一、引言
Micro LED是繼OLED之后新一代顯示技術，近年來受到廣泛關注。Micro LED是將傳統LED進行薄膜化和微小化，使其體積達到主流LED的1%，像素點距離由毫米達到微米的一項技術[1]，一般指使用尺寸為100μm以下的LED發光單元組成顯示陣列，並被高密度地集成在一個芯片上。由於像素單元低至微米量級，相比LCD、OLED顯示技術，其發光亮度更高、分辨率與色彩飽和度更好、功耗更低，光效率更高，在高分辨率顯示、虛擬現實、可穿戴/可植入器件、車載顯示等多個領域具有重要的應用價值。
Micro LED多在藍寶石類基板上生長制備，為滿足應用則需要轉移到柔性或玻璃顯示基板上，由於生長晶圓與顯示基板的尺寸不相匹配，因此需要進行多次轉運。根據最終應用場景的不同，可采用單片制造技術[4], 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，供VR等產品使用。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。由於受限於生長晶圓的尺寸，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。
2012年索尼展示了第一台Crystal-LED的微型LED電視， Micro LED顯示器才出現，然而尚未實現量產，仍存在微縮制程、全彩化、芯片組裝、缺陷檢修等制約技術[2]，其中，巨量轉移技術最為關鍵[3]。
本文將簡要概述Micro LED巨量轉移技術，分析難點與挑戰，指出技術流程中基板分離和芯片轉移等關鍵工藝的研究進展，展望未來巨量轉移技術的發展前景。
1. 巨量轉移
巨量轉移（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，巨量轉移技術指的是通過某種高精度設備將大量Micro LED晶粒從源基板轉移到目標基板或者驅動電路板上，業界基於不同的技術原理發展了多種流派，但主流技術都涉及基板分離和芯片取放兩個關鍵工藝，具體的轉移流程如下：
（1）基板分離：以某種作用力將芯片與源基板分離；
（2）芯片取放：通過轉移裝置將分離后的Micro LED芯片高精度地從源基板上轉移至目標顯示基板的特定位置上。
圖1 巨量轉移技術流程
其中，技術難點有兩個部分：（1）待轉移的LED晶體外延層厚度僅有原LED的3%，同時LED尺寸更小，需要精度很高的精細化操作；（2）一次轉移需要移動幾萬乃至幾十萬顆LED，數量十分巨大，要求有極高的轉移速率。傳統LED芯片pick-place方式
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，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，並取得了一定的進展。
近年來，許多公司應用不同技術原理改進傳統機械貼裝方式，投入了大量的研究並取得了一定的進展。2014年，Luxvue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。2015年X-Celeprint公司報道了一種Elastomer stamp micro-transfer-printing的技術( μTP)，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。2017年，PlayNitride公司公開專利，提出了采用磁力作為拾取力的pick-place巨量轉移方式。
圖2 巨量轉移主流技術發展
隨着其他技術的發展和多家制造商的加入，巨量轉移逐漸發展出其他多種流派。韓國機械與材料研究所( KIMM)提出了Overlay-Aligned Roll-Transfer Printing技術，通過輥印的方式實現巨量轉移。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。Uniqarta、Coherent、 QMAT公司采用激光誘導工藝，通過激光與材料的不同作用力實現芯片非接觸式轉移。2018年，Optovate公司提出了p-LLO工藝，通過激光作用GaN實現剝離與轉移。至此，目前業界主流公司形成了自組裝技術[5]、微印章轉移[6]、激光轉移[8]、滾軸轉印[7] 等流派，但仍然存在良率、精度等問題，如何控制成本和良率是當前商業化的關鍵，圖2是巨量轉移的技術發展歷程簡圖。
表1 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 |
[12] |
| 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 |
[13] |
| 磁力 |
電磁轉移頭 |
—— |
通電產生電磁力 |
電磁力控制釋放 |
[14] |
| LEAP / LIFT |
激光頭+中間基板 |
激光剝離GaN |
鍵合 |
激光燒蝕動態釋放 |
[15][16][17][18] |
| 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 |
[19] |
|
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。
2.基板分離工藝
與OLED不同，Micro LED通常在藍寶石或者硅基板上生長，並且需要從原始襯底轉移到玻璃基板或者柔性基板上，以滿足不同應用需求。[11]
通常，GaN基μLED通過將准分子激光器發出的紫外激光透過藍寶石基材，作用在GaN與襯底界面處，GaN在激光作用下分解產生局部力推動芯片向基板運動，從而實現基板與GaN基LED的分離。這一技術與用於剝離硬性基板與柔性襯底的激光剝離技術原理相同，具有作用光波長可選、作用時間短、熱影響區域小的優點，在柔性電子器件領域具有較深入的研究。這種基板分離工藝通常用於激光誘導轉移工藝。Optovate公司提出的p-LLO工藝中，通過激光直接剝離GaN基μLED，激光作用於GaN產生的沖擊力使得LED芯片脫離源基板的同時，將芯片轉向目標基板。
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％，與藍寶石上的GaN 基μLED相當，GaN 基μLED可以在大型Si晶片上生長[46][47]。 最近報道了Trindade[45]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[48]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，其步驟如圖4所示
除此之外，X-Celeprint、KIMM、LuxVue等公司則通過蝕刻的方式，使LED與生長襯底之間以橋式等弱接觸方式連接生長，在外力如范德華力、靜電力或粘附力等作用力下可將LED與源基板分離。
3.芯片取放工藝
從基板分離的Micro LED需要從源基板或中間載體基板上轉移至目標基板上。主流的芯片取放工藝可以分為精准拾取、激光誘導轉移、自組裝技術。
3.1 精准拾取
拾取技術一般通過轉移頭（通常是彈性印章）將源基板(Donor Substrate)上的器件從基體脫離開並放置在接收基體上(Receive substrate)合適的位置，從而完成轉移過程。其技術原理類似柔性電子領域的轉印技術，通過調節界面黏結力進行運動學控制來實現芯片從一個基板向另一個基板的轉移，這一過程如圖5.
圖5 拾取技術步驟
應用這一轉移流程的技術包括微印章轉印、靜電力轉移、磁力轉移、滾輪轉移等。
LuxVue根據靜電原理，利用相反電荷的吸引來拾取微型LED [40]。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電壓以產生抓取力，從而與微型LED接觸並轉移。轉移頭在電場作用下加熱並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。
X-Celeprint開發了一種微印章轉移組裝技術，如圖6所示[41]。該技術以彈性印章與原始晶圓基板上的微LED陣列接觸，在足夠高的剝離速度下，憑借速率依賴的粘附力，微型LED附着在印章上，並從原始基材上抬起，其中粘附力主要由范德華相互作用力產生。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。
圖6 微印章轉移組裝技術
韓國機械和材料制造（KIMM）[7]研究所開發了滾輪轉印工藝，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，如圖7所示。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。
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“免工具”高精度制造技術不可或缺的工業工具,激光驅動（laser propulsion）的概念最早由Kontrowitz[25]等人提出，其主要原理是紫外線（UV）光子在被有機分子吸收時會引起電子激發，產生燒蝕分解，而紅外線（IR）光子會導致電子振動和旋轉激發，然后發生熱分解。自此，致力於激光驅動技術的研究不斷增長。由於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)有很大的差異，Saeidpourazar等人[27]利用有柱形微結構的印章選擇性地將器件從施主基體上拾取，然后將印章移動至受主基體上方並靠近受主基體(不接觸)，用激光束照射目標轉印區域，器件吸熱導致界面溫升，由於印章與器件的熱膨脹系數相差100倍和模量相差10倍，在印章/器件界面形成極大的失配應變從而使器件從印章上脫落並印制到受主基體上。激光驅動開始應用於轉印技術，在印制過程中,印章與受主基本並不接觸,因此這是一種非接觸印制模式，這一模式可消除基體對印制的影響，大大拓寬轉印的應用范圍。
激光驅動轉印技術的通常步驟為：由轉印頭從施主基體上拾取器件，再通過激光照射可選擇性地轉移器件。在轉移過程中，由於激光波長、材料的不同等激光作用機理不同，激光驅動轉移又可分為激光直接釋放、激光動態層釋放等。
圖7 激光驅動轉移工藝
激光直接釋放是指中間材料在激光作用下發生分解，直至芯片脫離，從而實現轉移。Karlitskaya等人[26]在1064 nm波長下用Nd：YAG激光器的低強度脈沖（5x104 W/cm2）照射塗覆熱敏粘合劑的PET載帶（由Nitto-Denko Corporation制造的Revalpha膠帶），實現熱釋放，釋放速度取決於激光入射能量密度，相比燒蝕釋放可以顯著降低下落速度，且角度翻轉更少。但下落速度仍然不穩定，且降低下落速度的同時，在芯片尺寸縮小后，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；釋放方向是隨機的，光束的空間輪廓與釋放行為相關性很強，並發現光束強度不均勻的局部峰會引起硅的局部加熱，會導致膠黏材料發生不均勻的膨脹，從而導致組件釋放的不均勻性。其后，Karlitskaya N S等人又使用倍頻的Nd：YAG激光，低強度的0.2 ms激光脈沖進行轉移硅片，在試驗中調節使得激光光斑的質量更高，解決了局部峰值引起“熱膨脹不均勻”現象，釋放速度更加恆定，在0.65至1m/sec的范圍內。釋放的統計分析表明，在組件和接收表面之間的距離為0.2 mm的情況下，可以獲得±35 µm的放置精度要求。此過程的最大優勢是：與傳統的取放機器相比，每秒放置100個組件的速度更高，而每秒放置2個組件。該過程是非接觸式的，當硅組件越來越薄時，將大大降低傳統拾取工藝造成的機械損壞風險。
應用激光直接釋放原理的另一種方式是使用准分子激光，照射在生長界面上的氮化鎵薄片上的芯片，GaN在紫外線曝光產生鎵金屬和氮氣，從而實現芯片與基板的分離，達到轉移的目的。2018年Optpvate發布圖案化激光剝離轉移技術（p-LLO），該工藝使用准分子激光在藍寶石晶圓的生長界面處照亮稀疏分離的裸片大小的氮化鎵區域。紫外線照射下產生的氮氣可控地將微型LED燒蝕到接收器工具或基板上。該工藝能夠處理GaN晶片之間的變化，包括生長缺陷，顏色和正向電壓。p-LLO的選擇性光學尋址功能可將晶圓上的預轉移特性數據編碼為micro-LED提取圖案，並用於修補micro-LED背板，以優化產量。 該轉移技術依賴於激光剝離工藝，使用光掩模將受激准分子激光束聚焦在基板上的不同位置以實現選擇性釋放微型LED陣列。
激光動態層釋放原理是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。早在1992年，Zweig A D等人[28]就通過研究水中受約束的聚酰亞胺薄片在受激准分子下進行激光照射，發現了激光燒蝕聚合物PI會產生沖擊波的現象。1998年，Holmes等人[29]在研究中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。2006年，Karlitskaya等人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。這些研究為激光動態燒蝕釋放提供了很好的原理解釋，並在機理研究上取得了一定成效。
2007年，Alberto Piqué等人首次應用了LIFT工藝，在真空室內沉積銅金屬圖案，用准分子激光脈沖（K = 193 nm，15 ns）在圓柱透鏡聚焦為25mm×50 mm寬的直線光斑，能夠覆蓋源基板上的薄銅膜，結果銅被成功轉移到硅和熔融石英襯底上。之后，Alberto Piqué等人將LDW（laser-based direct-write process）工藝應用於激光芯片轉移，將激光燒蝕用於了微芯片的轉移。2011年，Marinov V 等人用LEAP工藝，即LASER-ENABLED ADVANCED PACKAGINGT工藝組裝微器件，使用聚合物犧牲層將要轉移的組件附着到激光透明載體上。用激光脈沖加熱或燒蝕塗覆在目標基板另一側的犧牲材料，以產生氣體，將氣體推向緊鄰的接收基板，並已成功用於EPC Global Gen2 UHF無源RFID芯片轉移。2012 年美國北達科他州立大學 (the North Dakota State University)納米科學與工程中心報道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（thermo-mechanical selective laser-assisted die transfer，tmSLADT）通過添加具有彈性的動力釋放層（dynamic releasing layer, 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。該文實現了相距195 µm的兩個基板之間對厚度為65 µm，規格為680×680 µm的硅磚“非接觸式”成功轉移，成功率為64%. 2016 年 Kim J. 等對生長在藍寶石上的 GaN 層 Micro-LED 陣列進行選擇性激光剝離研究，其中GaN 層厚度為 5μm，Micro LED陣列是100×100μm 的微小區域結構單元，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。表2列出了主流的激光驅動轉移工藝及其特點。
表2 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 |
[21] |
| 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） |
[22] |
| 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 |
[23] |
| 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 |
[24] |
QMAT開發的束尋址釋放技術（BAR）利用激光束將大量Micro LED從源基板快速轉移到目標基板。首先用MOCVD法依次在基板上制備LED器件層、GaN層、鍵合層、轉移釋放層、測試保護層；然后進行檢測，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並記憶，在進行轉移時遇到壞點激光則繞過；激光透過透明基板作用在激光釋放層，通過光熱作用使的芯片與原基板分離達到轉移的目的；Micro LED芯片通過巨量轉移到電路板后，由整合微透鏡陣列，提高亮度及對比度。Micro LED陣列經由垂直交錯的正、負柵狀電極連結每一顆Micro LED的正、負極，透過電極線的依序通電，透過掃描方式點亮Micro LED以顯示影像。該技術在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，可以避免將壞點轉移到基板上，從而提高了良率。
2017年Uniqarta報道的LEAP轉移技術，通過采用激光照射動態釋放層，精准放置LED芯片。該方案中使用355nm的Nd:YVO4或Nd:YAG激光器的三次諧波（平均功率：200 mW；10~17µJ/pulse；頻率：15kHz；掃描速度：300mm/s），其在聚酰亞胺發泡材料中的吸收深度為0.2μm至0.5μm，聚焦為d<20μm的點光斑。轉移間隙：180 µm。350×350 µm的芯片用一個單一的圓環（d=200µm）來實現轉移。該過程可以單束或多束模式運行：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；在多光束模式下，使用掃描儀將光束圖案順序聚焦在模具組上。這提供了處理通常在晶片上的不良晶粒的能力。首先使用單光束模式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已知良好管芯的陣列。最后，再次使用單光束模式將單個管芯轉移到由於先前移除不良管芯而導致的未填充的填充位置。這種有選擇地移除和替換不需要的芯片的能力使LEAP與其他並行放置方法有所不同。Uniqarta執行長Ronn Kliger在演講過程透過影片呈現轉移速度，一顆大小為130x160微米的LED。每小時可轉移約1400萬顆。
目前應用於轉移芯片的激光驅動工藝，無論是直接釋放還是鼓泡層釋放，其芯片下落的速度都與激光入射能量密度有關，且都會出現容易偏移和偏轉等不穩定問題，但熱釋放較燒蝕釋放下落速度要低很多，這便於芯片下落的控制，但同時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膠層不均勻膨脹，從而導致組件釋放不均勻。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，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(MolecularSelf組件) 和定向自組裝(Directedself組件) 。分子自組裝[30]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[31][32]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。
圖8 定向自組裝示意圖
自組裝技術作為一種並行制造技術，已經提出了流體力[35][34]、表面能[36]、磁力[37]、重力[38]、靜電力[39]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[41]和流體自組裝[40]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[43]。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[44]問題。
4.結論與展望
由於μLED微縮化和全彩RGB μLED數量大，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、高良率的制造工藝。盡管針對不同的基底采用不同的基底去除技術，但主流技術仍采用激光剝離藍寶石襯底的GaN基LED。
為了提高經濟和時間效益，轉移率是確定不同轉移技術實際實用性的關鍵參數。在大多數芯片轉移方法中：激光剝離，流體組裝，彈性體印章和卷對卷沖壓，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。
總體而言，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。
參考文獻
[1] 邰建鵬,郭偉玲.Micro LED顯示技術研究進展[J].照明工程學報,2019,30(01):18-25.
[2] Ding K, Avrutin V, Izyumskaya N, et al. Micro-LEDs, a manufacturability perspective[J]. Applied Sciences, 2019, 9(6): 1206.
[3] Paranjpe A, Montgomery J, Lee S M, et al. 45‐2: Invited Paper: Micro‐LED Displays: Key Manufacturing Challenges and Solutions[C]//SID Symposium Digest of Technical Papers. 2018, 49(1): 597-600.
[4] Fu, Y., et al. (2019). "Monolithic Integrated Device of GaN Micro-LED with Graphene Transparent Electrode and Graphene Active-Matrix Driving Transistor." Materials 12(3).
[5] Wong M S, Nakamura S, DenBaars S P. Progress in High Performance III-Nitride Micro-Light-Emitting Diodes[J]. ECS Journal of Solid State Science and Technology, 2020, 9(1): 015012.
[6] SASAKI K, SCHUELE PJ, ULMER K, et al. system and method for the fluid assembly of emissive displays [P]. May 11, 2017.
[7] Kim H S , Brueckner E , Song J , et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(25):10072-10077.
[8] Plessey, GaN on Silicon Platform for Micro LEDs, 2nd International Micro LED Summit (2018)
[9] Choi, M., et al. (2017). "Stretchable Active Matrix Inorganic Light-Emitting Diode Display Enabled by Overlay-Aligned Roll-Transfer Printing." Advanced Functional Materials 27(11).
[10] Vincent W. Lee, Nancy Twu, Ioannis Kymissis. Micro-LED Technologies and Applications[J] Information Display. 2016(32),6.16-23
[11] Levermore, P. el al 38-1: Invited Paper: Ink jel-printed OLEDs for displayapplications. SID Symp. Dig. Tech. Pap. 47, 484- 486 (2016). [1]Kim H S , Brueckner E , Song J , et al. Unusual strategies for using indium gallium nitride grown on silicon (111) for solid-state lighting[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(25):10072-10077.
[12] Kim, J.-Y., et al. (2019). "Mass Transfer of Microscale Light-Emitting Diodes to Unusual Substrates by Spontaneously Formed Vertical Tethers During Chemical Lift-Off." Applied Sciences 9(20).
[13] Wong, M. S., et al. (2019). "Review—Progress in High Performance III-Nitride Micro-Light-Emitting Diodes." ECS Journal of Solid State Science and Technology 9(1).
[14] Park, J., et al. (2016). "Dependence of adhesion strength between GaN LEDs and sapphire substrate on power density of UV laser irradiation." Applied Surface Science 384: 353-359.
[15] Kim J , Kim J H , Cho S H , et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using 266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation[J]. Applied Physics A, 2016, 122(4):305.
[16] Ajit Paranjpe, Jay Montgomery, Soo Min Lee .Manufacturing Solutions for Micro-LED Displays
[17] Morkoç, “Micro-LEDs, a manufacturability perspective,” Appl. Sci. (Basel) 9(6), 1206 (2019).
[18] Choi, M., et al. (2017). "Stretchable Active Matrix Inorganic Light-Emitting Diode Display Enabled by Overlay-Aligned Roll-Transfer Printing." Advanced Functional Materials 27(11).
[19] Ding, K., et al. (2019). "Micro-LEDs, a Manufacturability Perspective." Applied Sciences-Basel 9(6).
[20] A. Kantrowitz, “Propulsion to orbit by ground-based lasers”, Astronautics & Aeronautics (A/A) Vol.10, 74-76, 1972
[21] Holmes A S. Laser processes for MEMS manufacture[C]//Second International Symposium on Laser Precision Microfabrication. International Society for Optics and Photonics, 2002, 4426: 203-209
[22] A. Piqué, “Use of laser direct-write in microelectronics assembly,” J. Laser Micro/Nanoeng., vol. 2, no. 1, pp. 103–107, 2007.
[23] Miller R . Noncontact Selective Laser-Assisted Placement of Thinned Semiconductor Dice[J]. Components, Packaging and Manufacturing Technology, IEEE Transactions on, 2012, 2(6):p.971-978.
[24] Kim J , Kim J H , Cho S H , et al. Selective lift-off of GaN light-emitting diode from a sapphire substrate using 266-nm diode-pumped solid-state laser irradiation[J]. Applied Physics A, 2016, 122(4):305.
[25] A. Kantrowitz, “Propulsion to orbit by ground-based lasers”, Astronautics & Aeronautics (A/A) Vol.10, 74-76, 1972
[26] Raphael R B . Review Of Impulse Coupling With Materials[C]// 1984 Technical Symposium East. 1984
[27] Saeidpourazar R,Li R, Li Y, et al Laser-driven micro transfer placement of prefabricated microstructures. J Micrelectromech Syst, 2012, 21:1049- -1058
[28] Zweig A D , Deutsch T F . Shock waves generated by XeCl excimer laser ablation of polyimide in air and water[C]// Conference on Lasers & Electro-optics. 1992.
[29] Holmes A S, Saidam S M. Sacrificial layer process with laser-driven release for batch assembly operations[J]. Journal of Microelectromechanical Systems, 1998, 7(4): 416-422
[30] 邢麗,張復實,向軍輝,楊鏡奎.自組裝技術及其研究進展[J].世界科技研究與發展,2007(03):39-44.
[31] Grzybowski B A, Whitesides G M. Directed dynamic self-assembly ofobjects rotating on two parallel fluid interfaces.J ChemPhys, 2002, 116 (19) :8571~8577
[32] Adam W, Byron D G, Logan S M, et al.Directed self-assembly ofspherical particles on patterned electrodes by an applied electricield.Adv Mater, 2005, 17:1507~1511
[33] Huang, Y., Duan, X., Wei, Q. & Lieber, C. M. Directed assembly ofone-dimensional nanostructures into functional Networks.Science291,630–633 (2001).
[34] Dendukuri, D., Hatton, T. A. & Doyle, P. S. Synthesis and self-assembly ofamphiphilic polymeric microparticles.Langmuir23,4669–4674 (2006)
[35] Tanase, M.et al.Magnetic trapping and self-assembly of multicomponentnanowires.J. Appl. Phys.91,8549–8551 (2002).
[36] Tasoglu, S.et al.Paramagnetic Levitational Assembly of Hydrogels.Adv. Mater.25,1137–1143 (2013).
[37] Hulteen, J. C. & Van Duyne, R. P. Nanosphere lithography: A materials generalfabrication process for periodic particle array surfaces.J. Vac. Sci. Technol. A13,1553–1558 (1995).
[38] Gracias, D. H., Tien, J., Breen, T. L., Hsu, C. & Whitesides, G. M. Formingelectrical networks in three dimensions by self-assembly.Science289,1170–1172 (2000).
[39] Tasoglu S , Yu C H , Gungordu H I , et al. Guided and magnetic self-assembly of tunable magnetoceptive gels[J]. Nature Communications, 2014, 5:4702.
[41] https://www.microled-info.com/eluxs-fluidic-microled-technology-and-business-explained
[42] SASAKI K, SCHUELE PJ, ULMER K, et al. system and method for the fluid assembly of emissive displays [P]. May 11, 2017.
[43] ServiceR E. How far can we push chen ical se If assembly Science,2005, 309: 95 .
[44] Texter I, Tirell M，Chen ical processing by self - assenb ly.A ChE，2001, 47: 1706~1710
[45] Trindade A J , Guilhabert B , Massoubre D , et al. Nanoscale-accuracy transfer printing of ultra-thin AllnGaN light-emitting diodes onto mechanically flexible substrates[J]. Applied Physics Letters, 2013, 103(25):253302.1-253302.4.
[46] Hahn, B.; Galler, B.; Engl, K. Development of high-efficiency and high-power vertical light emitting diodes. Jpn. J. Appl. Phys. 2014, 53, 100208
[47] Liu, H.F.; Seng, H.L.; Teng, J.H.; Chua, S.J.; Chi, D.Z. Effects of lift-off and strain relaxation on optical properties of InGaN/GaN blue LED grown on 150 mm diameter Si (111) substrate. J. Cryst. Growth 2014, 402, 155.
[48] Kim, J.-Y., et al. (2019). "Mass Transfer of Microscale Light-Emitting Diodes to Unusual Substrates by Spontaneously Formed Vertical Tethers During Chemical Lift-Off." Applied Sciences 9(20).