提供一導線組件，其中該導線組件包含沿著該第一方向之複數個第一導線以及沿著該第二方向之複數個第二導線，該導線組件另定義有複數個網格，該等網格之每一個係由該等第一導線之相鄰兩個及該等第二導線之相鄰兩個圍繞而形成；使該等微元件分別位於該導線組件之該等網格中；對該等第一導線施加電流，以使該等第一導線產生磁場而相接近，俾使該等微元件沿著該第二方向相接近；以及對該等第二導線施加電流，以使該等第二導線產生磁場而相接近，俾使該等微元件沿著該第一方向相接近。
  3. 如請求項2所述的微元件排列方法，其中，於該等微元件分別位於該導線組件之該等網格中之後，再使該等微元件懸浮於該液體。
  4. 如請求項2所述的微元件排列方法，其中，於該等微元件懸浮於該液體之後，再使該等微元件分別位於該導線組件之該等網格中。
  5. 如請求項1至4之任一項所述的微元件排列方法，其中，使該等微元件懸浮於該液體之該步驟中，更包含：將該等微元件設置於一暫時承載板上，且該等微元件係以沿著該第一方向以該第一方向初始間距相間隔排列，及係以沿著該第二方向以該第二方向初始間距相間隔排列；使該液體覆蓋該暫時承載板；以及使該等微元件脫離該暫時承載板而懸浮於該液體。
  6. 如請求項5所述的微元件排列方法，其中，該等微元件係膠黏於該暫時承載板上、或被吸附於該暫時承載板上。
  7. 如請求項1至4之任一項所述的微元件排列方法，其中，該等微元件之每一個包含一LED晶片，該LED晶片包含一上表面、一下表面及一電極組，該電極組設置於該下表面。
  8. 如請求項7所述的微元件排列方法，其中，該等微元件之每一個更包含一輔助結構，該輔助結構設置於該LED晶片之該上表面，且該輔助結構之密度小於該LED晶片之密度。
  9. 如請求項8所述的微元件排列方法，其中，該輔助結構包含一磁性材料；其中，使該等微元件懸浮於該液體之該步驟中，更包含：施加一磁場，以磁化該等微元件之該等輔助結構，俾使該等微元件沿著該第一方向及該第二方向彼此產生斥力而以該第一方向初始間距及第二方向初始間距相間隔。
  10. 如請求項8所述的微元件排列方法，其中，使該等微元件懸浮於該液體之該步驟中，更包含：施加一電場，使該等微元件之該等輔助結構產生靜電感應(Electrostatic Induction)，俾使該等微元件沿著該第一方向及該第二方向彼此產生斥力而以該第一方向初始間距及該第二方向初始間距相間隔。
  11. 如請求項10所述的微元件排列方法，其中，該輔助結構包含一易產生靜電感應材料。
  12. 如請求項8所述的微元件排列方法，更包含：移除該等微元件之該等輔助結構。
  13. 如請求項1至4之任一項所述的微元件排列方法，其中，使相接近的該等微元件設置於該承載基板上之該步驟中，包含：將該承載基板放置於該等微元件的下方；以及洩除該液體，以使該等微元件下降至該承載基板上。
  14. 一種微元件排列系統，包含：一液體容置模組，包含一槽體，用以容置液體；以及一微元件排列模組，包含一導線組件，該導線組件包含沿著一第一方向之複數個第一導線及沿著一第二方向之複數個第二導線，該等第一導線及該等第二導線設置於該槽體中，且該第一方向與該第二方向相垂直；其中，該導線組件另定義有複數個網格，該等網格之每一個係由該等第一導線之相鄰兩個及該等第二導線之相鄰兩個圍繞而形成。
  15. 如請求項14所述的微元件排列系統，其中，該微元件排列模組更包含一電源供應器，該電源供應器電性連接至該導線組件，用以對該等第一導線及該等第二導線施加電流。
  16. 如請求項14所述的微元件排列系統，其中，該液體容置模組更包含一第一閥體及一第二閥體，該第一閥體及該第二閥體設置於該槽體上，分別用以從該槽體中排除該液體及注入該液體至該槽體中。
  17. 如請求項14至16之任一項所述的微元件排列系統，更包含一磁場產生器及/或一電場產生器，可於該槽體中產生一均勻磁場及/或電場。
  18. 如請求項14至16之任一項所述的微元件排列系統，更包含一控制模組，該控制模組設置成可控制與協調該液體容置模組及該微元件排列模組之作動。
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