近年來，Micro LED因其功耗低、響應快、壽命長、光效率高等特點，被視為繼LCD、OLED之后的新一代顯示面板技術。Micro LED的英文全名是Micro Light Emitting Diode，中文稱作微發光二極體，也可以寫作μLED，是將傳統LED薄膜化、微小化和矩陣化，使像素點距離從毫米級降低至微米級別，並在一個芯片上高度集成的固體自發光顯示技術[1]。其與常規LED最大的不同在於尺寸，大小相當於人頭發絲的1/10，體積達到了主流LED大小的1%，然而像素尺寸當前還未形成統一的定義[2][3]，通常不超過100μm（以台晶電的定義標准，常規的LED芯片為200-300μm，Mini LED約為50-60μm，Micro LED約為15μm），每一個像素都能定址、單獨發光，具有功耗低、亮度高、具備超高解析度和色彩飽和度等優勢。
Micro LED微米級別的像素間距可以使其覆蓋從中小尺寸顯示到中大尺寸顯示等多個應用場景。相比傳統小間距LED，由於尺寸微縮，顯著提高了顯示分辨率和畫質，光學設計上可以使得可視角度更開闊，對比度更高，畫質更好，適合虛擬現實、小型投影儀，微顯示器，可見光通信，醫學研究等多種多樣的顯示場景。相比OLED，均采用自發光技術顯示，允許集成傳感器和電路，從而實現嵌入式傳感功能，也可結合柔性襯底實現柔性顯示，從而用於可穿戴/可植入器件、車載顯示等柔性顯示領域[4],但Micro LED由於采用無機發光，壽命和穩定性比OLED顯示器好。此外，Micro LED清晰度高、亮度高、對比度好，高反應速度等特點非常適合VR、AR等對反應速度有較高要求的可穿戴設備（高亮度和節電適用於戶外穿戴場合）應用。
Micro LED顯示的概念自2000年[62]提出以來，許多研究者就GaN基Micro LED陣列的制備、發光特性、潛在應用[63][64][65][66][67]等方面開展了大量的研究，但並不成熟。直到2012年，在索尼展示了第一台Crystal-LED的微型LED電視后，Micro LED顯示器才出現在商界視野中，不同研究機構和公司開始主攻微縮制程、全彩化、芯片轉移等瓶頸技術[2]。根據不同應用的顯示面板尺寸的不同，顯示器的制備可分為單片制造技術和巨量轉移技術[6]。單片制造技術是指Micro LED直接在Si、GaN或者Sapphire等基底上制作高分辨率顯示屏，將LED鍵結於終端顯示基板上，最后用物理或化學機制剝離基板。這種方式避免了復雜的巨量轉移過程，但也只限於構建較小的顯示器，如近眼顯示器、智能手表等微顯示器，限制了Micro LED的應用場景；另外，每種工藝只能在基板上生長一種顏色的燈珠芯片，故這種單片制造技術無法解決RGB全彩顯示。近年研究提出的量子點全彩顯示[7]，采用單個紫外Micro LED發出的光激發其上層覆蓋的紅綠藍三色發光介質，從而實現全彩化，這種彩色化替代技術在未來發展中可能會填補單片制造在全彩化方面的局限性。另一種制造技術是巨量轉移，在源基板上生長LED芯片，然后將LED從源基板上分離並通過某種作用力將芯片快速、准確且可靠地轉移到顯示電子器件上。對於手機、平板和電視等更廣泛的顯示應用場合，在襯底上制作完成后從基板上進行分離，不可避免地需要通過巨量轉移的方式將Micro LED芯片在更大尺寸且帶有邏輯電路的基板上進行組裝，從而滿足應用需求。此外，柔性和可拉伸的光電器件用於可穿戴和生物電子應用近來獲得了廣泛的研究普及，這些應用需要將LED轉移到柔性基板上,亦需要巨量轉移得以實現。然而由於每次轉移的芯片尺寸極小、數量巨大，對轉移工藝的精確性和速率要求非常高，成為當前制約Micro LED量產的關鍵技術。
本文將簡要概述Micro LED巨量轉移技術，分析該技術存在的難點與挑戰。根據在研技術流派的工藝過程，可將巨量轉移技術步驟分為基板分離和芯片轉移兩個關鍵工藝，將分別闡述每一工藝的原理、研究進展及關鍵研究問題，最后展望巨量轉移技術的發展前景。
1. 巨量轉移
巨量轉移[3]（Mass transfer）通常用於描述一個化學或物理的機制，涉及物理系統內的物質或粒子的擴散和對流，意指大數量的分子或粒子從某一端移動到另一端，在Micro LED領域，當芯片在源基底上生長后，需要通過某種高精度設備將大量Micro LED芯片從源基板分離並轉移到目標基板或者驅動電路板上，以滿足應用需求，這一步驟被稱為巨量轉移技術。
圖1 Micro LED制備流程
由於待轉移的LED芯片尺寸更小，大約為頭發絲的1/10，需要精度很高的精細化操作；一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆以上的LED，數量十分巨大，要求有極高的轉移速率，傳統LED芯片在封裝環節，主要采用真空吸取的方式，而真空管的物理極限下只能做到大約80μm，而Micro LED尺寸基本在50μm以下；而當前的轉移設備（Pick ＆ Place）的精密度是±34μm (Multi－chipper Transfer），覆晶固晶機（Flip Chip Bonder）的精密度是±1.5μm （每次移轉為單一芯片）。可見傳統芯片轉移技術無法以經濟且高精度的方式轉移數量達百萬個、尺寸為微米級的芯片[8][9]，其對比見表1.
表1 傳統芯片轉移工藝與巨量轉移工藝對比
|
|
轉移良率 |
定位精度 |
轉移效率 |
芯片尺寸 |
| 常規LED |
99.9% |
~30μm |
2片/秒 |
＞100μm |
| Micro LED |
99.9999% |
±0.5μm |
20000片/秒 |
＜10μm |
針對這些問題，許多公司和科研機構基於不同原理已開展大量研究，形成了精准拾取[10-14]、激光轉移[16]、滾軸轉印[15]、自組裝技術等流派，圖2是巨量轉移的技術發展歷程簡圖。
圖2 巨量轉移主流技術發展
精准拾取流派技術主要區別於轉移頭吸附LED作用力的不同。Luxvue公司采用具有雙電極結構的轉移頭，通過靜電力拾取放置芯片，完成從源基板到目標基板的轉移[10]。X-Celeprint采用彈性印章作為轉移頭，利用范德華力拾取芯片，然后放置到目標基板上[11][12][13]Play Nitride公司則提出了采用磁力作為拾取力的Pick-Place巨量轉移方式[14]。隨着技術的發展，巨量轉移不再局限於傳統的拾取工藝，激光驅動轉移技術在轉移中得到應用，以非接觸式的加工技術，實現芯片的批量並行轉移[16]。Uniqarta、Coherent、QMAT公司采用激光誘導前向轉移（LIFT）工藝，通過激光與材料發生光-物質相互作用而實現芯片的分離，同時產生的局部沖擊力推動芯片向基板轉移。Optovate公司提出p-LLO工藝，通過激光作用GaN分解為氮氣和液態Ga，實現剝離與轉移。此外，elux和Self array公司采用自組裝技術，分別以流體自組裝和磁力自組裝為原理完成LED的自組裝過程。韓國機械與材料研究所( KIMM)提出了自對准滾印轉移技術，通過輥印的方式實現巨量轉移[15]。當前技術基於不同的作用原理取得了一定的研究進展，但仍然存在良率、精度、轉移速率等問題，如何控制成本和良率成為當前商業化的關鍵。
巨量轉移技術流程分為基板分離和芯片取放兩個關鍵工藝[17]，具體的轉移步驟如下：
（1）基板分離：以某種作用力將芯片與源基板批量整體式分離；
（2）芯片取放：通過轉移裝置將分離后的Micro LED芯片高精度選擇性地從源基板上拾取並轉移放置在目標顯示基板的特定位置上。
圖3巨量轉移技術流程
然而由於待轉移的Micro LED尺寸相比主流芯片尺寸更小、集成數量更多，使得傳統的LED基板剝離、轉移技術如機械頂針、真空吸附拾取等工藝窗口大大縮小，對技術和成本的要求更高，仍然存在良率、精度等問題，如何控制成本和良率成為了商業化的關鍵。表2 列出了巨量轉移技術不同流派的基板分離技術和拾取作用力。
表2巨量轉移技術原理
| Transfer placement |
Transfer head |
Substrate Removal |
Pick force |
Place |
Ref |
| 微印章轉移μ TP |
彈性印章 |
蝕刻+印章轉移 |
范德華力 |
控制印章粘附力 |
[11][12][13] |
| 靜電力 |
雙電極靜電頭 |
加熱去除熔融粘結力或靜電力 |
一對硅電極同時通正電 |
一個保持通正電，另一個硅電極通負點 |
[10] |
| 磁力 |
電磁轉移頭 |
—— |
通電產生電磁力 |
電磁力控制釋放 |
|
| LEAP / LIFT |
激光頭+中間基板 |
激光剝離GaN |
鍵合 |
激光燒蝕動態釋放 |
[16] |
| BAR |
激光頭+中間基板 |
熱釋放較帶粘合 |
激光光熱作用 |
||
| p-LLO |
激光頭 |
—— |
激光照射GaN釋放 |
||
| Roll to Roll printing |
機械輥輪 |
蝕刻+輥式印刷 |
控制輥與基板粘合力 |
[15] |
|
2.基板分離工藝
Micro LED通常在Si、藍寶石等襯底上生長GaN外延層來制備[18]，Si材料與GaN之間存在嚴重的晶格失配，且熱膨脹系數差異較大，通常需要加入緩沖層來減少這些缺陷，但隨着生長和制造技術的顯著改進，當前硅襯底上的GaN 基μLED的外部量子效率提高了65％[28]，可以在大型Si晶片上生長，與藍寶石上的GaN 基μLED相當[29]；藍寶石襯底以其低廉價格生長高質量的GaN外延層而受到青睞[18]，相對而言藍寶石襯底更適用於Micro LED芯片作為生長基底。為減少生長晶圓尺寸的限制，拓寬到中大尺寸顯示、柔性顯示領域，需要采用襯底去除技術將源基板剝離，當前襯底去除技術主要有機械剝離、化學蝕刻、激光剝離，如圖4.
圖4 基板分離工藝（a）機械剝離技術；（b）化學剝離技術；（c）激光剝離技術
機械剝離技術是通過在藍寶石襯底或犧牲層上用溫度較高蝕刻液刻蝕出金字塔[19]、孔洞[20]等易於剝離的圖案，利用藍寶石襯底和GaN薄膜熱膨脹系數不同，冷卻后應力釋放從而實現襯底分離。X-Celeprint、KIMM、LuxVue等公司巨量轉移技術中基板分離方式類似這種原理，也通過蝕刻的方式使LED與生長襯底之間以橋式等弱接觸方式連接生長，但剝離外力不同，分別采用范德華力、靜電力或粘附力等作用力下吸附LED，通過調控吸附力使弱接觸結構斷裂，從而實現基板的分離。機械剝離技術原理簡單，剝離后GaN薄膜位錯密度小，但蝕刻操作比較復雜，實現完整剝離較為困難。
化學剝離技術通常指在襯底上先生長一層沉積層，這層沉積層由CrN[22]、SiO2[23]等犧牲層或特殊形貌的緩沖層[24]組成，在制備LED后利用化學腐蝕液選擇性地去除沉積層，從而實現剝離。最近報道了Trindade[30]等人將硅基底上制造的GaN 基μLED芯片轉移到柔性基板，其采用通過化學剝離技術（CLO）的方式用於分離硅基底和GaN 基μLED。Kim等人[31]通過化學剝離（CLO）將氮化鎵基μLED轉移至玻璃、Si、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚氨酯等基板而無需犧牲層或額外的處理步驟。化學玻璃技術對GaN薄膜的損傷最小，但是由於化學反應存在周期，使得玻璃速率較慢，且后續需增加殘留化學溶液的清除工藝，無法滿足巨量轉移要求的超高轉移速率，故這方面的應用較少。
激光剝離技術誕生於1997年，KELLY等人[21]通過將激光器發出的紫外激光透過藍寶石基材作用在襯底界面處的GaN上，熱分解產生液態Ga和N2，從而實現基板與GaN基LED的分離。交界面處發生的分解反應可表示為：
許多研究人員針對激光能量密度[25]、光束[27]、激光掃描路徑[26]等工藝參數作了較為深入的研究，在垂直結構的LED制備、柔性電子器件制造等方面有較為重要的應用。巨量轉移技術的基板激光分離采用同樣的原理，2016 年 Kim J. 等[42]使用波長為266nm的二極管泵浦激光器，對生長在藍寶石上的 GaN 層100×100μm的 Micro LED 陣列進行選擇性激光剝離研究，采用散焦光束的簡單直接掃描技術以不同的光斑尺寸進行高選擇性剝離實驗，得到低能量大光束轉移比高能量小光束的表面質量更好。以激光驅動技術為代表的公司如Uniqarta、Optovate等在基板分離工藝中均采用激光剝離的方式實現源基板的去除。激光剝離技術具有作用時間短、剝離速率快的優點，但要求襯底對所作用波長的激光透明，且成本設備較高，對GaN薄膜仍會有一定的損傷。
從巨量轉移的角度來看，機械剝離雖原理簡單，但蝕刻操作復雜，分離吸附力需根據單次時刻結構的斷裂特性進行調整，重復性較差；化學剝離雖對GaN薄膜損傷小，但分離速率受限；激光剝離技術可實現高效率剝離，如何將GaN薄膜的熱損傷降低是當前需要研究的問題。
3.芯片取放工藝
隨着柔性和可拉伸的光電器件的發展，顯示技術逐漸應用於可穿戴和生物電子領域，這要求將源基板上生長的Micro LED轉移至柔性基底上。另一方面，受限於晶圓尺寸的大小，在面對手機、電視等中大尺寸顯示應用時，也需要將從基板分離的Micro LED從源基板或中間載體基板上轉移至顯示面板上。芯片取放是指將源基板上的Micro LED通過芯片取放設備，以高精度、高速率的方式放置在目標位置，是實現巨量轉移的關鍵步驟。根據實現方式的不同可分為精准拾取、激光誘導轉移、自組裝技術。
3.1 精准拾取
精准拾取技術一般通過轉移頭將源基板(Donor Substrate)上的器件以某種作用力吸附，移動至相應的位置后精確地釋放在接收基體上(Receive substrate)，從而完成轉移過程，這一過程如圖5，該技術可看做界面競爭斷裂的過程，當轉移頭與芯片的作用力大於芯片與源基板界面粘附力時實現拾取，當接收基板與芯片的界面粘附大於轉移頭與芯片的作用力時實現釋放，而選擇性則由轉移裝置的拾取頭來實現，整個取放過程的關鍵在於界面粘附的調控，而這一機制在柔性電子領域中的轉印技術方面有着較為深入的研究。
圖5 拾取技術步驟
在轉印技術中根據不同的力學原理已發展出不同轉印技術控制原理及拾取放置方法：調控印章速度的動態可控轉印技術[32]、給印章施加剪切位移的載荷增強轉印[33]、根據甲蟲[34]或壁虎[35]足部特征制備微結構的仿生轉印、改變印章接觸面積的面積調控轉印[36]、表面改性的膠帶轉印[37]等多種技術方式。在巨量轉移μLED技術領域，X-Celeprint[38]開發了一種微印章轉移組裝技術，通過改變印章速率達到界面調控目的實現轉移，具體實現過程是將彈性印章與源基板上的微LED陣列接觸，由范德華相互作用力使微型LED附着在印章上，在足夠高的剝離速度下，芯片從原始基材上抬起移動至目標基板對應的位置，然后以足夠低的剝離速度，將微型LED從壓模釋放，並粘附至接收基板上。同轉印技術特點類似，這種速度調控方式雖然操作簡單，單為滿足巨量轉移的高精度高速率要求，印章剝離速度受到極大的限制從而降低了工藝窗口。
其他類似轉印的靜電力、輥印方式亦可實現芯片的高精度取放要求。LuxVue[10]公司采用的轉移裝置為雙電極轉印頭，利用相反電荷的吸引產生的靜電力來改變界面粘附，從而拾取放置微型LED。該過程包括從帶有一排靜電轉移頭的載體基板上拾取一排微型LED，並從工作電路中施加同向電壓以產生吸引力，從而與微型LED接觸粘附。待轉移至目標基板特定位置。轉移頭直接接觸該位置，並在電場作用下加熱液化接收基板鍵合層，將LED陣列鍵合到接收基板上，最后施加反向電壓釋放LED，從而完成轉移過程。韓國機械和材料制造[15]（KIMM）研究所開發的滾輪轉印工藝，以輥壓印模作為轉移頭，通過粘附力不同控制芯片的取放。整個過程包括三個輥轉移步驟，首先通過塗有一次性轉移膜的輥壓印模將控制TFT陣列拾取並放置到臨時基板上；然后將微型LED從其支撐基板上取下，放置在臨時基板上，並通過焊料鍵合與TFT連接；最后，將互連的微型LED + TFT的陣列滾動轉移到目標基板上，以形成有源矩陣微型LED顯示器，這種轉移方式可用於轉移芯片尺寸和芯片厚度分別低於100 µm和10 µm的微LED。
圖6 精准拾取技術實現轉移工藝過程
精准拾取技術分別采用靜電力、范德華力、磁力作為吸附力實現界面調控，實現高精度下芯片的大面積轉移，如圖6。該方法克服了傳統機械拾取方式難以拾取、容易損壞芯片的不足，但受轉移頭尺寸的大小，使得轉移效率受到一定的制約，同時作用力調控需在特定范圍內實現，從而大大縮小了工藝窗口，增加了工業成本。
3.2 激光驅動轉移
隨着高性價比激光設備的可用性不斷提高，基於激光的微加工技術已發展成為高精度制造技術不可或缺的工業工具。激光驅動（laser propulsion）的概念最早是由Kontrowitz[39]等人提出，用於取代傳統的化學驅動作為新的推動力。Saeidpourazar等人[27]利用高聚物印章與器件的熱力學性質(如彈性模量、熱傳導系數、熱膨脹系數等)之間的差異，將激光驅動應用於轉移技術。激光驅動的主要原理是利用激光器產生的激光與物質的相互作用，其中紫外（UV）波長的光子在被物質吸收時會引起電子激發，產生燒蝕分解，從而產生沖擊力；紅外（IR）波長的光子被物質吸收后導致電子振動和旋轉激發，然后發生熱分解，從而產生驅動力。此后，許多研究人員對激光驅動轉移方面進行了充分的研究。
激光驅動轉移技術的通常步驟為：由石英、藍寶石等透明基底通過某種中間材料承載器件，再通過激光照射透明基材作用在物質上發生反應，采用光學掩膜的方式以實現器件的選擇性轉移，如圖7。在轉移過程中，由於激光波長和材料性質的不同，根據作用機理可將激光驅動轉移分為激光直接釋放和激光燒蝕釋放。
圖7 激光驅動轉移技術步驟
激光直接釋放是指中間材料在激光作用下發生熱分解，直至芯片脫離，從而實現轉移。熱分解作用可以是激光與器件的熱作用間接作用於中建材路，如Karlitskaya 等人[40]使用波長為1064 nm倍頻的Q開關Nd：YAG激光器照射粘附在犧牲層PVC膠上的硅片，激光束通過載體傳輸到界面被硅表面吸收，由硅片傳遞到載體材料的熱量引起中間材料的解聚和分解，形成氣體，當氣壓將超過粘合力時，硅片從載體上脫離實現轉移。熱分解作用還可以是激光與中間材料的直接作用。Karlitskaya等人[41]使用1064 nm波長的Nd：YAG激光器的低強度脈沖照射塗覆熱敏粘合劑的PET載帶，熱敏粘合劑在激光作用下失去粘性，從而釋放器件。這一機理在巨量轉移技術中得到了很好的應用，QMAT公司開發的束尋址釋放技術（BAR）采用熱釋放機理，將激光透過透明基板作用在激光釋放層上，通過光熱作用使芯片從源基板轉移至目標基板，能夠在100KHz-1MHz的速度脈沖下可達到10億個/h 的轉移量。該技術在轉移前進行壞點檢測，並由用戶電腦將前一步所檢測得到的芯片好壞文件進行處理記憶，而進行轉移時遇到壞點激光則繞過，可以避免將壞點轉移到基板上，從而提高了良率。
激光燒蝕釋放原理是指激光照射犧牲層材料，在光束作用下材料受限燒蝕，產生的氣體產物對其上的芯片造成沖擊力，從而實現釋放轉移，這種方法得益於對激光燒蝕聚合物機理的研究。Zweig A D等人[43]通過受激准分子照射在水中受約束的聚酰亞胺薄片，發現了激光燒蝕聚合物PI會產生沖擊波的現象。Holmes等人[44]研究指出激光驅動釋放本質上是一個爆炸性過程，其中從犧牲層上剝離的材料會膨脹並冷卻，從而對載體和釋放的零件施加機械沖動。這些研究為激光動態燒蝕釋放提供了很好的原理解釋。2002年激光誘導前向轉移（laser induction front transfer, LIFT）技術問世[45]，該技術應用激光燒蝕原理用以轉移微型器件，其后許多研究人員針對其中涉及的工藝參數進行了實驗研究，並將這種技術發展為多種工藝。Alberto Piqué等人[46][47]首次應用LIFT技術發展了LDW工藝，用193 nm准分子激光脈產生的直線光斑在真空室內沉積銅金屬圖案，銅被成功轉移到硅和熔融石英襯底上。Karlitskaya等人[41]通過准分子激光誘導的微電子元件從透明載體釋放實驗，詳細研究了基於燒蝕釋放和熱釋放機理下芯片的控制釋放速度與動力學、模具內熱傳遞機理、激光驅動不穩定的控制等問題。Marinov V 等人[49]基於LIFT技術發展出LEAP工藝以轉移和組裝微器件，將芯片剝離、轉移、組裝全部使用激光技術完成，並已成功用於無源RFID芯片轉移。隨后，美國北達科他州立大學納米科學與工程中心基於LIFT技術發展了另一項新的前向轉移工藝——熱機械選擇性激光輔助模轉移[48]（tmSLADT），通過添加具有彈性的動力釋放層（DRL），以脈沖激光輻照釋放層的淺層區域產生高壓氣體，利用剩余釋放層的彈性特質，通過氣體熱膨脹（“氣泡”）的推送實現功能層轉移，轉移過程中器件損傷率極低，在轉移器件的微尺寸和可重復性上更具優勢，但“氣泡”的推送效應受釋放層彈性和氣泡膨脹局域限制行為的影響較大，在轉移定位精准度、轉移距離和效率上還有待改善。圖8給出了激光驅動轉移工藝，其對比見表2
圖8激光驅動轉移工藝
表3 激光輔助轉移工藝
| 工藝原理 |
激光類型 |
臨時基板 |
轉移器件 |
作用原理 |
激光作用層 |
Ref |
| LIFT工藝 |
准分子激光 （193nm） |
熔融石英襯底 |
薄銅膜 |
激光熱釋放 |
金屬/聚合物層 |
[45] |
| LDW工藝 |
准分子激光器 （248nm） |
熔融石英基底 |
InGaN LED |
激光燒蝕犧牲聚合物 |
“雙粘”膠帶 （Microposit） |
[47] |
| tmSLADT 工藝 |
UV激光脈沖 |
熔融石英基底 |
硅片 |
激光燒蝕聚合物 動態釋放 |
聚酰亞胺犧牲層 |
[48] |
| SLLO工藝 |
二極管泵浦固體激光器 （266nm） |
無 |
Micro LED |
激光照射GaN分解為Ga和N2 |
GaN |
[42] |
巨量轉移領域使用激光燒蝕原理轉移技術的是Uniqarta報道的LEAP工藝，使用355nm的Nd:YVO4或Nd:YAG激光器的三次諧波激光照射動態釋放層，精准放置LED芯片。該過程可以單束或多束模式運行，這提供了處理晶片上的不良晶粒的能力。在單光束模式下，使用掃描儀將激光順序聚焦在不同的芯片位置上，從晶圓上去除不需要的芯片；然后使用多光束模式快速轉移良好的芯片陣列；最后，再次使用單光束模式將單個芯片填補到由於先前移除不良管芯而導致的未填充的空余位置上。這種有選擇地移除和替換不需要的芯片的能力使LEAP工藝相比其他並行轉移技術在良率上具有極大的優勢。
目前應用於轉移芯片的激光驅動工藝，與傳統的微器件取放工藝相比，該過程是非接觸式的，當芯片比較小且薄時，將大大降低傳統拾取工藝造成的機械損壞，此外單次照射下能夠並行轉移多個芯片，轉移速度更高。然而無論是直接釋放還是熱釋放，由於存在間距，其芯片下落都會出現容易偏移和偏轉等不穩定問題，且下落速度都與激光入射能量密度有關。相比較而言，熱釋放較燒蝕釋放下落速度雖然要低很多，便於芯片下落的控制；但熱釋放對光束均勻性較敏感，光束強度分布不均勻導致釋放熱釋放膠層不均勻膨脹，從而導致組件釋放不均勻；同時，芯片尺寸縮小后范德華力、靜電力等會與重力的大小接近，以至於熱釋放過程不得不考慮這些力對其轉移的影響，因此燒蝕釋放機理的適用性更強，關於研究改善光束的均勻性對釋放角度的影響，機理包括光吸收、溫度隨時間變化分布、能量如何轉換為下落芯片的動能等問題尚待進一步研究。
3.3 自組裝技術
自組裝技術通常指基本結構單元(分子，納米材料，微米或更大尺度的物質）自發形成有序結構的一種技術，該構想誕生於上世紀末，具有多組分同時並行組裝、避免了人為誤差的干擾、適用組裝的材料種類多、組份尺寸范圍廣，已應用於光電材料、生物材料、醫葯材料等多種領域。自組裝的產物的缺陷程度是最低的，因為自組裝的過程是自發的，也就是說在組裝的過程中各個組份之間就是按照最佳的結構和組合方式組裝的。另外,自組裝技術所需的儀器設備比較廉價,自組裝過程比較迅速,因為自組裝過程本身就是各組份自發組裝成產物的。
目前自組裝技術主要分為分子自組裝(Molecular Self組件) 和定向自組裝(Directed self組件) 。分子自組裝[50]是指分子之間靠非共價鍵作用力(包括靜電作用,范德華力,疏水作用力，氫鍵等)自發形成具有一定結構和功能的聚集體的過程。定向自組裝如圖8所示，是采用流體,電磁場[51][52]等介質,通過外形識別或自選性膠體(如DNA)等來實現微元件在相應的基板位置上的定向和定位，較長的完成微元件的組裝。定向自組裝是在傳統技術不能完全滿足需要而分子自組裝技術又不成熟的情況下應運而生的，其方法主要有基於表面張力作用利用導向引導的定向自組裝,利用毛細作用力驅動的定向自組裝及基於尺寸匹配,表面張力作用，次序自組裝於一體的混合三維定向自組裝等。
自組裝技術作為一種並行制造技術，已經提出了流體力[54]、表面能[57]、磁力[59]、重力[58]、靜電力[52]等原理的研究，應用於Micro LED巨量轉移自組裝技術是指定向自組裝技術，采用的步驟為：將大量微元件放置於系統中，憑借某種作用力使得芯片以一定的速度快速移動，自行完成與基板相應組裝位置的對位組裝方式。
目前業界最為代表性的兩大自組裝技術分別是磁力自組裝和流體自組裝技術。磁力自組裝是Self Array公司開發的利用磁體、振動和懸浮力將LED自組裝成陣列的技術，首先將LED外表包覆一層熱解石墨薄膜，放置在磁性平台，在磁場引導下LED將快速排列到定位。采用這種方式，需要先處理磁性平台，讓磁性平台能有設計好的陣列分布，而分割好的LED器件，在磁場的作用下能快速實現定位，然后還是會通過像PDMS一類的中間介質，轉移到目標基底上去。流體自組裝技術是eLux公司利用流體的作用，讓LED落入做好的特殊結構中，達到自組裝的效果。2017年eLux公司申請了此項技術專利[42]襯底有井狀接觸位，Micro-LED在諸如異丙醇，丙酮或蒸餾水的流體中，在接收基板的表面上隨懸浮液流動時，直到到達捕開放受體位置便會被底部井通過重力和毛細作用力進行捕獲微型LED，定位后，可將微型LED的陽極和陰極與驅動器IC結合在一起進行進行退火處理，使得Micro LED和襯底形成電氣連接，據報道，每小時可以實現超過5000萬個設備的填充（傳輸）速率。
任何依賴於自組裝的新的系統,要么能忍受它的缺陷,要么就得修復缺陷[60]。自組裝技術的缺陷問題一直是自組裝技術的關鍵問題，如何實現自組裝過程可逆、自我調控或在線監控才能減少或避免組裝體的缺陷；其他如自組裝前驅體的精確合成、尺寸效應、動力學和機制以及表征和控制，這些都是自組裝技術未來發展的關鍵[61]問題。
4.結論與展望
本文基於近代顯示技術的發展背景，分析了 Micro LED 技術的發展潛力，總結出 Micro LED 所具有的顯示技術優勢。簡述了Micro LED 顯示器的制備工藝，但由於μLED微縮化和全彩RGB μLED數量巨大，難以使用現有的轉移技術在成本效益可觀的條件下實現具有高精度、高良率的轉移，使得巨量轉移成為制約其商業化的最關鍵的瓶頸技術。
目前，巨量轉移已發展出多種技術流派，盡管基於不同的原理，但都需要將芯片從源生長基板分離，然后通過某種作用方式選擇性地將LED芯片放置到目標基板上。其中，基板分離是通過機械應力、化學腐蝕或激光作用等方式，對源基板進行整體式批量處理，以便於后續的取放工藝。相對而言，由於機械剝離蝕刻操作復雜，且蝕刻程度的不均勻性使得后續的選擇性拾取作用力需根據單次蝕刻結構的斷裂特性進行調整，可選擇性差；化學剝離受化學反應速率影響，且后期需增加化學溶液干燥步驟，工藝時間較長；激光剝離技術可實現高效率地剝離，相對前兩者而言更方便后續選擇性取放工藝，但存在對GaN薄膜的熱損傷問題，仍需進一步解決。
芯片取放工藝是巨量轉移技術中最重要的環節，從工藝角度來講，如何實現高精度且選擇性地批量拾取、放置是各技術流派的核心內容。對於精准拾取技術而言，基於范德華力、靜電力、電磁力等力學原理產生對芯片的拾取放置的作用力，通過轉移頭來滿足選擇性操作，而轉移數量則取決於轉移頭的尺寸，但該技術大多對芯片有特殊要求，如電磁力轉移需要在芯片中摻入鐵、鎳等磁性材料，微印章轉移技術需要芯片與基板為弱連接結構，這對芯片的發光特性會有一定的影響。激光驅動轉移技術則基於激光與物質的作用機理，通過燒蝕或直接釋放原理產生轉移芯片的作用力，通過掩膜、光斑聚焦陣列化等方式實現選擇性，且激光相對其他技術而言在修復方面具有優勢，可以將壞點融掉，對於提高良率具有很大的作用，但激光轉移雖然能夠滿足高速、選擇性轉移，但轉移精度影響因素較多，需要研究激光參數（如激光能量密度、脈沖頻率、光斑大小等）、轉移裝置的幾何參數（如極板間距、芯片間距）等多種參數問題，且激光設備昂貴，相對而言成本會較高。自組裝技術可以在流體流動過程總實現精確的位置和組裝，但選擇性差，后續缺陷修復會很困難。
另外，除選擇性和精度外，為了提高經濟和時間效益，轉移率也是確定不同轉移技術實用性的關鍵參數。在激光驅動，自組裝技術，精准拾取技術中的彈性體印章和卷對卷沖壓等主流技術中，流體組裝表現出最快的轉移速度——每小時5,000萬個芯片，而卷對卷輥印轉移率達每小時3600萬個芯片，彈性體印章轉移率達每小時100萬個芯片，從轉移速度看，流體組裝技術可以提供最好的轉移性能，但該技術的開發仍在進行中。相對而言，流體組裝技術轉移速率最高，但由於流體力控制技術難度大，相對其他技術而言成功概率低，且實現較為困難；滾輪轉印技術和微印章轉移技術容易且轉移速率較高，但是選擇性差，后期檢修環節不容易實現，導致良率保障低；與此相似的靜電、磁力轉移由於轉移頭的尺寸限制，傳遞速度大大降低，但選擇性相對好且產率高。而激光輔助技術由於其轉移速度快、可靠性高且選擇性好，可應用於任何尺寸面板的轉移，在未來的巨量轉移技術中占有極高的技術優勢。
總體而言，Micro LED顯示技術仍屬於起步階段，巨量轉移等制約瓶頸使得其尚未能夠大規模商業化發展。其未來的應用有兩個方向，一個是小尺寸、超高分辨率的方向；另一個是大尺寸巨型電視的方向。對於芯片轉移而言，小尺寸應用為了保證超高分辨率的顯示則更注重轉移精度，對組裝速率的要求相比大尺寸應用要低一些；而尺寸較大的應用則相反，顯示面積增大意味着需要更多數量的芯片參與轉移過程，相對而言更關注組裝速率和成本。總體而言，小尺寸顯示應用如穿戴式手表等領域由於轉移數量少，難度相對較低，是當前最容易實現的應用Micro LED顯示的領域；而中大尺寸應用如電視等領域的決定因素在於成本，即低成本前提下滿足大批量、高速率轉移，這一技術當前還需突破，目前商業化的可能性還比較低。
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