CN110993636A - 一种巨量转移MicroLED芯片的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巨量转移MicroLED芯片的方法，包括：提供一基板，所述基板的表面设有第一金属层,所述第一金属层选用钝化金属制成，所述钝化金属的电阻率≤110nΩ·m；在MicroLED芯片的底面设有第二金属层,所述第二金属层选用第二金属制成，所述第二金属经过UV光源的照射，能吸附负离子；通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，使其带正离子；对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使其带负离子；将基板和MicroLED芯片置于不导电液体中，所述MicroLED芯片通过电离子吸附转移到所述基板上。采用本发明，实现了巨量转移，操作简单，效率高，且定位精准。
Description
技术领域
本发明涉及MicroLED芯片技术领域，特别涉及一种巨量转移MicroLED 芯片的方法及***。
背景技术
MicroLED比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。 MicroLED出色的特性将使得它可以在电视、iPhone、iPad上应用。
MicroLED Display的显示原理，是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1-10μm等级左右；后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成结构简单的MicroLED 显示。
批量式转移是指在指甲盖大小的TFT电路基板上，按照光学和电气学的必要规范，均匀焊接三五百，甚至更多个红绿蓝三原色LED微小晶粒，且允许的工艺失败率是有几十万分之一。因此，MicroLED的核心技术之一就是如何实现批量式转移技术。
现有转移技术，无法精准地实现批量式转移，例如：对比文件1，公开号为CN109950182A《Micro LED的巨量转移方法和巨量转移装置》，该Micro LED的巨量转移方法包括：提供Micro LED芯片，能够发出第一颜色的Micro LED芯片的横截面形状不同于能够发出第二颜色的第二Micro LED芯片的横截面形状；向装载模具的装载面上一次性倾倒Micro LED芯片，装载面上设置有装载槽，装载槽具有与所述第一Micro LED芯片的形状相匹配的第一形状和与第二Micro LED芯片的形状相匹配的第二形状；使装载模具震动，并使Micro LED芯片落入匹配的装载槽，并倾斜装载模具，使未落入装载槽的Micro LED芯片离开装载面。
即，对比文件1是通过将不同颜色的MicroLED芯片设计成不同的横截面形状，如此，可一次性实现多种不同颜色的Micro LED芯片的巨量转移过程，并且，装载模具上的一种装载槽的形状只与一种颜色的Micro LED芯片的形状相匹配，从而在成倍地提高转移效率的同时，还能保证较高的转移良率。
然而，此方法需要增加多道工序，将不同颜色的MicroLED芯片分类，并针对不同颜色的MicroLED芯片设置多种不同的横截面形状，而且，装载模具也需要设置不同形状的装载槽。设置不同形状的芯片和装载模具，耗费时间和人力物力，可行性差，且操作过程容易失误，转移良率低。
又如：对比文件2是申请人先前申请的专利，公开号为CN108767092A 《批量转移MicroLED芯片的方法》，包括：提供一带有通孔的基板；在基板的表面喷洒吸附液体；将MicroLED芯片放置在基板的表面；使通孔处于负压状态，将MicroLED芯片吸附在通孔上；除去通孔以外的MicroLED芯片和吸附液体；除去通孔内的吸附液体。其将基板上的通孔处于负压状态，同时利用吸附液体的表面张力，将随机、零散的MicroLED芯片吸附在通孔上，从而实现准确定位。
然而，此方法需要喷洒吸附液体，并将基板上的通孔处于负压状态，然后还要除去吸附液体。而且，转移过程中利用吸附液体进行转移，在负压的影响下，吸附液体较难操控，导致MicroLED芯片无法保证精准定位。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题在于，提供一种巨量转移MicroLED 芯片的方法，实现了巨量转移，操作简单，效率高，且定位精准。
本发明所要解决的第一个技术问题在于，提供一种巨量转移MicroLED 芯片的***，实现了巨量转移，结构简单，效率高，且定位精准。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种巨量转移MicroLED芯片的方法，包括：
提供一基板，所述基板的表面设有第一金属层,所述第一金属层选用钝化金属制成，所述钝化金属的电阻率≤110nΩ·m；
在MicroLED芯片的底面设有第二金属层,所述第二金属层选用第二金属制成，所述第二金属经过UV光源的照射，能吸附负离子；
通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，使其带正离子；
对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使其带负离子；
将基板和MicroLED芯片置于不导电液体中，所述MicroLED芯片通过电离子吸附转移到所述基板上。
作为上述方案的改进，所述钝化金属为金、银、铝、铜、铂中的一种或组合；
所述第二金属为钛、铂中的一种或组合；
所述不导电液体为纯水。
作为上述方案的改进，所述第二金属层的厚度为10-100nm。
作为上述方案的改进，通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，包括：
将基板置入等离子清洗机的腔室中，通入Ar 10-100sccm，加入正离子束流，对第一金属层的表面进行原子级清洗，清洗时间为1-30分钟。
作为上述方案的改进，对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，包括：
将MicroLED芯片置于第一气体中，所述第一气体为CO、O2或CH4；
照射紫外光，以使第二金属层吸附空气中的负离子，所述紫外光的波长为260-400nm，照射时间≥30秒。
作为上述方案的改进，所述基板为凹形基板或凸形基板，
所述凹形基板上设有多个凹槽，所述第一金属层设于凹槽的底部；
所述凸形基板上设于多个凸起，所述第一金属层设于凸起的顶部。
相应的，本发明还公开了一种巨量转移MicroLED芯片的***，包括：
基板，所述基板的表面设有第一金属层；
MicroLED芯片预处理设备，用于在MicroLED芯片的底面镀有第二金属层；
等离子清洗机，用于对基板的第一金属层的表面离子进行清洗，使第一金属层带正离子；
紫外照射装置，用于对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使第二金属层带负离子；
液体槽，所述液体槽内装有不导电液体。
作为上述方案的改进，所述基板为凹形基板或凸形基板；
所述凹形基板上设有多个凹槽，所述第一金属层设于凹槽的底部；
所述凸形基板上设于多个凸起，所述第一金属层设于凸起的顶部。
作为上述方案的改进，所述离子清洗机的腔室中通入Ar 10-100sccm。
作为上述方案的改进，所述紫外照射装置包括照射室和紫外灯，所述紫外灯置于照射室内，所述照射室内填充有第一气体，所述第一气体为CO、 O2或CH4；
所述紫外灯发出波长为260-400nm的紫外光。
实施本发明具有如下有益效果：
(一)本发明在基板的表面设有特定的第一金属层，在MicroLED芯片的底面设有特定的第二金属层，并对第一金属层、第二金属层进行处理，使得分别带正离子和负离子。然后在不导电液体中，随机、零散的MicroLED芯片通过电离子吸附转移到所述基板上，从而实现准确定位。
大量零散的MicroLED芯片以基板上的第一金属层为定位点，实现整齐排列，不需要人工一颗一颗来进行转移，实现了巨量转移，操作简单，效率高。
(二)本发明通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，使其带正离子，方法简单，可行性强，容易操控，能均匀的在每个元件电极上分布有正离子，再者，正离子能够长时间保存在表面上，使其成为Au+或Pt+。
(三)本发明的第二金属层照射UV光源后，经过PT转换，可实现大面积负离子携带，且不需导线。该方法简单，可行性强，容易操控，利于批量处理，转移效率高。
(四)不导电液体选用纯水，成本低，不会对环境进行污染，无需回收再处理。
综上，本发明能实现MicroLED芯片的巨量转移，操作简单，效率高，成功率高达99.9％，且定位精准。且应用本发明巨量转移方法的***，结构简单，效率高，利于推广使用。
附图说明
图1是本发明巨量转移MicroLED芯片的方法的流程图；
图2是本发明基板一实施例的结构示意图；
图3是本发明基板另一实施例的结构示意图；
图4是本发明MicroLED芯片的结构示意图；
图5是本发明巨量转移MicroLED芯片的***的结构示意图；
图6是本MicroLED芯片在巨量转移中的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种巨量转移MicroLED芯片的方法，包括：
S101、提供一基板，所述基板的表面设有第一金属层；
所述基板可以由玻璃、金属或塑料制成，但不限于此。所述基板的表面设有第一金属层，由于MicroLED芯片最终需要转移到PCB板上，因此基板上的第一金属层的位置需要与PCB板上的芯片焊接点相对应。
优选的，如图2所示，所述基板1为凹形基板，所述凹形基板上设有多个凹槽11，所述第一金属层12设于凹槽11的底部。基板上的凹槽11的位置需要与PCB板上的芯片焊接点相对应。
所述凹槽的面积小于MicroLED芯片的面积。如果凹槽的面积大于芯片的面积，则芯片会被吸附在凹槽内，不便于后续芯片转移到PCB板上。
优选的，如图3所示，所述基板1为凸形基板，所述凸形基板上设于多个凸起13，所述第一金属层12设于凸起13的顶部。基板上的凸起13的位置需要与PCB板上的芯片焊接点相对应。
所述第一金属层12选用钝化金属制成，优选通过蒸镀或溅射制成。
本发明选用特定的第一金属制成第一金属层，所述第一金属需要同时满足1、金属活性钝化，不容易被氧化；2、导电性好；3、为金属固体。故所述第一金属选用钝化金属，且该钝化金属的电阻率≤110nΩ·m，若钝化金属的电阻率＞110nΩ·m，则第一金属层经处理后，无法形成能满足巨量转移的正电荷。
具体的，所述钝化金属为金、银、铝、铜、铂中的一种或组合，但不限于此。优选的,所述钝化金属为金、银、铝、铜、铂中的一种。更佳的，所述钝化金属为金、银、铝、铜中的一种。
S102、在MicroLED芯片的底面设有第二金属层；
如图4所示，所述第二金属21选用第二金属制成，形成在MicroLED芯片2的底部，优选通过蒸镀或溅射制成。
所述第二金属经过UV光源的照射，能吸附空气中的负离子，使第二金属带负电。具体的，所述第二金属为钛、铂中的一种或组合，但不限于此。优选的，所述第二金属为钛、铂中的一种。
第二金属层的厚度优选为10-100nm。若第二金属层的厚度小于10nm，则在MicroLED芯片表面不容易成膜，难以制作；若第二金属层的厚度大于 100nm，则导致MicroLED芯片太重，不容易进行批量转移，且增加成本。
所述MicroLED芯片的尺寸为3-50μm，且为倒装或垂直型态。不同品种的MicroLED芯片均能适应本发明的转移方法。
S103、通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，使其带正离子；
需要说明的是,基板在进行等离子清洗之前，需要去胶液，并依次进行 ACE、IPA、QDR，然后Sin dry旋乾。接下来，进行等离子清洗，其步骤包括：将基板置入等离子清洗机的腔室中，通入Ar 10-100sccm，加入正离子束流，对第一金属层的表面进行原子级清洗，清洗时间为1-30分钟。
优选的，等离子清洗包括：将基板置入等离子清洗机的腔室中，通入Ar 50-80sccm，加入正离子束流，对第一金属层的表面进行清洗，清洗时间为 5-10分钟。
电浆离化处理通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，方法简单，可行性强，容易操控，有利于保证批量芯片的精准转移。而且，此方法利于批量处理，转移效率高。
本发明采用等离子清洗，使用离子轰击，使金属表面失去电荷，进而带正离子，这样能均匀的在每个元件电极上分布有正离子，正离子保存的比较久，适合大面积使用，可以批量生产，且不需接导线。在巨量转移中，若以通电导电，会受到连线每个元件与电力线远近的影响，正离子分布会有不同程度的差异。但是本申请使用表面离子化的方式，能均匀的在每个元件电极上分布有正离子，再者，正离子能够长时间保存在表面上，使其成为Au+或Pt+。
S104、对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使其带负离子；
对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，包括：
将MicroLED芯片置于第一气体中，所述第一气体为CO、O2或CH4；
照射紫外光，紫外光的波长为260-400nm，照射时间≥30秒，以使第二金属层吸附空气中的负离子。
优选的，所述第一气体为纯气体，CO、O2或CH4的纯度为100％。需要说明的是，本发明的第一气体也可以是混合气体，CO、O2或CH4的浓度为45.5％-99.99％。
将MicroLED芯片置于第一气体中，通过照射紫外光，产生负离子，其利用的是光触媒原理。当纳米级二氧化钛超微粒子接受波长为388nm以下的紫外线照射时，其内部由于吸收光能而激发产生电子·空穴对，即光生载流子，然后迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分，产生活性自由氢氧基 (·OH)和活性氧(·O)，当污染物以及细菌吸附其表面时，就会发生链式降解反应。因此，金属表面会因为这一原理，吸附大量的负离子，用来做巨量转移。同理，当第二金属选用铂时，具有更好的光催化性能，也同样能吸附大量的负离子，用来做巨量转移。
因此，第二金属层在CO、O2或CH4的气体氛围中，经过紫外光的照射，经过PT转换，可实现大面积负离子携带，且不需导线。该方法简单，可行性强，容易操控，有利于保证批量芯片的精准转移。而且，此方法利于批量处理，转移效率高。
而且，本发明照射带负离子方式与本领域技术人员所认知的所有LED制程方式不同，优点是可大量一次性的给予大面积多量负离子，不需要导线，也不会损毁器件。
S105、将基板和MicroLED芯片置于不导电液体中，所述MicroLED芯片通过电离子吸附转移到所述基板上。
所述不导电液体为纯水，基板和MicroLED芯片在纯水中，可以起到良好的电离子吸附作用，使得MicroLED芯片转移到所述基板上。而且，成本低，不会对环境进行污染，无需回收再处理。
相应的，如图5和图6所示，本发明还公开了一种巨量转移MicroLED 芯片的***100，包括:
基板1，所述基板1的表面设有第一金属层12；
MicroLED芯片预处理设备6，用于在MicroLED芯片2的底面镀有第二金属层21；
等离子清洗机3，用于对基板1的第一金属层12的表面离子进行清洗，使第一金属层12带正离子；
紫外照射装置4，用于对MicroLED芯片的第二金属层21进行照射紫外光处理，使第二金属层21带负离子；
液体槽5，所述液体槽内装有不导电液体。
优选的，如图2所示，所述基板1为凹形基板，所述凹形基板上设有多个凹槽11，所述第一金属层12设于凹槽11的底部。基板上的凹槽11的位置需要与PCB板上的芯片焊接点相对应。
所述凹槽的面积小于MicroLED芯片的面积。如果凹槽的面积大于芯片的面积，则芯片会被吸附在凹槽内，不便于后续芯片转移到PCB板上。
优选的，如图3所示，所述基板1为凸形基板，所述凸形基板上设于多个凸起13，所述第一金属层12设于凸起13的顶部。基板上的凸起13的位置需要与PCB板上的芯片焊接点相对应。
如图4所示，所述第二金属层21选用第二金属制成，形成在MicroLED 芯片2的底部，优选通过蒸镀或溅射制成。
MicroLED芯片预处理设备6用于在MicroLED芯片2的底面镀有第二金属层21，可以选用常规的蒸镀设备或溅射设备即可,但不限于此。
所述离子清洗机3的腔室中通入Ar 10-100sccm。基板置入等离子清洗机3 的腔室中，通入Ar 10-100sccm，加入正离子束流，对第一金属层的表面进行原子级清洗，清洗时间为1-30分钟。
本发明采用等离子清洗，使用离子轰击，使金属表面失去电荷，进而带正离子，这样能均匀的在每个元件电极上分布有正离子，正离子保存的比较久，适合大面积使用，可以批量生产，且不需接导线。在巨量转移中，若以通电导电，会受到连线每个元件与电力线远近的影响，正离子分布会有不同程度的差异。但是本申请使用表面离子化的方式，能均匀的在每个元件电极上分布有正离子，再者，正离子能够长时间保存在表面上，使其成为Au+或Pt+。
所述紫外照射装置4包括照射室和紫外灯，所述紫外灯置于照射室内，所述照射室内填充有第一气体，所述第一气体为CO、O2或CH4；所述紫外灯发出波长为260-400nm的紫外光。
第二金属层在CO、O2或CH4的气体氛围中，经过紫外光的照射，经过PT 转换，可实现大面积负离子携带，且不需导线。该方法简单，可行性强，容易操控，有利于保证批量芯片的精准转移。而且，此方法利于批量处理，转移效率高。而且，本发明照射带负离子方式与本领域技术人员所认知的所有 LED制程方式不同，优点是可大量一次性的给予大面积多量负离子，不需要导线，也不会损毁器件。
综上，如图6所示，本发明在基板1的表面设有特定的第一金属层，通过 MicroLED芯片预处理设备在MicroLED芯片2的底面设有特定的第二金属层，并通过等离子清洗机对第一金属层进行处理，通过紫外照射***对第二金属层进行处理，使得第一金属层带正离子和第二金属层带负离子。然后在液体槽5的不导电液体中，随机、零散的MicroLED芯片2通过电离子吸附转移到所述基板1上，从而实现准确定位。大量零散的MicroLED芯片以基板上的第一金属层为定位点，实现整齐排列，不需要人工一颗一颗来进行转移，实现了巨量转移，操作简单，效率高。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，包括：
提供一基板，所述基板的表面设有第一金属层,所述第一金属层选用钝化金属制成，所述钝化金属的电阻率≤110nΩ·m；
在MicroLED芯片的底面设有第二金属层,所述第二金属层选用第二金属制成，所述第二金属经过UV光源的照射，能吸附负离子；
通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，使其带正离子；
对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使其带负离子；
将基板和MicroLED芯片置于不导电液体中，所述MicroLED芯片通过电离子吸附转移到所述基板上。
2.如权利要求1所述的巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，所述钝化金属为金、银、铝、铜、铂中的一种或组合；
所述第二金属为钛、铂中的一种或组合；
所述不导电液体为纯水。
3.如权利要求2所述的巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，所述第二金属层的厚度为10-100nm。
4.如权利要求1所述的巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，通过等离子清洗机对第一金属层的表面离子进行清洗，包括：
将基板置入等离子清洗机的腔室中，通入Ar 10-100sccm，加入正离子束流，对第一金属层的表面进行原子级清洗，清洗时间为1-30分钟。
5.如权利要求1所述的巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，包括：
将MicroLED芯片置于第一气体中，所述第一气体为CO、O2或CH4；
照射紫外光，以使第二金属层吸附空气中的负离子，所述紫外光的波长为260-400nm，照射时间≥30秒。
6.如权利要求1所述的巨量转移MicroLED芯片的方法，其特征在于，所述基板为凹形基板或凸形基板，
所述凹形基板上设有多个凹槽，所述第一金属层设于凹槽的底部；
所述凸形基板上设于多个凸起，所述第一金属层设于凸起的顶部。
7.一种巨量转移MicroLED芯片的***，其特征在于，包括:
基板，所述基板的表面设有第一金属层；
MicroLED芯片预处理设备，用于在MicroLED芯片的底面镀有第二金属层；
等离子清洗机，用于对基板的第一金属层的表面离子进行清洗，使第一金属层带正离子；
紫外照射装置，用于对MicroLED芯片的第二金属层进行照射紫外光处理，使第二金属层带负离子；
液体槽，所述液体槽内装有不导电液体。
8.如权利要求7所述的巨量转移MicroLED芯片的***，其特征在于，所述基板为凹形基板或凸形基板；
所述凹形基板上设有多个凹槽，所述第一金属层设于凹槽的底部；
所述凸形基板上设于多个凸起，所述第一金属层设于凸起的顶部。
9.如权利要求7所述的巨量转移MicroLED芯片的***，其特征在于，所述离子清洗机的腔室中通入Ar 10-100sccm。
10.如权利要求7所述的巨量转移MicroLED芯片的***，其特征在于，所述紫外照射***包括照射室和紫外灯，所述紫外灯置于照射室内，所述照射室内填充有第一气体，所述第一气体为CO、O2或CH4；
所述紫外灯发出波长为260-400nm的紫外光。
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