TWI749399B - 微型元件轉移頭、微型元件轉移裝置以及微型元件顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種微型元件轉移頭、微型元件轉移裝置以及微型元件顯示裝置。所述微型元件轉移頭包含承載面,承載面對應有微型元件取出範圍,且微型元件取出範圍為第一幾何圖形,第一幾何圖形至少包含一個銳角。其中第二幾何圖形係由n個第一幾何圖形組成,第二幾何圖形至少包含一個直角,且第二幾何圖形的形狀與第一幾何圖形的形狀不同,n為大於1的正整數。
Description
本發明係關於一種微型元件轉移頭、微型元件轉移裝置以及微型元件顯示裝置,特別是關於一種能改善微型發光二極體轉移效率的微型元件轉移頭以及微型元件轉移裝置,以及應用微型元件轉移頭以及微型元件轉移裝置製造的微型元件顯示裝置。
於現今的微型發光二極體(micro LED)製造技術中,微型發光二極體在磊晶完成後,還需要利用轉移頭將微型發光二極體晶圓轉移到接收基板上,以利進行後續的運輸或加工作業。然而,由於微型發光二極體的尺寸是微米等級,逐一取出微型發光二極體必然十分耗時。為了提高轉移時的效率,目前業界正努力研究能夠以較大面積移轉微型發光二極體的巨量轉移(mass transfer)技術。舉例來說,傳統上會利用轉移頭的承載面多次接觸晶圓,以批次取出附著於承載面的多個微型發光二極體。
為了節省製程成本,通常會在晶圓內儘可能地製作更多數量的微型發光二極體,但是實務上並非晶圓內所有的微型發光二極體都能順利被取出來。其原因之一是,晶圓的表面接近圓形,而傳統轉移頭的承載面為矩形或正方形,從而因晶圓與承載面的形狀不匹配,導致部分功能正常的微型發光二極體,僅因鄰近晶圓的邊緣而無法被取出。有鑑於此,業界需要一種新的轉移頭,能夠更完整取出晶圓內的微型發光二極體,以提高晶圓的使用率。
本發明提供了一種微型元件轉移頭,改良了微型元件轉移頭中的承載面,減少微型元件因鄰近晶圓的邊緣而無法被取出的情況,從而提高了晶圓的使用率。
本發明提供一種微型元件轉移頭,所述微型元件轉移頭包含承載面。承載面對應有微型元件取出範圍,且微型元件取出範圍為第一幾何圖形,第一幾何圖形至少包含一個銳角。其中第二幾何圖形係由n個第一幾何圖形組成,第二幾何圖形至少包含一個直角,且第二幾何圖形的形狀與第一幾何圖形的形狀不同,n為大於1的正整數。
於一些實施例中,當承載面接觸晶圓的表面時,承載面可以用來取出位於表面且在微型元件取出範圍內的多個微型元件。在此,第一幾何圖形可以為三角形,第二幾何圖形可以為矩形,並且第一幾何圖形可以更包含直角,此時n為偶數。此外,第一幾何圖形也可以為扇形,第二幾何圖形也可以為圓形。
本發明提供了一種微型元件轉移裝置,改良了微型元件轉移頭中的承載面,減少微型元件因鄰近晶圓的邊緣而無法被取出的情況,從而提高了晶圓的使用率。
本發明提供一種微型元件轉移裝置,用以取出晶圓中的多個微型元件。所述微型元件轉移裝置包含載台以及微型元件轉移頭。載台用以設置晶圓。微型元件轉移頭位於載台的相對位置,微型元件轉移頭具有承載面,承載面對應有微型元件取出範圍,且微型元件取出範圍為第一幾何圖形。其中第一幾何圖形的第一端大致上對準於晶圓的中心位置。
於一些實施例中,第一幾何圖形的第一端可以為銳角,且第一幾何圖形可以為三角形或扇形。此外,載台更可以用來旋轉該晶圓,且當載台旋轉晶圓時,晶圓的中心位置大致相同。
本發明提供了一種微型元件顯示裝置,能夠接收由微型元件轉移頭與微型元件轉移裝置批次轉移來的多個微型元件,從而能夠快速地完成微型元件的巨量轉移。
本發明提供一種微型元件顯示裝置,包含接收基板。所述接收基板具有顯示面,顯示面包含多個微型元件承載範圍,且每一個微型元件承載範圍為第一幾何圖形,第一幾何圖形至少包含銳角。其中每一個微型元件承載範圍內包含多個微型元件,同一個微型元件承載範圍內的微型元件間隔第一間距,於不同的微型元件承載範圍內的微型元件至少間隔第二間距,第一間距相異於第二間距。
於一些實施例中,顯示面更可以包含第二幾何圖形,第二幾何圖形係由n個第一幾何圖形組成,第二幾何圖形至少包含直角,且第二幾何圖形的形狀與第一幾何圖形的形狀不同,其中n為大於1的正整數。此外,顯示面的形狀可以同形於第二幾何圖形。
綜上所述,本發明提供的微型元件轉移頭與微型元件轉移裝置,將微型元件取出範圍的形狀改成非矩形,使得微型元件取出範圍可以更靠近晶圓的邊緣,減少微型元件體因鄰近晶圓的邊緣而無法被取出的情況,從而提高了晶圓的使用率。此外,本發明提供的微型元件顯示裝置具有多個微型元件承載範圍,每個微型元件承載範圍都可以接收由微型元件轉移頭與微型元件轉移裝置批次轉移來的多個微型元件,從而能夠快速地完成微型元件的巨量轉移。
下文將進一步揭露本發明之特徵、目的及功能。然而,以下所述者,僅為本發明之實施例,當不能以之限制本發明之範圍,即但凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化及修飾,仍將不失為本發明之要意所在,亦不脫離本發明之精神和範圍,故應將視為本發明的進一步實施態樣。
請參閱圖1,圖1係繪示依據本發明一實施例之轉移裝置的立體示意圖。如圖1所示,微型元件轉移裝置1可以包含載台10以及微型元件轉移頭12,並且可以用來取出晶圓W中的多個微型元件(圖未示)。其中晶圓W可包含一臨時基板(圖未示),上面配置有多個微型元件(圖未示),以暫時承載固定多個微型元件(圖未示)以供後續轉移。在此,載台10用於承載晶圓W,微型元件轉移頭12可以位於載台10的上方,並且微型元件轉移頭12朝向晶圓W的一側可以定義為承載面12a。在此,承載面12a上可以用來取出微型元件,例如當承載面12a接觸晶圓W時,便可以對應取出在微型元件取出範圍120內的微型元件。值得一提的是,由於承載面12a在微型元件轉移頭12的一側,如果從外部看向承載面12a時,亦即從遠離承載面12a的另一側,微型元件轉移頭12和承載面12a的外觀(或輪廓)形狀可以是同形,或是微型元件轉移頭12的外觀形狀包圍的面積可以大於與承載面12a的面積,可讓後續轉移時的施力平均。於一個例子中,從外部看向承載面12a時,微型元件轉移頭12的外觀形狀可以為一矩形,而承載面12a可以為三角形。但在未繪示出的實施例中,微型元件轉移頭12和承載面12a的外觀形狀不一定和微型元件取出範圍120有關聯。於另一個例子中,從外部看向承載面12a時,微型元件轉移頭12的外觀包圍的面積也有可能小於與承載面12a的面積,本發明不限制轉移頭12和承載面12a的外觀形狀。
於一個例子中,所述微型元件可以是一種微型發光二極體(micro LED)、微型雷射二極體(micro laser diode)或者微型電路元件 (micro circuit),本實施例在此不加以限制。實務上,由於微型元件的尺寸(邊長)可能是微米級,例如是小於等於100μm,而微型元件取出範圍120的尺寸(邊長)可能是公分級,相對於微型元件取出範圍120來說微型元件非常地小。換句話說,微型元件取出範圍120內可能具有數百、數千甚至更多的微型元件,為了圖面的簡潔,本實施例的圖式不特別繪示出晶圓W中的微型元件。
另外,微型元件轉移頭12取出微型元件的手段很多,例如承載面12a可能設計有電極(圖未示)而定義出微型元件取出範圍120,當承載面12a接觸晶圓W時,可以將電極通電而利用靜電力吸附起微型元件取出範圍120內的多個微型元件。或者,在承載面12a上可能設置有黏性材料,透過設置於承載面12a的範圍而定義出微型元件取出範圍120,當承載面12a接觸晶圓W時,承載面12a可以直接利用黏性材料黏起微型元件取出範圍120內的多個微型元件。換句話說,承載面大小可以異於實際微型元件取出範圍大小。當然,本實施例不限制微型元件轉移頭12取出微型元件的手段,只要微型元件轉移頭12能用於取出多個微型元件,即應屬本實施例微型元件轉移頭12的範疇,於所屬技術領域具有通常知識者可以自由選擇合適的設計。
有別於傳統轉移頭的承載面對應到的微型元件取出範圍通常是矩形,本實施例承載面12a對應到的微型元件取出範圍120可以設計成不同的形狀。請一併參閱圖1與圖2,圖2係繪示依據依據本發明一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。如圖2所示,圖2繪示了晶圓W上的多個微型元件取出範圍120,微型元件取出範圍120可以是緊密排列在一起的。值得一提的是,圖2繪示的多個微型元件取出範圍120僅是示範微型元件轉移頭12多次接觸晶圓W可以對應到的位置,而不意味著晶圓W具有實際上的分界線,並且本實施例也不限制微型元件取出範圍120的順序。
以圖2的例子來說,微型元件取出範圍120可以具有大致相同的第一幾何圖形,且所述第一幾何圖形可以例如是三角形。實務上,第一幾何圖形可以是直角三角形,即第一幾何圖形內有一個角為直角,而其他兩個角為銳角,本實施例在此不限制銳角的角度,例如其中一個銳角可以是5度、10度、15度、30度或45度。其中一個將第一幾何圖形改良成非矩形的好處在於,可以更有效地取出晶圓W中的微型元件。例如,請一併參閱圖2與圖3,圖3係繪示依據先前技術之微型元件取出範圍的示意圖。對比圖2與圖3可知,圖3的微型元件取出範圍9是矩形,在相同的邊長之下,微型元件取出範圍9的面積比微型元件取出範圍120的面積更大,且無法取出在晶圓W邊緣的微型元件。相反地,微型元件取出範圍120是三角形,除了有面積較小的好處之外,還更能儘可能地接近晶圓W的邊緣。以圖式示範的例子來說,圖3僅能取出58次的微型元件取出範圍9,而圖2可以取出124次的微型元件取出範圍120。假設一個微型元件取出範圍9的矩形是由兩個微型元件取出範圍120的三角形組合而成,圖2可以比圖3多取出8次的微型元件取出範圍120,意味著圖2等於能比圖3多取出4次的微型元件取出範圍9。顯然,在改良承載面12a對應到微型元件取出範圍120的形狀之後,有著更突出的晶圓利用率,例如是大於90%的晶圓利用率。特別說明的是,每次微型元件取出範圍120可取出大於10000個以上的微型元件,達成巨量轉移又將晶圓利用率提到最高。
於一個例子中,微型元件取出範圍120的面積有機會被調整,即第一幾何圖形可以動態地被改變。舉例來說,如果承載面12a是利用靜電力吸附起微型元件取出範圍120內的多個微型元件時,便可以藉由導通不同的電極,實現改變第一幾何圖形的目的。以實際的應用來說,請一併參閱圖2與圖4,圖4係繪示依據依據本發明另一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。如圖所示,當微型元件轉移頭12在取出靠近晶圓W中心位置的微型元件時,承載面12a可以將第一幾何圖形設定為較大面積的矩形,例如是矩形的微型元件取出範圍220,使得取出微型元件的速度相對較快。當微型元件轉移頭12在取出靠近晶圓W邊緣的微型元件時,承載面12a可以將原第一幾何圖形設定為較小面積的三角形(第三幾何圖形),例如是三角形的微型元件取出範圍222,使得有更多的微型元件可以被取出來。在此,所述晶圓W的邊緣可以由電腦判斷,例如微型元件轉移頭12移動到晶圓W上方的某一位置,當電腦判斷將第一幾何圖形設定為較大面積的矩形有可能超出晶圓W的邊界時,便可以判斷所述位置屬於晶圓W的邊緣,而將幾何圖形切換成較小的第三幾何圖形。於另一個例子中,愈接近晶圓W的邊緣可將幾何圖形切換成較小的更小幾何圖形以達到晶圓利用率,因此,用本實施例中的兩個或兩個以上的幾何圖形組成第二幾何圖形,對所屬技術領域具有通常知識者應十分容易理解。
另一方面,由於微型元件轉移頭12從晶圓W取出微型元件之後,後續仍是需要放置到接收基板或顯示基板上。因此,如何讓接收基板或顯示基板上的微型元件排列方式能便於後續作業使用,也是一個實務上常遇到問題。舉例來說,顯示基板可能因為產品(例如穿戴式設備、手機或各種顯示器)的規格而有固定的尺寸和長寬比,且顯示基板往往是各種比例的矩形(第二幾何圖形)。因此可以便利地將微型元件轉移頭取出的微型元件組合成不同尺寸和長寬比地矩形。不過,本實施例以第一幾何圖形為直角三角形為例,於所屬技術領域具有通常知識者應可以明白,偶數個直角三角形組合出各種尺寸和長寬比的矩形也應同樣沒有困難。因此,用本實施例中的兩個或兩個以上的第一幾何圖形組成第二幾何圖形,對所屬技術領域具有通常知識者應十分容易理解。
值得一提的是,本實施例在此也不限制第一幾何圖形的形狀。於一個例子中,如果第二幾何圖形是矩形,則第一幾何圖形除了可以是直角三角形之外,還有可能是帶有直角的多邊形。當然,如果第二幾何圖形是特殊的多邊形,則第一幾何圖形可以是任何能夠組合出第二幾何圖形的形狀,本實施例不加以限制。此外,本實施例也不限制承載面12a接觸晶圓W的位置。實務上,承載面12a接觸晶圓W的位置與微型元件取出範圍120的第一幾何圖形有關。
請一併參閱圖1與圖5,圖5係繪示依據依據本發明再一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。如圖所示,微型元件取出範圍320同樣以直角三角形為例,本實施例把直角三角形的一端(第一端)大致集中在晶圓W的中心位置。本實施例的好處之一是,微型元件轉移頭12可以不需要在晶圓W上方移動至下一個微型元件取出範圍320,而是藉由轉動載台10,使得下一個微型元件取出範圍320移動到轉移頭12下方,減少對位校準上的時間。此時,由於載台10轉動會帶動上方的晶圓W一起轉動,因此只要載台10的旋轉中心點恰好是晶圓W的中心位置,則所屬技術領域具有通常知識者應可以理解晶圓W的中心位置可以大致相同。另外,當第一幾何圖形相對細長時,微型元件轉移頭12有機會取出更靠近晶圓W邊緣的微型元件,從而能夠進一步提高晶圓利用率。舉第一幾何圖形是直角三角形為例,直角三角形有長邊、短邊與斜邊,前述第一幾何圖形相對細長的描述,可以意味著長邊和短邊的比值介於1.25至5。舉例來說,長邊和短邊的比值小於1.25會使晶圓利用率變低,大於5則會使取出的微型元件不夠多。於一個例子中,長邊和短邊的比值較佳例如是2、3或4,本實施例不加以限制。
另一方面,第一幾何圖形也可以不是多邊形,請一併參閱圖1與圖6,圖6係繪示依據依據本發明又一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。如圖所示,微型元件取出範圍420在此示範可以為扇形,並且本實施例同樣可以把扇形的一端(第一端)大致集中在晶圓W的中心位置。與前一實施例相同的是,本實施例的微型元件轉移頭12也不需要在晶圓W上方移動至下一個微型元件取出範圍420,而是藉由轉動載台10,便可以將下一個微型元件取出範圍420移動到微型元件轉移頭12下方。此外,當第一幾何圖形帶有弧度時,由於更接近晶圓W的形狀,應更能夠提高晶圓利用率。本實施例不限制圓心角的角度,例如圓心角可以是10度、15度、30度或60度。圓心角較佳大於等於60度,可減少移動取出的次數。更佳的是,圓心角可以是360的因數,可減少移動取出的次數。另外,本實施例也不限制將第一幾何圖形設計成扇形的時機,舉例來說,如果要組合出的第二幾何圖形是圓形時,所屬技術領域具有通常知識者便可以選擇將第一幾何圖形設計成扇形。
請一併參閱圖1與圖7,圖7係繪示依據依據本發明一實施例的微型元件顯示裝置的示意圖。如圖所示,微型元件轉移頭12從晶圓W取出微型元件之後,後續放置到接收基板50上,接收基板50可以是微型元件顯示裝置5的一部份,配置有驅動線路以供後續的顯示驅動。接收基板50包括顯示面52,其中顯示面52包含多個微型元件承載範圍520,微型元件承載範圍520可以具有大致相同的第一幾何圖形。在此,同一個微型元件承載範圍520內個微型元件522的間距可以定義為第一間距D1,於不同的微型元件承載範圍520內的微型元件522之間的最小間隔可以定義為第二間距D2,而第一間距D1會相異於第二間距D2。以實際的例子來說,微型元件轉移頭12可以將晶圓W上的微型元件批次轉移到接收基板50上,也就是微型元件轉移頭12需要多次接觸接收基板50的顯示面52,而圖7中繪示出不同的微型元件承載範圍520即是用來對應不同批次的微型元件522。於一個例子中,微型元件承載範圍520的形狀可以對應前述的微型元件取出範圍的形狀,例如可以都是前述的第一幾何圖形。
此外,實務上有可能因為對位問題或者其他因素,使得相鄰的微型元件承載範圍520不一定能緊密地鄰接。因此,如果同一行(或同一列)中相鄰的微型元件522屬於不同的微型元件承載範圍520時,這兩個微型元件522可能會間隔較遠。相對地,如果同一行(或同一列)中相鄰的微型元件522屬於同樣的微型元件承載範圍520時,這兩個微型元件522可能會間隔較近。也就是說,於一些例子中,第一間距D1有可能會小於或等於第二間距D2。另外,本實施例中的微型元件承載範圍520的形狀(第一幾何圖形)可以是直角三角形,經過微型元件轉移頭12的轉移後,可以例如組合成矩形(第二幾何圖形)。因而可以便利地將微型元件轉移頭12取出的微型元件522組合成不同尺寸和長寬比的微型元件顯示裝置5的顯示面52,讓顯示面52同形第二幾何圖形,從而提高了晶圓W的使用率及轉移到微型元件顯示裝置5的效率。在此僅繪示二個微型元件承載範圍520做為示意,於未繪示出的實施例中,微型元件承載範圍520可以填滿顯示面52,在此並不為限。
綜上所述,本發明提供的微型元件轉移頭與微型元件轉移裝置,將微型元件取出範圍的形狀改成非矩形,使得微型元件取出範圍可以更靠近晶圓的邊緣,減少微型元件因鄰近晶圓的邊緣而無法被取出的情況,從而提高了晶圓的使用率。此外,本發明提供的微型元件顯示裝置具有多個微型元件承載範圍,每個微型元件承載範圍都可以接收由微型元件轉移頭與微型元件轉移裝置批次轉移來的多個微型元件,從而能夠快速地完成微型元件的巨量轉移。
1:微型元件轉移裝置
10:載台
12:微型元件轉移頭
12a:承載面
120:微型元件取出範圍
220:微型元件取出範圍
320:微型元件取出範圍
420:微型元件取出範圍
9:微型元件取出範圍
5:微型元件顯示裝置
50:接收基板
52:顯示面
520:微型元件承載範圍
522:微型元件
D1:第一間距
D2:第二間距
W:晶圓
圖1係繪示依據本發明一實施例之微型元件轉移裝置的立體示意圖。
圖2係繪示依據依據本發明一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。
圖3係繪示依據先前技術之微型元件取出範圍的示意圖。
圖4係繪示依據依據本發明另一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。
圖5係繪示依據依據本發明再一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。
圖6係繪示依據依據本發明又一實施例之微型元件取出範圍的示意圖。
圖7係繪示依據依據本發明一實施例的微型元件顯示裝置的示意圖。
120:微型元件取出範圍
W:晶圓
Claims (19)
- 一種微型元件轉移頭,包含:一承載面,該承載面對應有一微型元件取出範圍,且該微型元件取出範圍為一第一幾何圖形,該第一幾何圖形至少包含銳角;其中一第二幾何圖形係由n個該第一幾何圖形組成,該第二幾何圖形至少包含直角,且該第二幾何圖形的形狀與該第一幾何圖形的形狀不同,n為大於1的正整數。
- 如請求項1所述之微型元件轉移頭,其中當該承載面接觸一晶圓的一表面時,該承載面用以取出位於該表面且在該微型元件取出範圍內的多個微型元件。
- 如請求項1所述之微型元件轉移頭,其中該第一幾何圖形為三角形,且該第二幾何圖形為矩形。
- 如請求項3所述之微型元件轉移頭,其中該第一幾何圖形更包含直角,且n為偶數。
- 如請求項4所述之微型元件轉移頭,其中該第一幾何圖形為直角三角形,且該第一幾何圖形的長邊和短邊的比值在1.25到5之間。
- 如請求項1所述之微型元件轉移頭,其中該微型元件轉移頭遠離該承載面的一側的形狀相異於該第一幾何圖形。
- 如請求項1所述之微型元件轉移頭,其中該微型元件轉移頭更受控於一控制指令調整該微型元件取出範圍,使得該微型元件取出範圍對應為一第三幾何圖形,該第三幾何圖形的面積相異於該第一幾何圖形的面積。
- 一種微型元件轉移頭,包含: 一承載面,該承載面對應有一微型元件取出範圍,且該微型元件取出範圍為一第一幾何圖形,該第一幾何圖形至少包含銳角;其中一第二幾何圖形係由n個該第一幾何圖形組成,且該第二幾何圖形的形狀與該第一幾何圖形的形狀不同,n為大於1的正整數;其中該第一幾何圖形為扇形,且該第二幾何圖形為圓形。
- 一種微型元件轉移裝置,用以取出一晶圓中的多個微型元件,包含:一載台,用以設置該晶圓;以及一微型元件轉移頭,位於該載台的一相對位置,該轉移頭具有一承載面,該承載面對應有一微型元件取出範圍,且該微型元件取出範圍為一第一幾何圖形;其中該第一幾何圖形的一第一端大致上對準於該晶圓的中心位置。
- 如請求項9所述之微型元件轉移裝置,其中該第一幾何圖形的該第一端為銳角。
- 如請求項10所述之微型元件轉移裝置,其中該第一幾何圖形為三角形或扇形。
- 如請求項11所述之微型元件轉移裝置,其中該第一幾何圖形為直角三角形,且該第一幾何圖形的長邊和短邊的比值在1.25到5之間。
- 如請求項10所述之微型元件轉移裝置,其中該載台更用以旋轉該晶圓,且當該載台旋轉該晶圓時,該晶圓的中心位置大致相同。
- 如請求項9所述之微型元件轉移裝置,其中該微型元件轉移頭遠離該承載面的一側的形狀相異於該第一幾何圖形。
- 如請求項9所述之微型元件轉移裝置,其中該微型元件轉移頭更受控於一控制指令調整該微型元件取出範圍,使得該微型元件取出範圍對應為一第三幾何圖形,該第三幾何圖形的面積相異於該第一幾何圖形的面積。
- 如請求項15所述之微型元件轉移裝置,其中該第三幾何圖形的面積小於該第一幾何圖形的面積。
- 一種微型元件顯示裝置,包含:一接收基板,具有一顯示面,該顯示面包含多個微型元件承載範圍,且每一該微型元件承載範圍為一第一幾何圖形,該第一幾何圖形至少包含銳角;其中每一該微型元件承載範圍內包含多個微型元件,同一該微型元件承載範圍內的該些微型元件間隔一第一間距,於不同的該微型元件承載範圍內的該些微型元件至少間隔一第二間距,該第一間距相異於該第二間距。
- 如請求項17所述之微型元件顯示裝置,其中該顯示面更包含一第二幾何圖形,該第二幾何圖形係由n個該第一幾何圖形組成,該第二幾何圖形至少包含直角,且該第二幾何圖形的形狀與該第一幾何圖形的形狀不同,其中n為大於1的正整數。
- 如請求項18所述之微型元件顯示裝置,其中該顯示面的形狀同形於該第二幾何圖形。
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