WO2022061512A1 - 一种用于发光二极管转移的压印及其转移方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于发光二极管转移的压印及其转移方法，压印用于巨量转移发光二极管芯粒，包括：内设或者外接的电源，用于提供可选择电性的电荷，相对设置的第一导电基板和第二导电基板，位于两者之间且与两者直接连接的电致弹性介电体，当第一导电基板和第二导电基板通入电荷产生电压，电致弹性介电体在电压构成的电场内发生应变改变，第二导电基板具有复数个通孔，利用通孔设定压印图形，利用压印的电致活性降低转移成本，提升芯粒转移的可靠性和良率。

Description

一种用于发光二极管转移的压印及其转移方法 技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤指一种转移的压印及发光二极管芯片的转移方法。

背景技术

在当今社会，显示技术已经深远的影响了人们的工作、生活方式，每个人每天都在面对各种各样的显示屏。

近年来，作为未来主要显示发展方向的Mini/MicroLED受到空前的关注，微型发光二极管(MiniLED/MicroLED)芯片由于自发光、结构简单、体积小和节能等优点，微型发光二极管显示技术将成为下一代具有革命性的技术，从LED芯片厂到显屏厂商，从设备厂商到材料厂商，都花费了大量的智力和资金投入到Mini/MicroLED技术的开发上。

不过，前景虽然光明，道路却不平坦，有许多的技术问题需要克服，如外延的一致性问题、芯片的测试问题、封装问题等等。其中，芯片的巨量转移是重点问题之一，关系到这项技术最终的成败。

由于Mini/Micro芯粒的尺寸非常小，而显屏需要的芯粒数量又相当的巨大，不能用传统的一颗颗转移的方式从晶圆转移到电路板上，必须要用到巨量转移。目前有很多公司在开发相关技术，本发明是其中的一种方案。目前微型发光二极管芯粒转移技术，由于速度慢且成本过高是而导致商用化困难，虽然，目前已有诸如基于范德瓦尔力、静电力、电磁力的转移技术，但都有成本高、效率低、大尺寸化困难的问题。

技术解决方案

本发明提出了一种可以实现Mini/MicroLED芯片巨量转移的方案，降低转移成本，提升芯粒转移的可靠性和良率，一种用于发光二极管转移的压印，用于巨量转移发光二极管芯粒， 例如从晶圆上将发光二极管芯粒取出转移至显示电路板上。

压印，这里说的压印可以理解带有图形的印章，或者在一些实施例中，可以是表面带有图形的膜层，为包括：

内设或者外接的电源，用于提供可选择性的电荷，

相对设置的第一导电基板和第二导电基板，位于两者之间的电致弹性介电体，关于电致弹性介电体，国内外高校及科研机构做了很多深入研究，当第一导电基板和第二导电基板通入电荷产生电压，电致弹性介电体在电压构成的电场内发生应变改变，在预作用力下产生明显形变，第二导电基板具有复数个通孔，利用通孔设定压印图形，第一导电基板、第二导电基板分别与电源电连接。

在本发明中，优选的，在学术界中，通电后电致弹性介电体材料包括：聚氨酯、聚丙烯、电致活性酸酯或者电致活性硅橡胶。上述材料在完成预拉伸后，在低于击穿的电压条件下，将增大形变量。可以作为比较的，电致活性介电弹性材料，相比于常规热变材料用做压印，在大尺寸晶圆的运用中，电场的均匀性更可控，形变效率高且节省能源。

在本发明中，优选的，电致弹性介电体包括第一表面和第二表面，其中第一表面与第一导电基板接触，第二表面与第二导电基板接触。

在本发明中，优选的，电致弹性介电体弹性模量不大于10MPa，保证在非电场状态下，或者相斥电场状态下电致弹性介电体可以快速恢复原形状。

在本发明中，优选的，电致弹性介电体的介电常数不小于5，与第一导电基板和第二导电基板配合构建足够影响力的电场。

在本发明中，优选的，第二导电基板上的通孔为阵列型图案分布，根据设计需要，匹配对应晶圆上芯粒的位置。

在本发明中，优选的，根据发光二极管芯粒的尺寸设计通孔的孔径为1μm至50μm，或者50μm至100μm，或者100μm至200μm。

在本发明中，优选的，第一导电基板和第二导电基板的电性相异时，电致弹性介电体应变增大，在预拉伸状态下，更易于产生形变。

在本发明的一些实施例中，优选的，第一导电基板和第二导电基板的电性相异时，第一导电基板和第二导电基板相向移动，向电致弹性介电体施加压力，电致活性弹性体从第二导电基板的通孔中突出，形成图形凸起。

在本发明中，优选的，所述图形凸起的高度为5μm至100μm，这里的凸起高度指的是向电致弹性介电体预电场下施加压力，电致弹性介电体形成稳定形状后的图形凸起高度。

在本发明的一些实施例中，优选的，通过电源向第一导电基板和第二导电基板通入电荷，当电性相异时，第一导电基板和第二导电基板相互吸引产生相向运动，挤压电致弹性介电体。

在本发明的一些实施例中，优选的，第一导电基板和第二导电基板的电性相同时，第一导电基板和第二导电基板相互远离，提供电致弹性介电体恢复形状的空间。

在本发明中，优选的，第一导电基板和第二导电基板的电性相同或者不带电时，电致弹性介电体呈膜状结构。

在本发明中，优选的，第一导电基板和第二导电基板材料包括：金、铂、铜、钨、铝、银、钛、合金等金属，或者可以是ITO、IZO等非金属导电材料。

在本发明中，优选的，电源分别向第一导电基板和第二导电基板提供同种或者异种电荷。

基于上述发明提供的用于发光二极管转移的压印，相应地提供一种发光二极管的转移方法，用以巨量转移发光二极管，例如通过压印从晶圆将芯粒转移至临时承载膜或者例如显示电路基板，具体包括步骤：

步骤1：通过电源向第一导电基板和第二导电基板分别注入异种电荷，在电场力场和/或外加力场的作用下，第一导电基板和第二导电基板相向移动，这里的相向移动指的是相对移动，例如第一导电基板向第二导电基板移动而第二导电基板不动，或者相反，或者两者一起相向运动，通过导电基板向电致弹性介电体施加压力，电致活性弹性体受到挤压从第二导电基板的通孔中变形突出，形成图形凸起；

步骤2：提供发光二极管阵列，发光二极管阵列具有若干颗芯粒，这里的若干颗可以是一千颗以上，利用上述压印利用图形凸起与发光二极管接触，吸附并巨量转移发光二极管；

步骤3：通过电源向第一导电基板和第二导电基板通入同种电荷，第一导电基板和第二导电基板相互远离，电致弹性介电体恢复变形前形状，释放发光二极管。

在本发明的一些实施例中，步骤3可替换为向第一导电基板或者第二导电基板断电则电致弹性介电体恢复变形前形状，释放发光二极管。

在本发明的一些实施例中，步骤3中，第二导电基板不产生位移，发光二极管随着凸起收缩与第二导电基板接触后释放。

在本发明的一些实施例中，第一导电基板和/或第二导电基板采用柔性导电材料，提升系统稳定性。

有益效果

本发明的有益效果包括，采用简单的同性相斥，异性电荷相吸的原理，实现了巨量转移，采用电致弹性介电材料，提升了压印的反应灵敏度，解决了如何提升巨量转移良率的技术问题，是一种可以实现Mini/MicroLED巨量转移的方案。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

其中图1为实施例一中的压印结构示意图；

图2为实施例一中通电发生应变后的压印结构示意图；

图3为实施例一中压印的第二导电基板一侧的主要作用表面示意图；

图4为实施例二中压印从晶圆转移芯粒的结构示意图；

图5为实施例二中压印从晶圆抓取芯粒的结构示意图；

图6至图10为实施例二中压印将芯粒转移至中间载体的结构示意图；

图11为实施例二中压印将芯粒转移至显示器电路板的结构示意图；

图12为实施例三中机械力干预的压印转移芯粒结构示意图；

图13为实施例四中在预挤压力和电场相分离的压印结构示意图。

图中标识：

100、压印；110、第一导电基板；110`、第一连接基板；120、第二导电基板；120`、第二连接基板；121/121`、通孔；130、电致弹性介电体；131、凸起；200、第一载体；210、连接结构；220、衬底；300、芯粒；310、焊线电极；400、第二载体；420、驱动电极；510、导杆；520、机械臂。

本发明的实施方式

针对现有转移技术的转移效率低，工艺成本高，大尺寸化困难的问题，结合示意图对本发明的微发光二极管转移进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。

参看图1，在本发明的第一个实施例中，提供了一种用于发光二极管转移的压印，特别是用于从晶圆上巨量转移发光二极管芯粒，压印包括：

内设或者外接的电源，用于提供可选择性的电荷，

相对设置的第一导电基板110和第二导电基板120，第一导电基板110和第二导电基板120材料包括：金、铂、铜、钨、铝、银、钛、合金等金属，或者可以是ITO、IZO等非金属导电材料，位于两者之间的电致弹性介电体130，电致弹性介电体130包括第一表面和第二表面，其中第一表面与第一导电基板110接触，第二表面与第二导电基板120接触。

第一导电基板110、第二导电基板120分别与电源电连接，当电源向第一导电基板110和第二导电基板120通入异种电荷产生电压时，比如在第一导电基板110通入正电荷，在第二导电基板120通入负电荷，电致弹性介电体130在电压构成的电场内发生应变改变，在预作用力下产生明显形变，第一导电基板110为具有连续表面的板状结构，第二导电基板120具有复数个通孔，第二导电基板120上的通孔121为阵列型图案分布，匹配阵列型芯粒排布，根据设计需要，匹配对应晶圆上芯粒的位置，根据发光二极管芯粒的尺寸设计通孔121的孔径为1μm至50μm，或者50μm至100μm，或者100μm至200μm，该设计特别适合与100μm以下的芯粒巨量转移工艺。

参看图2，利用通孔121形状设定压印图形，在预挤压力和电场的作用下，电致弹性介电体130发生形变时，其从通孔121内一定程度突出形成凸起131，电致弹性介电体130为一个连续的整体。

在本实施例中，电致弹性介电体130材料包括：聚氨酯、聚丙烯、电致活性酸酯或者电致活性硅橡胶。上述材料在完成预拉伸后，例如通过第一导电基板110和第二导电基板120向电致弹性介电体130施加压力，在低于击穿的电压条件下，将增大形变量，第一导电基板110和第二导电基板120的电性相异时，电致弹性介电体130应变增大，在预拉伸状态下，更易于产生形变。

在本实施例进一步的方案中，第一导电基板110和第二导电基板120的电性相异时，第一导电基板110和第二导电基板120相互吸引产生相向运动，第一导电基板110和第二导电基板120相向移动，向电致弹性介电体130施加挤压力，电致活性弹性体130从第二导电基板120的通孔121中突出，形成图形凸起131，在一些方案中，第一导电基板110和第二导电基板120也可以是通过机械力产生相向移动。

可以作为比较的，电致活性介电弹性材料相比于常规热变材料用做压印，在大尺寸晶圆的运用中，电场的均匀性更可控，形变效率高且节省能源。特别是在停止施加电压后，电致活性介电弹性材料，可快速恢复原膜状形貌。

在本实施例中，优选的，电致弹性介电体130弹性模量不大于10MPa，电致弹性介电体130的介电常数不小于5，与第一导电基板110和第二导电基板120配合构建足够影响力的电场，在电场下，电致弹性介电体130为柔性体。电致弹性介电体130也可以为多孔材料或者泡沫结构，该压印转移头制作相对简单，仅需要合适的材料(以及曝光，镀金属等简单的工艺，产业化效率高。

参看图3，这里说的压印可以理解为带有图形的印章，从用于实施的主表面看，设计为网格图形的压印，例如第二导电基板120具有周期性或者非周期性的通孔121，在一些实施例中，压印可以是表面带有通孔121或者凸起131图形的膜层。

本实施例的压印，可控制第一导电基板110和第二导电基板120充入相同电荷、电性相同，在同电性相斥的作用力下，第一导电基板110和第二导电基板120相互远离，提供电致弹性介电体130恢复形状的形变空间。也可以对第一导电基板110和第二导电基板120断电，电致弹性介电体130恢复形变，呈膜状结构。

参看图4，在本发明的第二个实施例中，基于实施例一提供的压印，具体介绍了压印的使用方法以及一种用于发光二极管的转移方法，在本实施例中，压印的第一导电基板110带正电荷，第二导电基板120带负电荷，两者相对相向运动，挤压电致弹性介电体130，在电场和压力的双重作用下，电致弹性介电体130发生明显收缩形变，电致弹性介电体130从第二导电基板120的通孔121中突出，所述凸起131与第二导电基板120的下表面非位于同一表面，低于第二导电基板120的下表面，第二导电基板120下表面与凸起131的竖直距离即为凸起的高度，大约为5μm至100μm。在本实施例中，提供第一载体200，作为示例的，第一载体200为具有的复数颗芯粒300的晶圆，芯粒通过非稳定的连接结构210固定在晶圆的衬底220上，连接结构210例如采用柱状结构，连接结构210的材料例如二氧化硅、硅胶或者树脂，或者也可以为弱化桥状结构，例如氮化硅、二氧化硅或者半导体材料。在一些实施方式中，晶圆也可以被其他芯粒载体替代，例如载片膜或者载片治具。

参看图5，在实施巨量转移时，压印100与晶圆整体上成平行状态，压印100的凸起131面朝向晶圆的芯粒一面，凸起131与芯粒300位置对应。利用压印100靠近并贴合芯粒300，利用压印100向芯粒300的施加粘附力，例如范德瓦尔斯力，随后压印100向上提起芯粒300，芯粒300与柱状结构分离。

参看图6和图7，在本实施例中，压印具有靠近第一导电基板110的第一侧和靠近第二导电基板120的第二侧，利用压印第二侧上的凸起131，将芯粒300转移至第二载体400，第二载体400例如为显示中间载体或者具体为显示器电路板，中间载体例如为吸嘴、蓝膜或者白膜，通过将不同波长、不同规格的芯粒分别转移到中间载体上，从而进行商业出货。

参看图8至图10，为了从压印上释放芯粒300，在本实施例中，修改注入第一导电基板110或者第二导电基板120的电荷电性，第一导电基板110与第二导电基板120具有相同电性的电荷时，作为示例的相同电性的电荷均为正电荷，不做限定的，电荷也可以同为负性，第一导电基板110与第二导电基板120均采用正电荷，在电荷相斥力的作用下第二导电基板120向芯粒300方向移动，直至第二导电基板120挤压芯粒300，将芯粒300推离电致弹性介电体130，在此过程中，电致弹性介电体逐步恢复膜型形状，芯粒300与压印脱离后，经由第二导电基板120提供的推力，将芯粒300安置在第二载体400上，最后移走压印，完成芯粒300的巨量转移，全过程不会破坏压印，压印可重复多次使用，本实施例不需要依靠加热控制形变，高温形变受限于加热温度均匀性，需要整体响应时间，且精度受到一定限制。

参看图11，在一些实施方式中，第二载体400为显示器电路板，在该些实施例中，以芯粒300为倒装结构的芯片作为示例，在此实施例中，倒装芯粒的N型电极和P型电极位于发光二极管芯粒同一侧，电极远离出光面，在具体实施时，本发明实施例中的转移方法也可以转移引出N型电极和P型电极位于发光二极管芯粒的异侧的结构，此处不做限定。倒装芯粒的焊接电极310远离主要出光面，在压印抓取有倒装芯粒的一侧与显示电路具有驱动电极410的一侧对位贴合，焊接电极310与显示器电路板的驱动电极410对应键合。

参看图12，在本发明的第三个实施例中，压印结合机械力进行控制转移实施，电致弹性介电体130的表面有粘性或者表面涂覆有粘性的材料，材料的上下两侧有由金属构成第一导电基板110和第二导电基板120，其中：两侧的金属相互之间的不导通的；至少一侧的金属呈现网格状。

在第一导电基板110和第二导电基板120不带电荷或者带同种电荷的条件下，通过机械式连接导杆510将机械臂520与第二导电基板120连接，作为示例的导杆510贯穿第一导电基板110和电致弹性介电体130，导杆510的两端中一端与机械臂520连接，另一端与第二导电基板120连接，通过机械臂520提供的机械力传递给第二导电基板120，结合电致弹性介电体130的形变力推动第二导电基板120快速向芯粒300方向移动，例如第二导电基板120对芯粒300的推力，分离电致弹性介电体130和芯粒300，最终将芯粒300安置在第二载体400上。在一些实施方式中，可将第二导电基板120位置固定，而第一导电基板110通过导杆510与机械臂520连接，利用第一导电基板110的位移产生机械力。在本实施例中，通过机械力，控制增加第一导电基板110和第二导电基板120的相对距离，在取消电场后，电致弹性介电体130快速恢复膜层形状，配合第二导电基板120的挤压下，释放芯粒300至第二载体400上。

参看图13，在本发明的第四个实施例中，提供一种用于发光二极管转移的压印，用于巨量转移发光二极管芯粒，包括：电源，相对设置的第一连接基板110`和第二连接基板120`，位于两者之间且与两者直接相接的电致弹性介电体130，第二连接基板120`具有复数个通孔121`，相对设置在电致弹性介电体130两侧的第一导电基板110和第二导电基板120，这里的两侧仅作为示例，即电致弹性介电体130设置在第一导电基板110和第二导电基板120之间，第一导电基板110、第二导电基板120分别与电源电连接。

电场的构建借由第一导电基板110和第二导电基板120进行，在图中压印的上下设置第一连接基板110`和第二连接基板120`，同样可以向电致弹性介电体130提供压力，第一连接基板110`和第二连接基板120`例如采用机械力相互挤压，电致弹性介电体130受压后在电场的作用下从第二连接基板120`的通孔121`中突出形成凸起131，本实施例的电场的设置方式可以灵活设置，本发明未有穷尽枚举。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1. 一种用于发光二极管转移的压印，用于巨量转移发光二极管芯粒，其特征在于，

   包括：

   电源，

   相对设置的第一导电基板和第二导电基板，位于两者之间且与两者直接相接的电致弹性介电体，第二导电基板具有复数个通孔，第一导电基板、第二导电基板分别与电源电连接。
2. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，电致弹性介电体材料包括：聚氨酯、聚丙烯、电致活性酸酯或者电致活性硅橡胶。
3. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，电致弹性介电体包括第一表面和第二表面，其中第一表面与第一导电基板接触，第二表面与第二导电基板接触。
4. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，电致弹性介电体弹性模量不大于10MPa。
5. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，电致弹性介电体的介电常数不小于5。
6. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第二导电基板上的通孔为阵列型图案分布。
7. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，通孔的孔径为1μm至50μm，或者50μm至100μm，或者100μm至200μm。
8. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板的电性相异时，电致弹性介电体应变增大。
9. 根据权利要求8所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板的电性相异时，第一导电基板和第二导电基板相向移动挤压电致弹性介电体使得电致活性弹性体从第二导电基板的通孔中形成图形凸起。
10. 根据权利要求9所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，所述图形凸起的高度为5μm至100μm。
11. 根据权利要求9所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板的电性相异时，第一导电基板和第二导电基板相互吸引，产生相向运动。
12. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板的电性相同时，第一导电基板和第二导电基板相互远离。
13. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板的电性相同或者不带电，电致弹性介电体呈膜状结构。
14. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板和第二导电基板材料包括：金属导电体或者非金属导电体，金属导体材料包括金、铂、铜、钨、铝、银、钛或者以上金属的合金，非金属导电体材料包括ITO或者IZO。
15. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，第一导电基板为表面连续的板状结构。
16. 根据权利要求1所述的一种用于发光二极管转移的压印，其特征在于，电源分别向第一导电基板和第二导电基板提供同种或者异种电荷。
17. 一种用于发光二极管转移的压印，用于巨量转移发光二极管芯粒，其特征在于，

    包括：

    电源，

    相对设置的第一连接基板和第二连接基板，位于两者之间且与两者直接相接的电致弹性介电体，其中第二连接基板具有复数个通孔，

    相对设置的第一导电基板和第二导电基板，电致弹性介电体位于第一导电基板和第二导电基板之间，第一导电基板、第二导电基板分别与电源电连接。
18. 一种发光二极管的转移方法，采用权利要求1至权利要求16任意一项所述的压印，用以巨量转移发光二极管，包括步骤：

    步骤1：通过电源向第一导电基板和第二导电基板通入异种电荷，第一导电基板和第二导电基板相对相向移动，向电致弹性介电体施加压力，电致活性弹性体从第二导电基板的通孔中变形突出，形成图形凸起；

    步骤2：提供发光二极管阵列，利用压印与发光二极管接触，吸附并巨量转移发光二极管；

    步骤3：通过电源向第一导电基板和第二导电基板通入同种电荷，第一导电基板和第二导电基板相互远离，电致弹性介电体恢复变形前形状，释放发光二极管。
19. 根据权利要求18所述的一种发光二极管的转移方法，其特征在于，步骤3替换为向第一导电基板或者第二导电基板断电则电致弹性介电体恢复变形前形状，释放发光二极管。
20. 根据权利要求18所述的一种发光二极管的转移方法，其特征在于，步骤3中，第二导电基板不产生位移，发光二极管随着凸起收缩与第二导电基板接触后释放。