基于无掩膜光刻的MicroLED芯片粘附式阵列转移方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种基于无掩膜光刻的MicroLED芯片粘附式阵列转移方法。

背景技术

MicroLED即LED微缩技术，是指将传统LED阵列化、微缩化后定址巨量转移到电路基板上，形成超小间距LED，将毫米级别的LED长度进一步微缩到微米级，以达到超高像素、超高解析率，理论上能够适应各种尺寸屏幕的技术。

MicroLED具备无需背光源、能够自发光的特性，与OLED相似，但相比OLED，Micro-LED色彩更容易准确的调试，有更长的发光寿命和更高的亮度。所以是OLED之后另一具有轻薄及省电优势的显示技术，被誉为OLED之后下一代显示技术。由于MicroLED使用无机材料，且结构简易，几乎无光耗，它的使用寿命非常长。而OLED采用有机材料、有机物质作为发光材料，有其固有缺陷——即寿命短和稳定性差，在这两方面采用无机材料作为发光体的QLED和Micro LED有着巨大的优越性。另外MicroLED的另一个优势在于它的微米等级的间距，而且每一点画素(pixel)都能定址控制及单点驱动发光。

尽管有着这些吸引人的优势，制造高分辨率的MicroLED显示器被证明是非常具有挑战性的，因为将数千万颗MicroLED精确组装到驱动电路上，需要复杂的转移和键合过程。可扩展的有源驱动MicroLED显示设备主要由两个主要部分组成：MicroLED阵列和驱动器背板。为了产生任何显示模式，MicroLED阵列必须电连接到驱动器背板上的电极。MicroLED显示器件的制造涉及两个具有挑战性的过程：(1)以快速、准确和低成本的方式转移数千万颗MicroLED芯片，以及(2)以最小的位移将微型LED可靠地结合到驱动电路上。

MicroLED阵列可以由大规模转移技术制成，该技术使用转移头从源晶片上拾取大阵列的芯片，并将它们转移到目标基板上。到目前为止，已经开发了各种转移技术，但只有少数获得成功。转移效率低、未对准和位移误差仍然是主要障碍。目前在MicroLED阵列的转移技术中，静电力已经被用于转移MicroLED，但是过量的静电力可能损坏发光二极管管芯，导致发光像素的故障；流体转移被认为是一种低成本、快速的MicroLED转移解决方案，然而，这种方法的转移精度是需要克服的主要障碍；热释放胶带已被用于转移大型柔性电子设备，然而，它是否适合小尺寸发光二极管的晶片级转移仍然是一个未解决的问题；弹性体印章转移是另一种广泛使用和可行的技术，它允许将单个MicroLED或一部分MicroLED转移到不同类型的基板上，并提供了重新排列像素数量、像素间距和最终显示尺寸的绝佳机会，然而，需要解决该技术的几个缺点：首先，附着力操作的可重复性是一个主要问题，这项技术依靠弹性印模的微弱附着力来拾取和固定器件，因此，在转移过程中，一些器件可能会明显移动，甚至从原始位置丢失，第二，由于外部压力或高温引起的弹性印章的膨胀和变形，也会造成转移后MicroLED位置的位移，而所有这些缺点都会对MicroLED与驱动器底板的后续配准和结合造成不良影响。

发明内容

针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种基于无掩膜光刻的MicroLED芯片粘附式阵列转移方法，有效提高MicroLED芯片转移的速度与良率，提高转移准确率以及转移稳定性，解决了现有MicroLED芯片转移方法转移准确率差、稳定性差、转移后容易发生位置位移的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于无掩膜光刻的MicroLED芯片粘附式阵列转移方法，包括以下步骤：

S1.制备表面均涂有聚二甲基硅氧烷层的第一中间载板和第二中间载板；

S2.将所述第一中间载板的表面压在蓝宝石衬底的MicroLED芯片的阵列上；

S3.用激光照射所述蓝宝石衬底，然后加热所述第一中间载板和所述蓝宝石衬底，所述MicroLED芯片的阵列转移到所述第一中间载板；

S4.将所述第二中间载板的表面压在所述第一中间载板的MicroLED芯片的阵列上，用紫外光照射所述第一中间载板，所述MicroLED芯片的阵列转移到所述第二中间载板；

S5.将各向异性导电膜涂在基板的表面；

S6.将所述基板的表面朝上放置，并将所述第二中间载板的表面朝下设置于所述基板的上方，将所述MicroLED芯片的第一电极单元与所述基板的对应的第二电极单元对准，用数字无掩膜光刻机在所述第二中间载板的一侧产生与所述基板的表面的第二电极单元的位置相对应的光斑，所述MicroLED芯片的阵列中与各个光斑相对应的MicroLED芯片从所述第二中间载板转移至所述基板；

S7.对所述基板进行加热，并对转移至所述基板的MicroLED芯片加压，所述基板的第二电极单元与对应的所述MicroLED芯片的第一电极单元电气互连。

更进一步说明，所述步骤S1中，所述表面涂有聚二甲基硅氧烷层的第一中间载板和第二中间载板的制备方法相同，所述第一中间载板和第二中间载板的材质均为石英玻璃，所述表面涂有聚二甲基硅氧烷层的第一中间载板和第二中间载板的制备方法具体包括以下步骤：

S10.将聚二甲基硅氧烷的主剂和固定剂按照质量比为10：1混合搅拌均匀，真空去除气泡后制得聚二甲基硅氧烷溶液；

S11.将所述聚二甲基硅氧烷溶液滴加到石英玻璃的表面并在所述石英玻璃的表面刮制成膜；

S12.将表面涂有聚二甲基硅氧烷层的石英玻璃加热。

更进一步说明，所述步骤S12中，将表面涂有聚二甲基硅氧烷层的石英玻璃加热的加热温度为90～150℃，加热时间为3～5min。

更进一步说明，所述步骤S1中，所述聚二甲基硅氧烷层的厚度为30～150μm。

更进一步说明，所述步骤S2中，将所述第一中间载板的表面压在蓝宝石衬底的MicroLED芯片的阵列上的压力小于10N。

更进一步说明，所述步骤S3中，用激光照射所述蓝宝石衬底具体为用266nm的激光器照射所述蓝宝石衬底。

更进一步说明，所述步骤S3中，加热所述第一中间载板和所述蓝宝石衬底的加热温度为60～90℃。

更进一步说明，所述基板采用薄膜晶体管基板或者玻璃基板。

更进一步说明，所述步骤S6中，将所述MicroLED芯片的第一电极单元与所述基板的对应的第二电极单元对准后，还包括将所述第二中间载板与所述基板拉近，拉近后所述第二中间载板与所述基板之间的距离为20～80μm。

更进一步说明，所述步骤S7中，对所述基板进行加热的加热温度为190～260℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用无掩膜光刻(DMD)产生光斑照射聚二甲基硅氧烷(PDMS)层来实现MicroLED芯片的选择性转移，通过采用数字无掩膜光刻原理产生任意光斑图形实现芯片选择性地转移，替代传统的依靠弹性体印章(stamp)实现芯片转移的工艺，从而实现阵列化、规模化的MicroLED芯片选择性巨量转移。由于本发明的阵列化光斑可以简单的通过控制数字无掩膜光刻机产生，可以轻松的实现阵列转移，将检测出来的坏点坐标输入后可以不转移，实现选择性转移，减轻修复的工作量，提高效率，能够在MicroLED芯片的巨量转移过程中，实现选择性的阵列转移，有效提高转移的速度与良率，提高转移准确率以及转移稳定性，缩短MicroLED芯片巨量转移时间。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明一个实施例的蓝宝石衬底(具有MicroLED芯片的阵列)的俯视图；

图2是本发明一个实施例的步骤S2将第一中间载板的表面压在蓝宝石衬底的MicroLED芯片阵列上的俯视图；

图3是本发明一个实施例的步骤S3用激光照射蓝宝石衬底(未显示第一中间载板)的示意图；

图4是本发明一个实施例的步骤S3中MicroLED芯片阵列转移到第一中间载板后的俯视图；

图5是本发明一个实施例的步骤S4中将第二中间载板的表面压在第一中间载板的MicroLED芯片阵列上的示意图；

图6是本发明一个实施例的步骤S4中将MicroLED芯片阵列转移到第二中间载板的示意图；

图7是本发明一个实施例的步骤S6中将MicroLED芯片的第一电极单元与基板的对应的第二电极单元对准的示意图；

图8是本发明一个实施例的步骤S6中将用数字无掩膜光刻机在第二中间载板的一侧产生与基板的表面的第二电极单元的位置相对应的光斑的示意图；

图9是本发明一个实施例的步骤S7中对基板进行加热并对MicroLED芯片加压的示意图；

其中：MicroLED芯片1、第一电极单元11、第一正极12、第一负极13、蓝宝石衬底2、第一中间载板3、聚二甲基硅氧烷层31、石英玻璃32、第二中间载板4、各向异性导电膜5、基板6、第二电极单元61、第二正极62、第二负极63。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至图9所示，一种基于无掩膜光刻的MicroLED芯片粘附式阵列转移方法，包括以下步骤：

S1.制备表面均涂有聚二甲基硅氧烷层31的第一中间载板3和第二中间载板4；

S2.将所述第一中间载板3的表面压在蓝宝石衬底2的MicroLED芯片1的阵列上；

S3.用激光照射所述蓝宝石衬底2，然后加热所述第一中间载板3和所述蓝宝石衬底2，所述MicroLED芯片1的阵列转移到所述第一中间载板3；

S4.将所述第二中间载板4的表面压在所述第一中间载板3的MicroLED芯片1的阵列上，用紫外光照射所述第一中间载板3，所述MicroLED芯片1的阵列转移到所述第二中间载板4；

S5.将各向异性导电膜5涂在基板6的表面；

S6.将所述基板6的表面朝上放置，并将所述第二中间载板4的表面朝下设置于所述基板6的上方，将所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61对准，用数字无掩膜光刻机在所述第二中间载板4的一侧产生与所述基板6的表面的第二电极单元61的位置相对应的光斑，所述MicroLED芯片1的阵列中与各个光斑相对应的MicroLED芯片1从所述第二中间载板4转移至所述基板6；

S7.对所述基板6进行加热，并对转移至所述基板6的MicroLED芯片1加压，所述基板6的第二电极单元61与对应的所述MicroLED芯片1的第一电极单元11电气互连。

本发明通过将所述第一中间载板3的表面压在所述蓝宝石衬底2的MicroLED芯片1的阵列上，由于所述第一中间载板3上的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31具有粘性，当用激光照射所述蓝宝石衬底2时，激光穿过所述蓝宝石衬底2，到达所述MicroLED芯片1的氮化镓(GaN)缓冲层时被吸收，吸收发生在氮化镓(GaN)与所述蓝宝石衬底2的界面处，导致未参杂的氮化镓(GaN)分解成氮气(N

将所述基板6的表面朝上放置，并将所述第二中间载板4的表面朝下设置于所述基板6的上方，将所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61对准，用数字无掩膜光刻机在所述第二中间载板4的一侧产生与所述基板6的表面的第二电极单元61的位置相对应的光斑，由于产生的光斑是阵列的，单个光斑与所述基板6的表面的第二电极单元61的位置相对应，且数字无掩膜光刻机产生的光斑照射到所述第二中间载板4的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31，聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31在受到数字无掩膜光刻机产生的光斑照射之后粘性降低，所述MicroLED芯片1的重力大于与所述第二中间载板4的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31的粘接力，自然下落并转移至所述基板6，此时由于只有照射到光斑的位置，该位置的聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31的粘性才会降低，从而实现了所述MicroLED芯片1的阵列化、规模化的选择性转移；

最后，通过对所述基板6进行加热，并对转移至所述基板6的所述MicroLED芯片1加压，由于所述基板6的表面涂有各向异性导电膜5，所述各向异性导电膜5的导电粒子在所述MicroLED芯片1的第一电极单元11和所述基板6之间，导电区域形成，经过热压后，在所述各向异性导电膜5的膜厚方向具有导电性，所述各向异性导电膜5的在膜面方向具有绝缘性，能同时实现所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61(即对置电极部分)的永久粘接、电极之间的导电以及电极图形之间的绝缘，实现所述基板6的第二电极单元61与对应的所述MicroLED芯片1的第一电极单元11电气互连。

本发明采用无掩膜光刻(DMD)产生光斑照射聚二甲基硅氧烷(PDMS)层31来实现MicroLED芯片的选择性转移，通过采用数字无掩膜光刻原理产生任意光斑图形实现芯片选择性地转移，替代传统的依靠弹性体印章(stamp)实现芯片转移的工艺，从而实现阵列化、规模化的MicroLED芯片选择性巨量转移。由于本发明的阵列化光斑可以简单的通过控制数字无掩膜光刻机产生，可以轻松的实现阵列转移，将检测出来的坏点坐标输入后可以不转移，实现选择性转移，减轻修复的工作量，提高效率，能够在MicroLED芯片的巨量转移过程中，实现选择性的阵列转移，有效提高转移的速度与良率，提高转移准确率以及转移稳定性，缩短MicroLED芯片巨量转移时间。

更进一步说明，所述步骤S1中，所述表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的第一中间载板3和第二中间载板4的制备方法相同，所述第一中间载板3和第二中间载板4的材质均为石英玻璃32，所述表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的第一中间载板3和第二中间载板4的制备方法具体包括以下步骤：

S10.将聚二甲基硅氧烷的主剂和固定剂按照质量比为10：1混合搅拌均匀，真空去除气泡后制得聚二甲基硅氧烷溶液；

S11.将所述聚二甲基硅氧烷溶液滴加到石英玻璃32的表面并在所述石英玻璃32的表面刮制成膜；

S12.将表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的石英玻璃32加热。

优选的，所述步骤S10中，所述主剂采用道康宁的SylgardA，所述固定剂采用道康宁的SylgardB。

制备所述聚二甲基硅氧烷溶液时，将聚二甲基硅氧烷的主剂和固定剂按照质量比为10：1混合之后充分搅拌，真空去除气泡后制得聚二甲基硅氧烷溶液，如果所述聚二甲基硅氧烷的主剂和固定剂的质量比过高或者过低，均会降低所述聚二甲基硅氧烷层31的粘性，使得所述MicroLED芯片1不易粘附到所述第一中间载板3和所述第二中间载板4上，影响MicroLED芯片1的转移效果。

具体地，所述石英玻璃32的尺寸大于所述蓝宝石衬底2的尺寸。

所述石英玻璃32的尺寸大于所述蓝宝石衬底2的尺寸，保证所述MicroLED芯片1的阵列能够全部转移到所述第一中间载板3和第二中间载板4上，从而保证所述MicroLED芯片1的转移效果。

具体地，所述步骤S11中，采用金属刮刀将所述聚二甲基硅氧烷溶液在所述石英玻璃32的表面刮制成膜。

所述步骤S11中，通过采用金属刮刀将所述聚二甲基硅氧烷溶液在所述石英玻璃32的表面刮制成膜，保证所述聚二甲基硅氧烷层31在所述石英玻璃32表面的均匀性和平整性，从而保证所述MicroLED芯片1的转移平稳性。

更进一步说明，所述步骤S12中，将表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的石英玻璃32加热的加热温度为90～150℃，加热时间为3～5min。

优选的，所述步骤S12中，将表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的石英玻璃32加热的加热温度为120℃，加热时间为3min。

所述步骤S12中，将表面涂有聚二甲基硅氧烷层31的石英玻璃32加热的加热温度为90～150℃，如果加热温度过高和过低，均会降低所述聚二甲基硅氧烷层31的粘性，使得所述MicroLED芯片1不易粘附到所述第一中间载板3和第二中间载板4上，影响MicroLED芯片的转移效果。

更进一步说明，所述步骤S1中，所述聚二甲基硅氧烷层31的厚度为30～150μm。

所述步骤S1中，所述聚二甲基硅氧烷层31的厚度为30～150μm，如果所述聚二甲基硅氧烷层31的厚度过厚，会影响所述步骤S6中MicroLED芯片1从所述第二中间载板4选择性地转移至所述基板6的释放效果，如果所述聚二甲基硅氧烷层31的厚度过薄，会降低所述聚二甲基硅氧烷层31的粘性，导致所述聚二甲基硅氧烷层31的粘性不足，使得所述MicroLED芯片1不易粘附到所述第一中间载板3和第二中间载板4上，影响MicroLED芯片的转移效果。

更进一步说明，所述步骤S2中，将所述第一中间载板3的表面压在蓝宝石衬底2的MicroLED芯片1的阵列上的压力小于10N。

所述步骤S2中，将所述第一中间载板3的表面压在蓝宝石衬底2的MicroLED芯片1的阵列上的压力小于10N，保证不会损坏所述MicroLED芯片1，从而保证所述MicroLED芯片1的转移效果以及使用效果。

具体地，所述步骤S3中，用激光照射所述蓝宝石衬底2具体为用266nm的激光器照射所述蓝宝石衬底2。

所述步骤S3中，通过采用266nm的激光器照射所述蓝宝石衬底2，激光穿过所述蓝宝石衬底2，到达所述MicroLED芯片1的氮化镓(GaN)缓冲层时被吸收，吸收发生在氮化镓(GaN)与所述蓝宝石衬底2的界面处，导致未参杂的氮化镓(GaN)分解成氮气(N

更进一步说明，所述步骤S3中，加热所述第一中间载板3和所述蓝宝石衬底2的加热温度为60～90℃。

优选的，所述步骤S3中，加热所述第一中间载板3和所述蓝宝石衬底2的加热温度为70℃。

所述步骤S3中，加热所述第一中间载板3和所述蓝宝石衬底2，以熔化镓(Ga)，使得所述蓝宝石衬底2可以很容易地去除，将所述MicroLED芯片1转移到所述第一中间载板3上，当加热所述第一中间载板3和所述蓝宝石衬底2的加热温度为70℃时，所述蓝宝石衬底2的去除效果最好。

优选的，所述基板6采用薄膜晶体管基板或者玻璃基板。

优选的，所述基板6采用薄膜晶体管基板。

采用薄膜晶体管(TFT)基板或者玻璃基板作为驱动电路基板。所述基板6上形成驱动电路，所述基板6的表面配有所述第二电极单元61，所述第二电极单元61包括第二正极62和第二负极63，所述MicroLED芯片1的第一电极单元11包括第一正极12和第一负极13，通过正负电极的排列，方便所述基板6的第二电极单元61与所述MicroLED芯片1的第一电极单元11，具体地，所述第一电极单元11的第一正极12与所述第二电极单元61的第二正极62连接，所述第一电极单元11的第一负极13与所述第二电极单元61的第二负极63连接。

更进一步说明，所述步骤S5中，所述各向异性导电膜5采用日立的MF331导电膜。

通过在所述基板6的表面涂覆所述各向异性导电膜5，能够实现所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61(即对置电极部分)的永久粘接、电极之间的导电以及电极图形之间的绝缘。

更进一步说明，所述步骤S6中，将所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61对准后，还包括将所述第二中间载板4与所述基板6拉近，拉近后所述第二中间载板4与所述基板6之间的距离为20～80μm。

将所述MicroLED芯片1的第一电极单元11与所述基板6的对应的第二电极单元61对准后，将所述第二中间载板4与所述基板6拉近，拉近后所述第二中间载板4与所述基板6之间的距离为20～80μm，如果所述第二中间载板4与所述基板6之间的距离太大，容易导致所述MiroLED芯片1在下落过程中飘走，影响了所述MiroLED芯片1转移的准确率及稳定性。

更进一步说明，所述步骤S7中，对所述基板6进行加热的加热温度为190～260℃。

所述MicroLED芯片1从所述第二中间载板4选择性地转移至所述基板6后，通过对所述基板6进行加热，并对所述MicroLED芯片1加压，如果对所述基板6进行加热的温度太低，容易导致所述MicroLED芯片1与所述基板6的对应的第二电极单元61之间的连接不牢固，如果对所述基板6进行加热的温度太高，则容易损坏所述MicroLED芯片1。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。