[发明专利]流体制备LED显示器的方法和系统

说明书

本发明公开了一种流体制备LED显示器的方法和系统。该方法包括提供第一衬底，第一衬底的顶表面上形成有多个夹持凸起，每个夹持凸起设置有驱动电极；提供LED芯片的LED芯片液体悬浮液；使LED芯片液体悬浮液流过第一衬底的顶表面；捕获LED芯片于多个夹持凸起中；对第一衬底进行退火；以及通过退火使每个LED芯片和与其对应的夹持凸起的驱动电极电性连接。本发明可以简洁快速且精准地转移巨量的微型发光二极管，并具有高良率。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造和光学系统，尤其涉及一种流体制备LED显示器的方法和系统。

背景技术

微型发光二极管(Micro-LED)就是“微”LED(发光二极管)，微型发光二极管阵列显示作为一种新显示技术，与其它显示技术，比如液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)、有机电激光显示(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)、等离子显示(PlasmaDisplayPanel，PDP)等相比，其核心的不同之处在于其采用无机LED作为发光像素。

制作好的微小的LED需要转移到做好驱动电路的基底上。无论是电视还是手机屏，其像素的数量都是相当巨大的，以一个55寸4K电视为例，需要转移的晶粒就高达2400万颗(以4000x 2000x RGB三色计算)，即使一次转移1万颗，也需要重复2400次，这种技术叫做巨量转移。巨量转印设备是实现三基色Micro-LED芯片集成制造的关键。而4K或8K显示像素的尺寸较小，并且显示产品对于像素错误的容忍度也很低，一块有“亮点”或“暗点”的显示屏无法满足用户需求，所以将这些小像素可靠地转移到做好驱动电路的衬底上并实现电路连接是十分困难、复杂的技术。实际上，“巨量转移”确实是目前Micro-LED商业化上的一大瓶颈技术。其转移的效率，成功率都决定着商业化的成功与否。如何提高巨量转移后Micro-LED器件的良品率是值得研究的问题。将LED晶体薄膜无需封装直接搬运到驱动背板上，在Micro-LED的生产上，要把数百万甚至数千万颗微米级的LED晶粒正确且有效率的移动到电路基板上。

美国专利US20170133550A1首次提出用于制造发光显示器的流体组装方法，其技术是在Micro LED组装期间藉由流体悬浮液体当介质，该Micro LED悬浮液流过顶表面设置有多个井的发光基板从而Micro LED被捕获在井中，并利用熔融焊料在井的毛细管的界面对Micro LED电极进行机械和电性连接，将Micro LED捕获及对准至焊点上。由于此方法中毛细管作用力过大且不可控，一方面极易造成Micro LED损伤和失效，另一方面容易诱导Micro LED错位组装和堆叠，因此难以确保转移精度和良率，无法满足横向精度要求高的巨量转移，而且修复工艺繁杂耗时，难以满足大规模生产的要求。美国专利US20180261570A1提出一种定向自组装的方式则是通过反磁漂浮的办法处理巨量转移Micro LED，该方法包括将振动力施加到磁性台，磁性台包括多个磁体和以阵列布置的间隔物；将多个铁磁性的LED芯片(每个铁磁性的LED芯片都具有铁磁条)沉积到磁性平台上，振动力将多个铁磁性的LED芯片基本均匀地分布在磁性平台的表面上，并且其中振动力使多个铁磁性的LED芯片对准具有最大磁场强度的节点；通过磁场的物理反转去除一组不在最大磁场强度节点中的铁磁性的LED芯片。然而制备铁磁性的LED芯片是复杂的，因而反磁漂浮流体组装的技术是昂贵的、缓慢的，并且可能缺少灵活性和诸如LED芯片的脆弱的结构和兼容性，这导致LED芯片分辨率的缺失和不均匀的LED芯片密度，这阻碍了复用、小型化和信号定量。另外，美国专利US20180053742A1提出将电子器件粘附于暂时性固定层，通过扩张该暂时性固定层来改变LED间距从而转移到承载基板上。由于此方法中暂时性固定层在横向和纵向均会扩张，难以确保横向转移精度，无法满足横向精度要求高的巨量转移，且暂时性固定层扩张倍数有限，无法满足大横向间距。这些技术遇到的问题是：1)转移的Micro-LED芯片尺寸极小(3μm-200μm)，需要极高精度的操作技术；2)一次转移需要移动几万乃至几十万颗Micro-LED芯片，数量巨大；3)如何提升转移良率到99.99％，甚至更高。

发明内容