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TW202036838A - 發光二極體(led)巨量轉移裝置及製造方法 - Google Patents

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TW202036838A
TW202036838A TW108145299A TW108145299A TW202036838A TW 202036838 A TW202036838 A TW 202036838A TW 108145299 A TW108145299 A TW 108145299A TW 108145299 A TW108145299 A TW 108145299A TW 202036838 A TW202036838 A TW 202036838A
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laser
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法蘭柯斯 Ｊ 亨利
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美商蘋果公司
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Abstract

實施例涉及用於製造包含發光二極體（LED）結構的產品的巨量轉移方法。通過已知良好晶粒（KGD）功能測試過程中以高速靈活的方式驅動多個LED裝置的巨量轉移，將LED陣列從源基板轉移到目標基板。使用光束定址釋放法（BAR）巨量轉移方法的某些優選實施方案能夠以避免額外步驟，返工和產量損失的方式利用源基板的一已知良好晶粒（KGD）數據文件。

Description

發光二極體(LED)巨量轉移裝置及製造方法
該申請是於2017年6月26日所提交的第62 / 525,105號美國專利申請的非臨時性申請，其內容通過引用併入本申請。
本發明涉及發光二極體（LED）裝置。 更具體地，本發明的實施例涉及技術，包括在製造過程中有效地將多個發光二極體（LED）裝置從源表面轉移到目標表面的方法和裝置。 在一個示例中，該方法在一般的LED裝置轉移和放置中有用，並且對於一側可小到幾微米的微型LED（uLED）裝置的巨量轉移特別有用。 利用諸如有機金屬化學氣相沉積（MOCVD）等技術，使微型LED在支撐基板上生長。 在將各個裝置用於其最終照明或顯示應用之前，需要先測試LED裝置，以建立已知的良好晶粒（KGD）數據，該數據可以驅動一巨量轉移裝置以放置具有高速度和高產率的LED裝置。
發光二極體（LED）已被用作傳統光源的替代技術。 例如，在標牌，交通信號，汽車尾燈，移動電子顯示器和電視中都可發現LED。 與傳統光源相比，LED的各種好處可包括提高效率，更長的使用壽命，可變的發射光譜以及與各種形式因子整合的能力。
儘管非常成功，但用於製造LED的改進技術仍非常需要。
在LED製造過程中，使用諸如半導體工業所採用的那些大規模生產操作在基板上形成LED結構。採用諸如清潔、沉積、微影、蝕刻和金屬化等操作步驟以形成基本的LED結構。為了實現大量生產規模的制造和降低成本，使用這些操作許多裝置被同時形成在基板上。根據所需的LED類型，使用不同的基板和材料。例如，發射紫外線的LED通常由氮化鎵（GaN）材料製成，該材料通常是藍寶石上的異質磊晶或使用氫化物氣相磊晶（HVPE）或氨熱方法製成的自支撐GaN基板。對於其他顏色，可以使用GaAs或GaP基板。最近，GaN，GaAs或其他III-V半導體材料層轉移到支撐基板上的已成為另一種起始基板類型。使用本發明所公開的裝置和方法可將這些以及可能的其他LED結構巨量轉移，以實現將這些LED裝置結構從具有源面密度的源表面（通常是基板）快速準確地放置到具有通常不同的目標面密度的目標表面上。
需要這種密度轉換以對許多可能的目標基板配置使用通常以陣列佈置LED裝置的源基板。 電視、筆記本電腦屏幕、計算機顯示器、手機、電器、汽車和可穿戴顯示器只是需要可編程的面密度巨量轉移裝置和方法的其中一些例子。
大多數Micro-LED裝置的“印刷”方法是提高吞吐量的“取放”製造方法的版本，已成功用於包括半導體行業在內的許多行業。在半導體工業中，通常從托盤中取出單個積體電路晶粒，並將其放置在最終的互連基板、中介層等中。為Micro-LED製造尋求改進拾放巨量轉移策略的公司的例子包括加利福尼亞庫比蒂諾的Apple Inc.和愛爾蘭科克的X-Celeprint。兩家公司都在開發拾取多個LED裝置，然後將它們放置在目標表面的至少一部分上的變體。使用這些方法的適合度的特點是吞吐量、用於僅印刷已知的良好晶粒Micro-LED裝置的選項和轉移產率。當前的方法在這些標準中的每一個都有局限性。例如，X-Celeprint公開了其微轉移印刷功能的一些細節（SPIE Photonics West 2017年論文10124-44和SID 2017會議論文19.4）。據稱該方法吞吐量每小時超過約一百萬個LED，並且該方法僅限於印刷KGD裝置不存在的能力。取而代之的是，該公司建議採用一系列印刷後維修方法。這些限制被認為是物理取放方法的基本結果，並且難以進一步改進。
利用KGD測試數據僅轉移具有取放方法的功能良好晶粒的固有困難可以通過認識物理圖章取放方法從源基板上提起特定的裝置陣列並將該陣列放置在目標基板內的特定的位置來理解，無論晶粒功能的級別如何，它本質上都是對源陣列的“盲”印刷。 利用KGD數據的唯一解決方案是通過在目標基板轉移之前，接著隨後的缺漏晶粒填充之後，添加一無功能性的晶粒移除步驟，從而降低生產率。
以下4k UHD TV顯示器示例將說明這些傳統的取放方法是如何不足以成為具有商業競爭力的微型LED製造的有效解決方案的。 該顯示器包含830萬個RGB像素或大約2500萬個子像素。 以每小時一百萬個子像素的傳輸速率，該X-Celeprint系統將需要大約25小時才能完全填充一台4k UHD電視。 假設大型電視生產線的生產速度為每分鐘1台電視，則需要一不切實際數量的微型轉移印刷系統（超過1500個）。 此外，轉移後的印刷維修將大大降低有效吞吐量，並需要大量返工。 假設由於轉移錯誤和轉移非功能性晶粒而導致10ppm的非功能性微型LED速率，則每台電視將平均有250個不良子像素，需要進行某種形式的維修。 依賴轉移後修復不僅不切實際，且價格昂貴，並且充滿了良品率和質量問題
需要一種新的方式和方法來生成一源基板的KGD數據文件，並且以非常低的傳輸錯誤率就可以靈活且快速地僅傳輸滿足所選功能規範集的KGD裝置。 高放置速度，準確性和最終裝置功能良品率只是實現商業競爭性micro-LED製造問題所需的一些要求。
儘管使用允許KGD數據變得與所提議的巨量轉移組裝方法兼容的操作步驟和製造順序，本發明所述的巨量轉移裝置和方法述及商業競爭性微型LED製造的要求。在優選實施例中，基於滿足晶粒/位置匹配標準，使用能量光束或光束陣列，例如雷射光束，來將KGD晶粒從源基板快速釋放到目標基板。根據本發明的某些優選實施例，使用垂直LED結構將放置精度從一特定的子像素位置放寬到該子像素內稱為覆蓋區的X-Y區域，可顯著提高吞吐量和匹配計數。可以通過將該源基板移動到第二個位置來填充不匹配的特定像素。重複這樣的移動，直到所有子像素都已匹配並填充為止。對於本發明，像素和子像素將可互換使用，以表示要組裝LED裝置的位置。
本文所述的巨量轉移裝置和處理序列利用一KGD數據文件來避免轉移非功能性的LED，並且如果必要，根據預設標準用KGD LED裝置填充缺漏的位置。 為了在製造環境中實用，該功能測試方法需要快速測試EPI生長施體基板上或安裝在載體施體基板上密集的micro-LED源基板陣列。 例如，一個具有10μm
Figure 02_image001
10μm微型LED陣列且邊緣排除為5mm的6英寸基板將包含大約1.5億個LED裝置。 本發明人已經開發了這種陣列的非直接接觸功能測試的方法，並且描述於美國專利申請號62 / 435,245、62.449,554、62 / 522,576，標題為“發光二極體（LED）測試裝置和製造方法”，現通過引用結合於此以供所有用途使用。
這種巨量轉移方法提供的主要好處是其以高速率填充KGD LED裝置的能力，在某些實施例中，每小時可以超過100-2.5億個LED。 這將使該方法能夠以幾乎無差錯的方式和與大批量生產線兼容的速度製造目標產品。
在本發明中描述的裝置和方法通常被描述為KGD兼容或KGD驅動的巨量轉移裝置和方法。 美國專利申請號62/525105，標題為“發光二極體（LED）的巨量轉移裝置和製造方法”，描述了將過程中測試KGD驅動方法與一可選的單光束掃描雷射方法（光束定址釋放法或BAR）結合使用的一個實施例，現通過引用結合於此以供所有用途使用。
對LED的進一步說明可在整個本說明書中找到，尤其是在下文中。 在一示例中，LED的一種類型是有機發光二極體（OLED），其中該二極體的發射層是由一有機化合物所形成。 OLED的優點之一是能夠在柔性基板上印刷該有機發光層。 OLED已集成到薄的柔性顯示器中，且通常被用用製造諸如手機和數位相機等便攜式電子裝置的顯示器。
LED的另一種類型是基於半導體的LED，其中二極體的發射層包括夾在較厚的基於半導體的覆層之間的一個或多個基於半導體的量子井層。與OLED相比，基於半導體的LED的某些優勢可以包括提高效率和延長使用壽命。以每瓦流明（lm / W）表示的高發光效率是基於半導體的LED照明的主要優點之一，與其他光源相比，其充許更低的能或功率使用。亮度（明度）是指光源在一給定方向上每單位面積發出的光量，以坎德拉每平方米（cd / m2）來度量，通常也稱為Nit（nt）。亮度隨工作電流的增加而增加，但是該發光效率取決於電流密度（A / cm2），最初隨著電流密度的增加而增加，達到一最大值後又由於一種稱為“效率下降”的現象而減小。許多因素影響一LED裝置的發光效率，包括內部產生光子的能力，即內部量子效率（IQE）。內部量子效率是LED裝置質量和結構的函數。外部量子效率（EQE）定義為發射的光子數除以注入的電子數。 EQE是IQE和LED裝置的光提取效率的函數。在低工作電流密度（也稱為注入電流密度或正向電流密度）下，一LED裝置的IQE和EQE最初隨著工作電流密度的增加而增加，然後隨著工作電流密度的增加而逐漸下降，這種現象被稱為效率下降。在低電流密度下，由於缺陷或電子和空穴在不產生光的情況下重新結合的其他過程的強烈影響，造成的效率低下，稱為非輻射複合。隨著那些缺陷變得飽和時，輻射複合起主導作用，效率提高。隨著注入電流密度超過通常在1.0和10 A / cm2之間的一個低值，“效率下降”或效率逐漸降低。
基於半導體的LED通常存在於各種應用中，包括用作指示器和標牌的低功率LED，用於照明面板和汽車尾燈的中功率LED以及用於諸如固態照明和液晶顯示器（LCD）背光的高功率LED。在一種應用中，高功率的基於半導體的LED照明裝置通常可在400-1,500 mA的電流下工作，並且可顯示大於1,000,000 cd / m2的亮度。高功率的基於半導體的LED照明裝置通常在LED效率曲線特性上的峰值密度右側的良好電流密度下工作。低功耗的基於半導體的LED指示器和標牌應用通常在約20-100 mA的工作電流下顯示約100 cd / m2的亮度。低功率基於半導體的LED照明裝置通常在LED裝置效率曲線特性上在峰值效率或峰值效率右側的電流密度下工作。為了提供更高的光發射， LED晶粒的尺寸已被增加，其中1mm2 的晶粒尺寸變得相當普遍。較大的LED晶粒尺寸會導致電流密度降低，進而可以使用從數百mA到超過一安培的更高電流，從而減輕了在這些較高電流下與LED晶粒相關的效率下降的影響。
LED已經在諸如手錶，智能手機和筆記本電腦以及計算機顯示器等便攜式裝置和電視顯示器中使用了很多年，但是僅間接地用作液晶顯示（LCD）顯示技術的替代白光源。 這些被稱為“ LED”電視等，但是實際的LED主要是基於GaN的白色LED，以代替以前使用的冷熒光燈（CFL）背光源來照亮背光。 該彩色像素的生成繼續基於LCD技術，該技術通過光減法處理，其中通過使用一中間濾色器阻擋其他顏色來生成顏色。 例如，紅色像素將由紅色濾色器產生，該紅色濾色器會阻擋背光LED白色光譜的綠色和藍色部分。 灰度級（像素的光強度）是通過沿著該光路在兩個交叉的偏光片之間放置一液晶單元調製光的偏振而產生的。
儘管該LED背光驅動的LCD顯示技術比該CFL背光版本更高效，更可靠，但該技術仍未實現高能效。 原因很簡單：儘管LED白色背光裝置在外部量子效率（注入到LED裝置中的每個電載體發出的光子）方面相當高效，但在其餘的此LCD顯示技術中仍然存在許多效率低下的問題。 第一個偏光片將切掉非偏光白色背光的一半，然後通過減去剩余光的2/3來對每個像素進行著色（R不帶GB表示紅色，G不帶RB表示綠色，B不帶RG表示藍色）。 其他損失包括像素填充係數以及薄膜/ LCD單元的吸收和散射。 因此，總光輸出小於白色LED背光強度的大約1/6。
趨勢是更節能，更明亮的顯示技術，特別是對於電池壽命是關鍵因素的便攜式電池供電裝置而言。 Micro-LED是達成更高功率效率的一種很有前景的技術。 在微型LED顯示器中，直接驅動位於一像素區域內的小型LED裝置以直接發射的方式產生光。 顏色可以通過（i）利用帶有彩色磷光體的藍色至UV-LED（即基於GaN的）或量子點顏色轉換層通過光子降頻轉換來生成像素顏色，和/或（ii）通過使用直接生成顏色的LED來產生（例如，AlGaAs，GaAsP，AlGaInP，GaP用於紅色，GaP，AlGaInP，AlGaP用於綠色和ZnSe，InGaN，SiC用於藍色）。 無論哪種情況，micro-LED顯示器的直接發射/直視都保證將功率效率提高六倍或更多。
儘管實現基於微型LED顯示器的基本技術是眾所周知的，但仍存在許多製造和質量控制方面的挑戰。 其中之一是在像素投入使用之前，以成本效益高和效率高的方式對製造過程中的數百萬個微型LED裝置進行功能測試。 另一個是micro-LED裝置從源或支撐基板到目標表面，板或區域的靈活，快速且無錯誤的巨量轉移。 因此，期望以微型LED大規模製造操作兼容的方式，實現KDG數據文件驅動的微型LED裝置的巨量轉移。本發明的更多細節可在本說明書中找到，尤其是在下文中。
本發明的實施例描述了LED裝置製造操作以及具有前處理步驟和後處理步驟的LED裝置的巨量轉移方式，以優化KGD驅動的組件與不同巨量轉移技術的兼容性。 特別地，本發明的一些實施例可以涉及高亮度LED，中功率LED，低功率LED，miniLED和微型LED裝置的巨量傳遞方式。
在各個實施例中，參考附圖進行描述。然而，某些實施例在沒有一個或多個這些具體細節的情況下或結合其他已知方法和配置可被實踐。在下面的描述中，闡述了許多具體細節，例如具體的配置、尺寸和操作等，以便提供對本發明的透徹理解。在其他情況下，沒有特別詳細地描述眾所周知的半導體操作和製造技術，以免不必要地使本發明晦澀難懂。在整個說明書中，對“一個實施例”的引用是指結合該實施例描述的特徵、結構、配置或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在整個說明書中各處出現的短語“在一個實施例中”不一定是指本發明的相同實施例。此外，該特徵、結構、配置或特性可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合。
如本文所使用的術語“跨越”、“上方”、“至”、“介於”和“在...上”可以指的是一層相對於其他層的相對位置。 一層“跨越” 另一層、在另一層“上方”或“在另一層上”，或“粘合到”或“接觸”另一層可以是與另一層直接接觸，或者可以具有一個或多個中間層。 “介於”層之間的一層可以與該些層直接接觸，或者可以具有一個或多個中間層。
本發明的某些實施例描述了一種LED裝置組件，其中，LED裝置結構層從生長基板轉移並在進一步處理之前粘合到支撐基板或板組件。根據本發明的實施方案，可以在轉移之前或在一次或多次轉移之後應用巨量轉移步驟。為了簡化其中將該多個LED結構轉移並可能被結合到不同基板上的各種可能配置，當該結果基板（生長基板、支撐基板或組件）在該巨量轉移過程中，被用作裝置的源時，該所得基反應被稱為一源基板。如果需要，源載體基板的更具描述性的名稱還可用來描述以與所選的特定巨量轉移方法兼容的方式從EPI生長基板加工而成的一載體基板。例如，於MOCVD生長期間支撐該LED結構的基板若直接在巨量轉移裝置中使用，也被稱為源基板，但是在釋放並附著到一支撐板之後，該板以及用於機械支撐LED裝置層的任何其他基板或板也會被稱為源基板。另外，該支撐基板可以是諸如塑料膜之類的柔性片，以被安裝為在巨量轉移裝置內的源基板。術語“源基板”通常將用來表示其作為機械支撐的作用，並且該基板在整個說明書中將被描述為“巨量轉移裝置”的一部分。
根據本發明的具體實施例，支撐基板可以是透明的並且具有附加的塗層。 這些不是直接支持該所選的巨量轉移過程，就是作為該特定LED製造過程步驟要求的一部分存在，將在下面更詳細地描述。
參照圖1和圖2，典型的源基板操作流程由初始的microLED處理和形成步驟101表示。在該LED製造步驟中，該LED裝置是在大量生產中使用類似于半導體行業中常見的基於基板的大量生產過程的方式制造的。將該LED結構沉積到合適的生長或支撐基板201上，以在基板表面上形成LED陣列。 根據所需LED的類型、質量和顏色，可以使用不同的基板材料類型。 例子是GaP、GaAs、GaN基板或如藍寶石、矽和碳化矽（SiC）等異質磊晶生長基板。 包括形成一n型陰極層202、一主動層203（通常是多量子井或MQW系列子層）以及一p型層204和一p-接觸 205。
圖2A的LED基板200包含多個單獨的LED結構。可以使用諸如蝕刻、光刻、鈍化和沈積之類的操作步驟，在LED的製造順序中對所需尺寸和功能的單個LED裝置進行隔離。當駐留在支撐基板201時，使用諸如蝕刻的操作以形成如溝槽208來隔離所需的LED裝置。如果在該基板上方製作這些蝕刻結構（有時稱為“街道”）以形成獨立的隔離結構，例如正方形裝置，大量的LED裝置209被電隔離並且可用於釋放和包裝。在該示例中，該溝槽208被蝕刻穿過該該基板201的表面。在該示例中，示出了頂部發射LED結構，其中該頂部接觸205可以是諸如氧化銦錫（ITO）的透明電極。其他結構是可能的，例如底部發射結構。在這種情況下，支撐結構最好是透明的，並且p-接觸層將是諸如金屬層的光反射層。當然，可以有其他變體、修改和替代。
圖2的LED裝置陣列結構可以通過雷射剝離（LLO）操作或化學剝離（CLO）操作作為一完整層釋放到第二基板上（通常稱為載體）該過程優選地使LED裝置層圍繞該源基板201和該LED底層202之間的界面分離。現在將輔助基板稱為源基板，如果用作支撐來轉移單個LED裝置。如果用作轉移單個LED裝置的支撐，則第二基板現在被稱為源襯底。通過MOCVD操作形成LED裝置的藍寶石生長基板已經通過全球雷射剝離操作釋放出來，以準備粘合到該源載體基板上。 專為釋放磊晶生長GaN層而構建的LLO系統可從Coherent Inc.（加利福尼亞州聖克拉拉）等公司獲得。 由於該GaN帶隙較大，必須使用UV雷射器。 在“用于去除藍寶石的線光束雷射發射方法” R.Delmdahl&al.，ICALEO 2012，852（2012）中描述了在GaN-Sapphire LLO的247nm基於準分子KrF的使用。應用所需的高通量（超過650mJ / cm2）以及在使用更長波長時可能損壞LED裝置的可能性使得成為可能。 例如，當使用J.H.Cheng&al.，“雷射源對雷射剝離基於GaN LED的損傷機制和反向偏置洩漏的影響” 《電化學學會雜誌》，發射線，156（8）H640-H643（2009）中所述的一355nm三重-YAG基於雷射的釋放過程時，觀察到明顯的反向偏置洩漏增加。如下所示，使用GaN LLO釋放來形成載體源基板，而不是嘗試使用此方法直接釋放單個LED裝置具有實際和操作優勢。 當然，可以有其他變體、修改和替代。
根據所使用的巨量轉移技術的選擇，優選地使用允許使用機械手段和/或光學手段隨後釋放的操作來形成施體載體基板的傳移（圖1的步驟103）。 對於機械釋放載體（MRC）巨量轉移源基板，將該LED裝置處理為具有可機械釋放裝置，該裝置將允許採用取放方法以合理較低的力拾取選定的LED裝置。 方法包括形成以適當的低粘滯力來固定各個LED裝置的薄二氧化矽橋。 橋斷裂，該裝置將由巨量轉移效應器固定，以放置在目標基板上。
如果要通過光學手段進行釋放，則將載體描述為光學釋放載體（ORC），如圖3所示。在該圖中，ORC LED源組件300由多個完全分離的LED裝置組成，例如LED 裝置301從EPI生長基板轉移並粘合到一具有一個或多個中間界面層的透明源基板302。 該源基板可以是雙面拋光（DSP）藍寶石基板或石英或玻璃基板。 諸如雷射305之類的能量光束被示為通過光束誘導的釋放效應307來釋放LED裝置306。該釋放過程優選地是通過燒蝕過程，由於在使用納秒到皮秒的雷射脈衝期間，具有小區域選擇性、快速的釋放響應時間和較低的熱效應。
通過集成對光束特性更敏感的釋放層，如圖3中所示，來實現對ORC源基板300的釋放過程的改進。源組件300具有諸如位於源基板302上的LED裝置301的多個LED裝置。在本實施例中，使用存在於結合層304內的釋放層303將LED裝置耦合到支撐基板。諸如雷射305的能量光束被示為通過光束誘導釋放效應307來釋放LED裝置306。在該示例中，該釋放層303被優化為具有更少的暴力釋放作用或需要更少的束脈衝能量。如果該源組件300是在LED形成之前的粘合基板，則在LED裝置形成之後不需要先前的化學或激光剝離步驟。具有集成釋放層的後MOCVD基板可以直接成為ORC巨量轉移用的源基板。
LED裝置之間的溝槽309也可以被修改，例如溝槽310，以增強相鄰裝置之間的熱隔離。 如果期望針對LED裝置免受能量光束305的額外保護，則可以在釋放層303與諸如LED裝置306的LED裝置之間集成中間金屬層或其他反射層308。 街道下方的可選遮光層311還可以改善相鄰LED裝置之間的熱隔離和光隔離。
在某些巨量轉移選擇中，KGD驅動的巨量轉移將有利地使用能夠機械和光學釋放的載體源基板。該混合源基板被稱為OMRC源基板。圖4示出了一種可通過機械或光學手段使該LED釋放的方法。該 OMRC源基板400形成類似於ORC基板的透明基板401，但該LED裝置402-404使用光敏錨405安裝，在本示例中，這些光敏錨將LED裝置安裝在基板401的稍上方。錨的材料選擇為對雷射源406具有光學敏感性，並且落在使用來自取放工具的力407機械斷裂的選擇範圍內。 InN薄膜是一種可能的錨固材料。此源基板設計還包括在基板401頂表面上或附近使用一中間金屬層或其他反射層408對microLED的光學保護。此功能通常有助於避免在LED裝置下表面上留下後處理釋放層殘留物可能需要額外的清潔步驟。 LED裝置402被光學釋放，其中該裝置錨被機械地變弱以選擇釋放LED裝置402。阻擋雷射到達LED裝置402，但是將裝置固定在側面的錨與光束相互作用以釋放裝置 。 LED裝置403未被選擇並且留在源基板上。 LED裝置404通過機械力407釋放。該操作所需的光能和機械能水平可根據所使用的巨量轉移方法進行調整。例如，使用通過將該機械釋放力調節為實質上更高的程度的方法來製造ORC邊緣錨的源載體基板。
圖4B示出了該OMRC源基板的一個實施例的頂視圖409。 通過交替的放置該錨，可減少選擇相鄰LED裝置410對錨411的光學損壞。
適用於355nm至1064nm YAG雷射線的釋放層的示例是ITO和易於被飛秒至皮秒脈衝燒蝕其他氧化物。在A. Risch＆R. Hellman，Physics Procedia，12（2011）133-140中的“ ITO薄膜的皮秒激光圖案化”描述了ITO的燒蝕過程。該研究包括355nm，532nm和1064nm，其中50-100nm的ITO在約42μm的大小的光斑上使用約10μJ能量的單脈衝燒蝕，相當於0.5J / cm2的過程。單脈衝釋放的能力，緊密的光束聚焦使光束聚焦足夠好，以可靠地釋放目標LED裝置，同時又不影響相鄰的LED裝置，並且X-Y位置精度和可重複性在適用於BAR巨量轉移應用內是重要的釋放光束光學以及其它特性。潛在合適的釋放層303的另一個例子是使用355nm和532nm的基於YAG的固態雷射器來分解氮化銦（InN）層。例如，在US2016 / 0372628A1中描述了在一基于層轉移過程的EPI生長基板合成中使用InN層作為可釋放鍵的較低注量的532nm燒蝕過程。該專利申請描述了採用4060um光斑尺寸的亞納秒脈衝掃描雷射系統以50-75mJ / cm 2的注量燒蝕的3000A InN噴濺膜。當然，可以有其他變體、修改和替代。
圖3的LED裝置陣列結構還可以通過一類似的雷射剝離（LLO）操作從EPI生長基板到第二基本來形成，該操作將LED裝置層圍繞釋放層303分離或使用化學剝離(CLO)操作，選擇性去除GaN層和EPI生長基板之間的界面。 如果使用CLO操作，則剝離操作發生於通過使用化學操作將多個LED裝置釋放到第二基板上。 例如，具有操作LED裝置的矽EPI生長基板上的GaN可以通過矽基板的機械研磨步驟來釋放，然後進行化學浴以蝕刻剩餘的矽並完成EPI生長基板的釋放。 當然，可以有其他變體、修改和替代。
在源組件300由先前從MOCVD生長基板釋放的LED裝置301層製造並結合到第二基板302上的實施例中，由於不必經受高溫MOCVD和其他LED裝置形成操作，所以該ORC巨量轉移釋放層303的選擇可以受到較少的限制。例如，該釋放層可以是具有有限的高溫穩定性範圍的有機或無機釋放層。可以利用有機紫外線或熱釋放層，其功能類似於釋放帶產品，例如由日本大阪日東電工公司製造的ELEP HOLDER紫外線釋放帶和NWS-Y5V熱釋放帶。為了在該應用中有效並支持高吞吐量組裝，需要具有低UV能量密度和熱預算配方的薄膜。無機釋放層優選為能夠在雷射照射下有效地分解為低黏著狀態的薄層。當然，可以有其他變體，修改和替代。
在源基板上形成LED裝置之後，可以測試LED裝置是否滿足某些預定標準。 源基板LED裝置可以進行過程中功能測試，以使用諸如美國專利No.5,816,824、62 / 435,245、62.449,554、62 / 522,576，標題為“發光二極管體（LED）測試裝置和製造方法”中所述的電光測試來確定源基板上各個LED裝置的功能。 該測試方法利用場板和第二電極向該源基板上的多個LED裝置注入電流，並使用如相機的感測器來測量其響應。 可替代地，如果提供直接的電連接，則可以直接施加電刺激。 可以使用諸如照相機的感測器來測量響應。
該功能測試的測量結果是與每個LED裝置的發射成正比的值，該值是注入電流密度J（A / cm2）的函數。多個LED裝置結果的收集並根據LED在矩陣（i，j）中的位置被儲存為一個值，以進行進一步分析。隨機存取雷射剝離或其他單個LED裝置釋放方法可以基於每個（i，j）LED裝置的箱標籤矩陣值來匯總具有相似箱號的LED裝置。這有助于限制由於使用功能特性差異過大的LED裝置而導致的顯示不均勻。還可以使用多個閾值來開發對產量和過程控制有用的統計數據。例如，該標準差和其他應用於箱數據的統計分析可以作為產量和過程穩定性的指標。這些導出量的突然變化可能表示過程偏移。當然，可以有其他變體，修改和替代。
儘管該KGD文件可以像不良晶粒位置的列表一樣簡單，但是可以理解，可能存在更複雜的標準，例如匹配具有閉合或均勻響應的LED裝置，以便在目標顯示器內釋放。 調整分箱以匹配具有一預定箱範圍值內的特性的裝置。
在處理該ORC / MRC / OMRC源基板之後，還可以執行第二個過程中功能測試（圖1中的步驟104）。 因此，用於驅動巨量轉移過程的該KGD數據文件是從過程中功能測試步驟102和104中的一個或兩個中得出的。
假設在步驟102和104中對源基板的測試產生一良好／不良的KGD文件，則該源基板現在可被巨量轉移過程使用。
根據本發明的另一實施例，該OMRC載體可以包括電層和圖案化的接觸，以允許使用上述測試方法或通過直接電氣對LED裝置進行原位電氣測試。圖5示出了一OMRC源基板500，該OMRC源基板500具有以帶有有限的導電性電氣的錨502所固定的多個LED裝置501。陽極線503和陰極線504允許LED裝置的並聯連接。脈衝陽極線和陰極線將通過錨使LED裝置偏置，從而同時為裝置供電。好的裝置將發射光505。一測光相機可以測量這些裝置並開發該KGD數據，以用於驅動僅KGD的LED裝置組裝的巨量轉移。遮光層506也可以存在。為了在此並行直接電氣測試中降低一個或多個短路裝置的影響，該錨可被設計為隔離具有較高錨電阻的LED裝置。圖5B示出了橫向LED裝置結構507的示例，其中，該錨連接至層508，該層508可以在過程中的測試期間充當測試層，但是在組裝後與裝置保持在一起而沒有有害影響。圖5C示出了具有連接層510和511的垂直LED裝置509。該LED裝置連接層可以使用透明ITO以允許連接至預期發光的裝置區域。當然，可以有其他變體，修改和替代。
源基板類型（ORC，MRC或OMRC）的選擇在很大程度上取決於要使用的巨量轉移技術。
巨量轉移操作流程描述 巨量轉移操作流程流取決於許多因素，這些因素可能會影響其利用過程中KGD數據的能力。 表 I 顯示如何在大量生產環境中將十種巨量轉移技術和變體與過程中的KGD數據一起使用。 方法1-4是機械方法，方法5-6是自組裝方法。 這些方法試圖通過將單個的LED裝置大量移動到能量有力的位置來將LED裝置排列成圖案，就像滾珠軸承在移動的表面上滾動以掉落成規則的孔圖案一樣。 方法7-10源自LIFT方法（雷射誘導正向轉移），LIFT方法是用於局部選擇雷射誘導的直接以液體或固體形式書寫材料的通用名稱。 方法9和10包括根據本發明的某些實施例的LED裝置/ KGD匹配到可用位置的像素覆蓋區上，以減少或消除後處理填充步驟。
在框723，該熱穩定性控制器將熱補償值舍入到最接近的整數。 此舍入可通過根據熱穩定性控制器是否正在向雷射前置放大器傳送一電流調整或一功率水平來選擇n個MSB來實現。
巨量轉移方法1：單臂取放 單臂取放很容易獲得，目前用於mini LED顯示器製造。 大型LED顯示器（例如“ Wall”，是由韓國三星電子公司生產的146英寸4k UHD顯示器）使用方法1（圖6）。 該方法與KGD制程中數據完全兼容，但是其低吞吐量和無法在尺寸接近100um的LED裝置上工作使得該方法無法擴展到microLED和消費類顯示器產品。 它的主動放置能力使其能夠執行操作流程2和3中所需的填充步驟，以支持被動巨量轉移方法2、4和8。這種方法的一個例子是Hoson（深圳， 中國）所提供的GS100BH型系統， 它的裝配速度為16 /秒，最小裝置尺寸為125um。
巨量轉移方法2和4：陣列取放印記和滾動（被動） LuxVue（現屬Apple的一部分，Cupertino，加利福尼亞）和Xceleprint（愛爾蘭的科克）使用印記和KIMM（大田，韓國）使用滾軋1：1印刷方法採用了將取放裝置的數量從1擴展到可並行拾取數千到成千上萬的裝置以提高生產量。這些陣列方法的被動“盲”印刷需要大量的巨量轉移前後處理，以利用制程中的KGD數據。操作流程#3（圖8）特別困難，因為在嘗試巨量轉移步驟之前需要對源載體基板進行預處理，以使用其他巨量轉移方法呈現100％KGD陣列。操作流程#2（圖7）要求將不良的晶粒去除作為預處理以避免印刷不良晶粒和後處理填充步驟以於陣列巨量轉移後使用KGD裝置填充空隙。由於可能需要使用主動方法的雷射輔助組裝來執行這些預處理步驟和後處理步驟，因此需要如本發明中所公開的新穎的OMRC兼容源基板。
巨量轉移方法3：陣列取放印記（主動） 具有單獨可定址拾取力的印記可以執行預處理功能，並簡化該巨量轉移操作流程。 修改後的操作流程如圖9所示（操作流程#4）。源基板上的該KGD裝置在第一次傳遞被傳送，而沒有拾取壞的LED裝置。第二次傳遞選擇並巨量轉移替換裝置以填充並完成目標基板。這是唯一可以執行KGD目標基板組裝而無需外部預處理和後處理的機械方法。可編程印記陣列已被公開使用一每個裝置可編程靜電夾頭（美國專利號8333860已轉讓給蘋果公司）。 尚不清楚此方法是否能夠克服機械取放固有的基本吞吐量限制
巨量轉移方法4：自組裝（被動） 自組裝巨量轉移是通過在目標基板上移動和運輸大量單個裝置並使用隨機過程和局部能井將裝置固定在其所需位置來創建所需的LED裝置圖案的方法。這類似於在一個包含有規則圖案凹坑的表面上搖動一個滾珠軸承托盤。如果搖晃在發現空的凹陷後仍未彈出滾珠軸承，則托盤最終用規則圖案的滾珠軸承來填充。未找到位置的滾珠軸承可以輕輕地滾下表面。 eLux（美國華盛頓州溫哥華市）使用流體、凹陷和重力來形成能量最小值，使LED裝置在圖案化基板上漂移。 SelfArray（美國紐約州特洛伊市）在LED裝置上使用了薄石墨塗層，該塗層具有足夠的順磁性質，可將microLED懸浮在磁化後的目標表面頂部。該微型LED被困在具有磁性極小值的一選定位置。由於這些方法本質上是統計，因此這些自組裝方法是被動的。這些方法與KGD驅動裝配的過程中功能測試數據的兼容性高於取放方法，這是由於僅需使良好的LED裝置可用於巨量轉移過程的簡單要求。被動自組裝巨量轉移操作流程如圖10所示（操作流程#5）。分離和產生KGD LED裝置的源是相對簡單和高效的。例如，可以先去除ORC施體基板上無法正常工作的LED裝置，然後將其餘部分散裝在小瓶或匣中，以用於自組裝步驟。
巨量轉移方法6：自組裝（主動） Xerox-PARC（美國加利福尼亞州帕洛阿爾托）報導的一種主動自組裝技術使用一種主動定址方法，該方法使用密集的可定址區域陣列將LED裝置沿所需方向移動（E.M.Chow&al.，可縮放微型物體組裝和傳輸，WOP-14公開海報會議，固態傳感器，執行器和微系統研討會，希爾頓頭島，2018年6月）。 該方法使用相機的主動反饋和圖像處理來查看自組裝的狀態，然後驅動主動板以使LED裝置移動到所需的圖案，從而實現選擇性。 因為有反饋和圖像處理，所以如果在過程中進行功能測試後標記不良晶粒，則在組裝過程中良好和不良晶粒的選擇是可能的。 主動的自組裝巨量轉移操作流程如圖11所示（操作流程#6）。如果不選擇帶有明顯不良模具或事先清除不良模具的化學製品或其他整體剝離方法，則可能會發生分離。
巨量轉移方法7：單光束LIFT（主動） 此方法使用與主動取放印記方法相同的兩次傳遞方法組裝KGD目標基板（圖9，巨量轉移操作流程＃4）。 高吞吐量的潛力，選擇個別的能力很有吸引力，但是KGD LED裝置填充的第二次傳遞要求將降低吞吐量
巨量轉移方法8：陣列（多光束）LIFT（被動） Uniqarta（美國馬薩諸塞州劍橋）和Coherent（美國聖克拉拉）提出了一種使用雷射陣列進行雷射輔助巨量轉移的方法。 這種陣列多光束被動方法與要求操作流程＃2的預、後步驟或一綜合KGD預操作流程＃3類似。 Uniqarta描述了使用單光束組合（方法7）對該源基板進行預處理和後處理來實現操作流程＃2。 使用處理響應時間估計為20-50usec的熱機械ORC載體會迫使陣列處於固定狀態，並帶來大量的吞吐量損失。 該方法可能具有潛力，但是其在生產環境中對陣列被動過程和可能的第二單光束系統的依賴限制了可達到的吞吐量，並增加了方法的複雜性和成本。
使用雷射輔助巨量轉移的其他嘗試並未顯示出高生產率。 Vtechnology（日本橫濱）最近描述了一種直接的GaN局部LLO microLED釋放過程，該操作利用四倍的YAG 266nm進行microLED巨量轉移。 該演示系統用50uJ的雷射脈衝以720Hz的重複頻率照射了25um x 500um的區域。 這對應於400mJ / cm2 的單次射出注量，接近報導的約650mJ / cm2 的GaN分解注量閾值。 這相當於0.09cm2 /秒的面處理速率。 在1600 LED裝置/平方厘米（4k UHD解析度的75英寸對角線顯示器）下，該巨量轉移速率約為500k裝置/秒。
因此，本發明的目的是開發一種允許使LED裝置從大型miniLED尺寸到最小的（小於10um）microLED的高吞吐量巨量轉移的方法。 本發明的另一個目的是在不需巨量轉移前後操作步驟的情況下實現高吞吐量巨量轉移。 方法9和10是包括本發明的元件的單光束和陣列光束主動巨量轉移方法，即，允許快速組裝KGD LED裝置而不會損失吞吐量並且最少的後處理填充。
巨量轉移方法9：具有定向組裝方法的單光束LIFT（主動） 對於方法9的描述，假定源ORC組裝如下： a.      源基板是直徑為150mm，厚度為1mm的DSP藍寶石基板，具有一可通過0.25J / cm2 脈衝操作釋放的釋放層（RL），該釋放層具有355nm，532nm或1064nm雷射源，能夠對單個LED裝置進行定址。 b.      15µm x 15µm的LED裝置陣列（裝置寬度為10µm，具有垂直裝置架構，裝置之間有5µm的間隙或街道）。 頂部是陽極，底部是陰極。 c.      LED裝置陣列是一尺寸為105mm x 105mm的正方形陣列，包含70,000 x 70,000個LED裝置或4,900萬個單獨的LED。
假設從源基板的測試產生了良好/不良的KGD文件，現在可以將基板安裝到光束定址釋放（BAR）巨量轉移工具的印刷頭上，以用多個LED裝置填充目標陣列。 BAR巨量轉移系統框圖1200如圖12所示。BAR系統由接收KGD文件1202的計算機1201構成，該 KGD文件1202將用於執行算法以釋放存在於相應的源基板1203上的多個LED裝置。該算法利用諸如該KGD文件數據，源陣列和目標陣列的間距和尺寸以及選擇和匹配標準之類的輸入參數，以高速度和高產量填充該目標基板。該源基板1203被附接到掃描頭1204，該掃描頭1204可以引導來自雷射系統1206的雷射光束1205。根據預選條件，該光束被定址到各個LED裝置，進一步解釋如下。調整光束使能夠通過間隙介質1208將特定的LED裝置從源基板1203釋放到目標基板1207。LED裝置的轉移被示為從源基板1203的解離作用到在目標基板1207上的預定位置上的結合作用，通過箭頭1209表示。在該特定實施例中，使用平台/運動系統1210完成源基板和目標基板之間的相對運動。
BAR巨量轉移系統掃描頭硬件可以使用支持高吞吐量和高產量操作的商用系統。該掃描頭X-Y掃描可使用（i）帶有電流計鏡的一維旋轉多角鏡射掃描器或第二維的機械掃描，或（ii）二維雷射掃描器，例如在兩個掃描維度中每個維度中的電流計電機驅動鏡來實現。圖13A示出了旋轉多角鏡掃描器1300的圖，其用於將雷射光束1301掃描到表面1302上。這種系統可從如美國亞利桑那州菲尼克斯的林肯雷射公司購買。圖13B示出了X-Y掃描頭1303，其使用雙軸電流計鏡組件1305和光學透鏡1306掃描輸入雷射光束1304以掃描目標表面1307。這樣的系統可由諸如美國亞利桑那州菲尼克斯的林肯雷射公司和德國普赫海姆的Scanlab GmbH等公司均提供此類系統。為了在不損害吞吐量的情況下進行隨機訪問定址，與光學f-theta透鏡耦合的X-Y電流計可以成為掃描頭的有效解決方案。例如，與如255mm f-theta鏡頭的近遠心鏡頭耦合的Scanlab IntelliSCAN 10將允許180mm x 180mm的掃描區域，光斑大小約為20-30μm，掃描速度最高可達8000mm / sec。這樣的系統可作為PowerLine Pico系列雷射打標系統用於美國加利福尼亞州聖克拉拉的Coherent Inc.。其他遠心鏡頭激光掃描器，例如MD-T1000型。可從日本大阪的Keyence Corporation購買。 MD-T1000具有80mm x 80mm的全遠心掃描能力，約20μm的光斑尺寸和高達12,000mm / sec的掃描速度。
儘管基於X-Y電流計的掃描器具有更大的靈活性，但通常採用工作距離較長且數值孔徑較低的掃描透鏡來實現較大的掃描面積。結果是在圖像平面上的光斑尺寸更大。旋轉鏡掃描器可以使用放置在較靠近圖像平面場的線性透鏡來幫助更好地將光束聚焦在一維上。如果希望進一步減小光束尺寸以將光束能量更好地定位在所需的LED裝置區域內，則可以使用機械光罩或光學切趾器在極為接近圖像平面的位置將光束截斷。該光罩將具有與所需LED裝置轉移圖案匹配的所需開口圖案，並且在相對於目標基板的X，Y和旋轉軸上進行空間調節。如果雷射系統的調製速度更慢或脈衝寬度更長，從而有效地沿掃描方向“涂抹”的光束強度分怖，則這種光束空間濾波方法也可能是必需的。在此示例中，具有垂直於掃描方向的狹縫和大致與LED裝置大小相同的開口的機械光罩將除去可能溢出到相鄰區域並導致LED裝置錯誤傳輸的光能。當然，可以有其他變化，修改和替代。
LED裝置從該源基板到目標基板的轉移可使用不同的掃描和運動方法來完成。一個示例是在一個方向（例如X軸）上的掃描圖案，而掃描頭和目標基板在另一個方向（例如Y軸）上移動。利用多邊形旋轉鏡的雷射掃描器可以在這樣的實施例中工作。另一個示例是將源基板移動到一稱為站點的位置，並讓X-Y掃描頭填充所選站點的LED裝置。可能需要進行微動（在站點內以較小的X-Y方向移動），以使KGD LED裝置與先前未與KGD LED裝置匹配的一個或多個像素匹配。一旦用LED裝置填充該站點後，將站點移至一新區域。重複該過程，直到目標基板完全填充為止。後面的例子通常將利用上述的X-Y掃描頭實施例，但是要認識到，可以使用本發明的變型，修改和替代實施例來實現KGD LED裝置到目標基板的其他相對定位。
該雷射系統必須能夠引導可聚焦的光束，並支持與掃描頭光束位置同步的靈活而準確的釋放時間。 Q開關雷射器可能足以執行該釋放功能，但是其相對較高的脈衝能量變化，定時抖動，較長的脈衝寬度以及脈衝間持續時間對脈衝能量的影響都是使得這種普通的標記和切割雷射技術不太適合BAR巨量轉移應用的考慮的因素。一特別合適的雷射是被動鎖模雷射系統，例如美國加利福尼亞州米爾皮塔斯市Lumentum Operations LLC公司的PicoBlade 2皮秒微加工雷射。該雷射可以以50Khz至8Mhz的重複頻率觸發並同步，並具有精細的頻率解析度。對於每個時間段，發出超短雷射脈衝，通過燒蝕釋放層為每個雷射脈衝釋放一個單獨的LED裝置，以此作為釋放過程。當然，在其他實施例中，可以將多個LED裝置設計為針對每個雷射脈衝釋放。
數位信號可選擇單個脈衝來按需退出雷射。 此“按需脈衝”（PoD）允許計算機可以使用的操作方案僅選擇所需的KGD LED裝置以釋放到目標基板上。 PicoBlade 2雷射脈衝寬度約為10ps，以確保燒蝕操作對目標釋放層和周圍材料具有最小的熱影響區（HAZ）影響。 對於有著特徵熱擴散常數約為1cm2 / sec典型材料，HAZ會小於0.05µm。 圖14顯示了PicoBlade 2高功率版本的脈衝能量與脈衝重複頻率的關係。 假設532nm操作和10µJ最小脈衝能量，則該雷射系統的脈衝重複頻率可超過1MHz。 當然，可以有其他變體，修改和替代。
圖15中示出了基本的LED裝置釋放掃描過程1500為經受釋放雷掃描的源基板和目標基板的橫截面。 該源基板1501通過間隙介質1503被定位在目標基板1502上方。該間隙介質可以是空氣或具有將源與目標基板分離的間隙的另一種界面介質。 當然，兩個基板之間的實際接觸（無間隙）是另一個可能的實施例。
具有單個雷射脈衝的目的是可靠且獨特地釋放一定址LED裝置，這對光束點尺寸、能級和穩定性以及定位精度和可重複性提出了最低要求。 約20um的高斯光斑大小應足以選擇性地釋放約15μm或更大的LED裝置間距。 源基板或切趾器/光束整形器內的光罩也可以有效地防止任何雜散能量潛在地引起相鄰LED裝置不希望的部分或全部釋放。 當然，可以有其他變化，修改和替代
跨多個LED裝置，例如LED裝置1504，掃描雷射光束。在此示例中，當通過掃描操作1505在每個源基板LED裝置位置上掃描光束位置時，將掃描系統與雷射同步以使雷射系統發出雷射脈衝。來自計算機的數位信號將控制雷射脈衝離開雷射系統（利用PicoBlade 2系統的按需脈衝或PoD功能）。在此示例中，KGD數據和匹配算法確定將釋放在光束位置1507和1510下的LED裝置，而不會釋放在光束位置1506、1508、1509和1511下的LED裝置。當使用掃描操作1505從左向右掃描光束時，將生成PoD閘信號以控制該雷射脈衝發射如下：1506 / 關，1507 / 開，1508 / 關，1509 / 關，1510 / 開， 1511 / 關。對於發射光束並引起LED裝置釋放過程的兩個實例1507和1510，LED裝置1512從源基板1501轉移到目標基板1502。可以將材料1513添加到目標基板以便於捕獲或保留轉移的LED裝置1512。
根據以下條件，假定掃描速度與脈衝重複率同步： PLED =沿掃描方向的LED間距（m） Ppixel =沿掃描方向的像素間距（m） Fl =雷射脈衝重複頻率（Hz） 掃描速度= PLED x Fl 僅作為示例，在圖16A中示出了用於目標基板的目標像素陣列1100。 在此示例中，每個像素1601的像素間距在X軸上為75μm，在Y軸上為120μm。在X軸上掃描釋放雷射，例如掃描路徑1602。對於先前所述間距為15μm的正方形且雷射脈衝頻率為500KHz的源基板組件，使每個雷射脈衝與沿一個軸的每個可能的源基板LED裝置位置一致所需的掃描速度為7,500mm / sec。 在此示例中，每5個雷射脈衝中可選擇一個以將特定的LED裝置釋放到X軸上的目標LED像素區域上（75μm像素間距/15μmLED裝置間距）。 啟用此PoD觸發信號與在500KHz工作頻率為的雷射相匹配的條件如下： 對於激光掃描的每個LED位置： a. 該源LED位置為KGD b. 該目標像素位置在覆蓋區域內 該覆蓋區域是像素區域內允許LED裝置中心位置被轉移的區域。 覆蓋區域中心位置是像素區域內的XFP ，YFP ，其範圍為ΔXFP ，ΔYFP 。 對於圖16A的示例，假設XFP ，YFP 是該目標基板像素的物理中心，圖16B所示的示例中，覆蓋區1603的範圍ΔXFP 為30µm，ΔYFP 為42.5µm（2和2.5 分別為LED裝置像素間距）。 當然，範圍ΔXFP ，ΔYFP 可以為零，例如像素位置1604，使得目標基板像素間距必需是每個方向上LED裝置間距的整數倍，以最小化掃描頭/源基板與目標基板之間的X-Y運動。 如果需要準確放置LED裝置，則可能需要這樣做。 橫向LED裝置架構可以是這樣的一種情況，其中可能需要具有ΔXFP= 0，ΔYFP= 0的覆蓋過程。
具有最小像素覆蓋面積的KGD LED裝置填充過程可以大大提高BAR巨量轉移方法的靈活性和吞吐量。為了最大程度地發揮作用，最小覆蓋範圍應能容納至少2個LED裝置。如果在X和Y中發生這種情況，將有4種可能的LED裝置可以選擇釋放到每個目標像素區域。 該LED裝置在每個像素區域上的特定位置的放寬提供了實質性的好處。一是可以放寬X-Y位置精度，從而簡化系統硬件並提高產量。另一個是每個覆蓋區內的多個可能的LED裝置可以使掃描頭更完全地填充站點，而無需物理上重新定位掃描頭。例如，在下面描述的4k-UHD示例中使用的源基板的100ppm非KGD速率（不良或不可用的LED裝置的百分比）將在每個站點中平均有24個無法匹配/釋放的LED裝置。為了在這些殘留像素中的每個像素上排列KGD LED裝置，必須進行微動，從而降低吞吐量。覆蓋區域內的2 x 2 LED裝置陣列可以大大降低這種錯誤率。假設每個非KGD LED裝置在源基板內的位置隨機，則此有效錯誤率數將降至100ppm4或1x10-16。無需微動就可以印刷超過一百億個站點，從而提高了吞吐量。所描述的方法被定義為定向組裝或智能組裝，其中使用一個或多個可能匹配的LED裝置的覆蓋區來減少或消除巨量轉移的後處理。
一旦將源基板用於站點LED裝置填充，該KGD文件將隨釋放的LED裝置位置進行更新，有效的非KGD比率將增長並開始包含釋放圖案。 吞吐量優化將包括最大化KGD到覆蓋區的匹配，以驅動站點到站點的定位。 一旦該非KGD比率足夠高，以致於根據預定標準站點微動增長太多，則將源基板替換為新的源基板和KGD文件。
如在源基板的KGD數據庫文件中所述，具有較大覆蓋區域的處理可以幫助加快BAR巨量轉移過程，並容納不可用的LED裝置。 對於下一個示例，假定圖16A的示例具有圖16B的覆蓋區1603。
圖17顯示了兩種將光束定位在目標基板像素位置上的掃描圖案。圖17A示出了目標像素陣列1200的單向掃描，其中在每個像素線掃描1702之後進行回掃路徑1701，以將掃描系統重新定位用於另一單向掃描（在這種情況下從左到右）。儘管回掃比雙向掃描長，但在改善運動動力學方面可能會有實際的優勢，例如減少掃描磁滯。潛在地更快的掃描圖案是諸如圖17B所示的用於在目標基板上對目標像素陣列1703進行X-Y掃描的雙向掃描圖案。在每個掃描路徑1704的末端，對新的掃描起始點1706進行短推1705，並且下一個掃描與前一個掃描路徑方向相反。每個新掃描路徑的定時是與雷射系統同步，以使每個可能的雷射脈衝沿掃描路徑與LED裝置對齊。當然，可以有其他變化，修改和替代。
圖18示出了根據本發明的優選實施例的從源基板到目標基板的轉移過程1800的頂視圖。 該目標基板要求其每個像素1801由LED裝置從每個像素內的允許覆蓋區1803內的LED裝置的源基板陣列1802填充。 在此示例中的覆蓋區允許選擇4個可能的LED裝置進行釋放，如1804所示。該黑色LED裝置滿足覆蓋區釋放條件。 也可用選擇特定LED裝置位置釋放（KDG，而不是先前釋放的），並針對吞吐量進行了優化進一步解釋如下。
圖19示出了根據本發明的優選實施例的從源基板到目標基板轉移處理1900的頂視圖。根據X-Y位置和KGD數據庫文件計算掃描路徑和光束釋放標準。散列的LED裝置位置，例如1901，顯示已釋放的LED裝置位置。如果在覆蓋區內有一些不可用的LED裝置位置，例如位置1902、1903和1904（兩個位置），則該算法可以改變光束釋放以與替代的LED裝置位置一致來填充像素位置。光束掃描1905和脈衝圖案1906示出該底部像素行如何被填充。在此示例中，該光束以7500mm / sec的速度掃描，並且每2µsec穿過每個LED裝置中心位置。雷射被設置為500KHz被動鎖模，且每2µs發送一個10psec的雷射脈衝，與每個LED裝置中心位置一致，這取決於是否啟用PoD。脈衝圖案1406中的黑色矩形是使相應的LED裝置被釋放的發射脈衝，而白色框是由使用PoD控制信號命令不從雷射發射的脈衝。像素1904在掃描路徑1405期間沒有釋放，並且將需要單獨的掃描路徑（未示出）以釋放位於LED裝置行的下方的替代LED裝置。
圖20示出了填充有諸如LED裝置2001之類的LED裝置的所得目標基板像素陣列2000。
在此示例中，最佳BAR傳質吞吐量可以估算如下： a.      LED釋放速率= 500KHz x（15µm LED裝置間距/ 75µm像素間距）= 100k LED /秒 b.      掃描時間= 105mm / 7,500mm / sec = 14msec c.      回掃時間（假設雙向掃描）= 5毫秒 d.      像素/掃描= 105mm / 75µm像素間距= 14,000像素 e.      吞吐量= 14,000像素/ 19毫秒= 74k像素/秒或每小時265M像素 因此，一70M LED裝置的源基板，一旦其LED裝置被大量釋放則需要進行更換。 以每小時265M LED裝置的上述釋放速率，每15-16分鐘需要加載一個新的源基板。 由於不可用的LED裝置數量的不斷增加，釋放速率將在LED裝置全部被釋放之前開始下降，因此，最佳產量需要根據優化算法來儘早更換源基板， 該算法權衡了儘毋更換源基板的重新定位頻率不斷增加的額外時間和成本，同時降底LED裝置的可用性。 為了填充完整的顯示，其他參數，如源基板交換時間和站點到站點的移動時間，將成為吞吐量計算中的因素。
預先確定每個站點內該掃描頭位置和釋放順序以有效的從源基板釋放最多的可用KGD LED裝置的算法優化問題可從人工智能（AI）和深度學習概念獲益。 當使用源基板時，先前的釋放將生成不可用的源LED裝置圖案，這會導致微動的頻率增加，從而重新定位掃描頭，以匹配站點內像素上先前不可用的KGD裝置。 使用AI /深度學習的優化算法可以幫助最大化源基板裝置的利用率和吞吐量，同時減少站點微動的總數。
BAR巨量轉移的基本操作流程圖如圖21所示。一旦將該源基材和相應的KGD文件加載到掃描頭和計算機上（步驟1），該計算機就將掃描頭放在該目標基材的第一個印刷位置上（第2步）。然後計算符合釋放標準的LED裝置的判定（步驟3），然後使掃描頭和雷射系統定址該光束脈衝，以將所需的LED裝置釋放到目標基板上（步驟4）。一旦列表用完，更新KGD文件，以將釋放的LED裝置添加到源基板上不良或不可用的LED裝置位置列表中（步驟5）。如果該源基板上剩餘LED裝置的數量和位置不符合預定標準（步驟6），則更換源基板並加載其對應的KGD文件（步驟6A）。如果要填充的位置更多，則更改X-Y位置（步驟7A），並且從步驟3開始重複進行BAR巨量轉移循環。
示例1：4k-UHD解析度（3840H x 2160V 16：9）BAR巨量轉移性能估算 以下是使用間距為15μm的105mm x 105mm LED裝置陣列的源基板在上述雷射條件下預期的最佳吞吐量。由於不考慮源基板的交換時間和站點到站點的移動時間，因此吞吐量將有所降低： a.      子像素間距：125µm（H）x 375µm（V） b.      站點數：11,650cm2顯示器/ 110.25cm2 = 106個站點/顯示器 c.      每條掃描線（H）像素：105mm / 125µm =每次掃描840像素 d.      每個站點的掃描線數：105mm / 375µm = 280條線 e.      站點吞吐量：280條掃描線x 19毫秒= 5.32秒/站點 f.       每個站點的總像素：280個掃描/站點x 840個像素/掃描= 235,200像素/站點 g.      每次顯示總時間：5.32秒/站點x 106站點/顯示= 564秒/顯示 h.      像素吞吐率= 1.6億像素/小時 該方法巨大的吞吐量改進潛力可通過比較上述示例中BAR巨量轉移方法每顯示器吞吐量約為10'，相較於類似顯示器用取放方法大約25小時相比，快約125倍來理解。
示例2：5.5英寸HDTV手機顯示器（1920H x 1080V 16：9）BAR巨量轉移性能估算 以下是使用間距為15μm的105mm x 105mm LED裝置陣列的源基板在上述雷射條件下預期的最佳吞吐量。由於不考慮源基板的交換時間和站點到站點的移動時間，因此吞吐量將有所降低： a.      掃描時間：68.5毫米/ 7500毫米/秒= 9.13毫秒（沿顯示器垂直方向掃描） b.      亞像素間距：21.1μm（H）x63.4μm（V） c.      站點數：1.16個站點/顯示器 d.      每條掃描線（V）的像素：68.5mm / 63.4µm =每次掃描1080像素 e.      每個站點的掃描線數：105mm / 21.1µm = 4975條線 f.       站點吞吐量：4975掃描線x 13.13msec = 65.3秒/站點 g.      每個站點的總像素：4975掃描/站點x 1080每次掃描= 537萬像素/站點 h.      每次顯示總時間：65.3秒/站點x 1.16站點/顯示= 75.7秒/顯示器 i.        像素吞吐量= 2.96億像素/小時
巨量轉移方法10：具有定向組裝方法的陣列（多光束）LIFT（主動） 對於方法10的描述，源ORC組件的假設如下： a.      源基板是直徑為150mm，厚度為1mm的DSP藍寶石基板，具有可用0.2J / cm2脈衝處理釋放的釋放層（RL），並具有能夠對單個LED裝置進行定址的532nm雷射源。 脈衝持續時間最長為50nsec。 b.      15µm x 15µm的LED裝置陣列（裝置寬度為10µm，具有垂直裝置架構，裝置之間的間隙或間距為5µm）。頂部是陽極，底部是陰極。 c.      LED裝置陣列是尺寸為105mm x 105mm的正方形陣列，包含70,000 x 70,000個LED裝置或4,900萬個單獨的LED。
根據本發明特點的陣列多光束方法具有可單獨選擇的LED裝置定址功能，並包括減少或消除該後處理的裝置填充步驟的定向組裝方法。
假設源基板的測試產生了良好/不良的KGD文件，則現在可以將基板安裝到多光束掃描頭上， 該多光束掃描頭是光束定址釋放（BAR）巨量轉移工具的一部分，以多個LED裝置來填充該目標陣列。 該BAR巨量轉移系統的框圖類似於圖12中所描述的單束系統，不同之處在於，圖23A中的多束掃描頭2300的集成代替了單光束掃描頭1204。 多光束掃描頭2300不掃描單光束，而是掃描整個施體基板2301的可編程區域圖案，根據方法9中描述的相同算法和規則釋放各個LED裝置。
該多光束掃描頭在圖23B中進一步描述。 該脈衝雷射束2302首先被成形和均質化以在區域2304內形成恆定的“頂帽”光束強度分怖。然後，成形光束填充空間光調製器2305的入射孔，該空間光調製器2305可以在空間調製該成形光束以形成一期望的圖案2306。空間調製器在投影顯示器中的使用是眾所周知的。 例如，得克薩斯儀器公司（美國德克薩斯州達拉斯）的DLP7000型空間光調製器可以以空間圖案解析度為1024 x768調製14mm x 10.5mm的區域。使用開/關二進制模式，圖案可被以速率高達32kHz刷新。 在該應用中，該圖案將在空間上調製雷射脈衝強度，以選擇不同的區域來處理釋放層。 例如，除了被選擇為關閉的底部中間區域之外，該光束區域2306示出了3×3的光束強度圖案。
然後將已調製的光束圖案投影並成像到源基板2301上。在此示例中，圓柱透鏡不對稱地縮小圖案2306，以形成線源2308。在此示例中，內部掃描器使用單向掃描圖案路徑2310在整個源基板2301上移動此成像圖案。
大多數空間光調製器（SLM）裝置都是由可以在可見光譜中以較高光功率工作的元件和材料構成的。 該DLP7000設計用於400-700nm。 紫外線增強DLP型號（DLP9500UV）僅在大幅降低光功率規格的情況下將此範圍向下擴展至363nm。 這表明使用可以在可見光譜中工作的釋放層的強大優勢。 選擇532nm雙YAG線可提供多種高功率和靈活的工業雷射解決方案，同時確保與大多數SLM的兼容性。
532nm多光束BAR巨量轉移設計實例 使用DLP7000 SLM裝置的BAR系統每小時超過500M LED裝置的示例設計是使用以下的子組件和參數： a.      相干模型AVIA NX-532-65 HPE（813uJ /脈衝，單次發射至300kHz，>30nsec脈衝寬度） b.      德州儀器（TI）DLP7000空間光調製器 c.      SLM在源基板平面上投影2cm x 20um的線（0.004cm2光束面積） d.      掃描速度50mm / sec，脈衝重複率25kHz 目標掃描區域為25kHz x 0.004cm2 = 100cm2 / sec和脈衝能量密度813uJ / 0.004cm2 = 200mJ / cm2。 這符合釋放的預期單次發射能量密度。
5英寸UHD 4k顯示器在約1600 microLED / cm2 密度下的裝配速率可以很容易地計算為： 組裝速度= 100cm2 / sec x 1600 LED / cm2 x 3600sec / hr = 576M LED / hr 由於站點到站點的運動以及站點到站點的運動，此吞吐量將有所降低。 旋轉的多邊形可以幫助降低內掃描時間延遲。 SLM模式，掃描和階移動同步，就像執行定向裝配的單光束方法9一樣。
在巨量轉移操作流程後，一完整的KGD LED裝置陣列現在位於目標基板上的正確位置。所提議的後端操作流程1100在圖11中示出。第一步是使用轉移後檢查步驟1101和根據需要的填充/修復1102來確認所有LED裝置被定位並且沒有可見的損壞。如果巨量轉移操作流程將LED裝置組裝在最終產品表面上，則無需進行1：1印刷步驟1103。如果該目標襯底不是最終產品表面，則1：1印刷步驟1103將把LED裝置轉移到最終產品表面。一種可能的印刷/轉移系統是卷對卷系統，該系統可以實現高速並結合熱量和壓力以接觸裝置（步驟1103和1104可以是同一步驟）。如果需要，接觸步驟將使用沉積和其他方法來電連接每個LED裝置。在接觸步驟1104之後，接觸後測試和檢查1105可以對陣列供電以確認電光功能。如果存在故障，則最後的填充/修復步驟1106將校正這些裝置。 在最終組裝步驟1107將完成該產品。
本發明的目的是使用KGD測試和兼容的巨量轉移來降低該巨量轉移組裝過程中的缺陷率，從而將巨量轉移後的修復/返工水平降低到易於管理的水平。
方法9和10定向組裝方法通常描述一有限面積的覆蓋區，該覆蓋區允許選擇多個可能的LED裝置進行釋放。這種方法對LED裝置和互連設計施加了某些限制和條件。允許在像素內靈活地定位LED裝置位置的一種設計是垂直LED設計和使用各向異性接觸膜的頂部/底部區域接觸方法，如下所述。圖24A示出了主動陣列薄膜電晶體（TFT）像素背板電路1700，其可以用於偏置像素區域內的每個單獨的LED裝置2401。為了在顯示器上產生顯示圖案，每個像素LED裝置由2個電晶體M1和M2控制。電晶體M1是柵極電晶體，其在Vscan導通M1時從Vdata線接收電壓，並將與Vdata有關的電壓Vg傳輸至存儲電容器Cs。該偏置電壓Vg轉而控製作為源極隨耦器連接的第二電晶體M2，以產生源自電壓Vdd的電流。因此，通過LED裝置的電流水平可通過此電路定址，以允許像素的灰度亮度水平。
LED裝置2401具有通過接觸2402連接到主動矩陣TFT背板的陽極（由“ +”表示）。還具有通過背板1703連接的陰極（由“-”表示）和通過接觸2404與電壓Vss相連。
由圖17A表示的電路的物理實現的一個例子在圖24B中示出。 在該層壓顯示器結構2405中，包含在層2407中的TFT電路的TFT背板2406。陽極接觸2402將連接到區域接觸層2408。該層具有接觸位於由范圍2410表示的區域內被釋放的LED裝置2409的能力。該范圍2410與覆蓋範圍ΔXFP ，ΔYFP 相關但非同義，因為覆蓋範圍表示釋放的LED裝置中心的允許位置，而范圍2410是總結合面積。 所示的LED裝置2409位於偏離中心的位置，以示出LED裝置在覆蓋區內的任意位置如何仍然可以允許頂部和底部接觸。 使用Vss背板2412和區域接觸層2413上的公共接觸2411製成陰極接觸2404。
區域接觸層2408和2413必須能夠可靠地將LED裝置的陽極和陰極與下面的Vss和TFT背板接觸，但要抵抗Vss和TFT背板接觸的廣泛接觸（短路）。 圖25示出瞭如何通過將浸漬有導電顆粒的特殊材料用於區域接觸層2408和2413來實現這一點。
圖25示出如何使用諸如圖24中所示的材料2408和2413的區域接觸材料來選擇性地接觸LED裝置的示例。圖25示出了作為組件2500接觸LED裝置的兩個板。具有接觸表面2502的頂板2501和具有接觸表面2504的底板2503。每個接觸表面需要被電連接至具有頂部接觸面2506和具有底部接觸面2507的LED裝置2505。該區域接觸材料2508和2509是一種能隨著諸如溫度、壓力等外部特性而改變其電導率的材料。僅作為示例，假定LED裝置2505已經釋放到底部區域接觸材料1809上。當使用結合或層壓操作將頂板2501固定到底板2503上時，區域接觸材料的特性從非導電狀態變為導電狀態（LED裝置2505的上方范圍2510和下方范圍2511）。此動作將以通用且可製造的方式完成LED的電路，同時確保接觸2502和2503保持高阻抗狀態。
合適的區域接觸材料的一個示例是各向異性導電膜（ACF），它可以隨溫度和壓力從非導電狀態變為導電狀態。 該材料由浸漬有金屬顆粒的熱固性樹脂組成。 圖26顯示了如何使用這種材料實現接觸圖案。 該示例描繪了一種裝置對印刷電路板接觸的應用，但是該材料可適合於在圖25中描述的應用中執行。ACF材料的製造商包括Dexerials Corporation和Hitachi Chemicals Co.，Ltd.，均來自日本東京。 可能需要特殊的配方來改善通過ACF材料的LED裝置的發光。 例如，導電顆粒可以包括透明導電氧化物顆粒，例如透明粘合劑中ITO顆粒。 當然，可以有其他材料，變型，修改和替代。
在具有非零覆蓋範圍的BAR巨量轉移過程中，可以使用橫向LED裝置結構代替垂直LED裝置結構。一種方法是準備該横向裝置以在垂直方向上具有接觸柱。 在轉移後的層壓/密封步驟中，該裝置被壓在多層接觸區域而發生單獨的接觸。 一終端將接觸一較深的層面，而另一終端會分別接觸一較淺的層面。
該目標基板可以是顯示器產品表面或任何適用於接收被釋放的LED裝置的表面。 該目標基板可以依次成為卷對卷或其他印刷工具的LED載體，這些工具可以捕獲佈置在目標基板上的LED裝置並將其打印到最終表面上。 在兩種情況下，BAR巨量轉移工具的目的仍然是快速有效地執行源基板到目標基板之間的面密度轉換。
根據具體實施例，使用反射材料或透明導電電極，LED裝置的光輸出可以在一個方向或兩個方向（向上或向下）。
BAR巨量轉移方法的先前示例涉及該源基板LED裝置間距到不同目標基板像素間距的面密度轉換，但這不是必需的。 在諸如增強實境（AR）、虛擬實境（VR）和微型投影機的微型顯示器等應用中，也可以實現1：1的面密度轉換。 在1：1面密度轉換中，每個像素將在掃描過程中被釋放。 以15um LED裝置間距和500KHz雷射重複頻率為例，該掃描速度仍為7,500mm / sec，但所有脈衝都被選擇用於釋放過程。 KGD文件信息在執行期間不太重要，但仍然可以用來避免分離含有缺陷的LED裝置的LED裝置陣列。
在層壓或其他密封過程之前，使用光學、電氣和電光檢查和測試方法對BAR巨量轉移之後被釋放的LED裝置進行釋放過程的完整性和功能進行測試。 也可以根據檢查和測試結果嘗試返工。
儘管以上是特定實施例的完整描述，但是可以使用各種修改，替代構造和等同形式。儘管已經使用選定的步驟順序描述以上內容，但是可以使用所描述的步驟的任何元素以及其他元素的任何組合。另外，某些步驟可以根據實施例被組合和/或消除。此外，儘管描述和示例針對的是在平面上的GaN LED裝置，但是可以使用BAR巨量轉移方法轉移任何包含光子發射裝置的平坦或彎曲表面。例如，垂直共振腔面射型雷射（VCSEL），有機LED（OLED），矽光子裝置和其他表面發射裝置可以使用本發明進行巨量轉移。另外，在另一個示例中，也可以使用II-VI半導體材料和相關的裝置。儘管上面已經針對發光裝置的巨量轉移應用進行了描述，但是BAR巨量轉移裝置和方法也亦可用於轉移其他裝置，例如傳感器、MEMS和其他微電子或光電裝置。例如，根據本發明的實施例，可以在源基板上提供加速度計、位置傳感器、磁性和電容傳感器以及光學檢測器以便釋放到目標基板上。當然，可以有其他變化，修改和替代。因此，以上描述和說明不應被視為限制由所附權利要求書限定的本發明的範圍。
101:microLED處理和形成步驟 102、104:測試源基板步驟 103:形成施體載體基板步驟 200:LED基板 201、302、1203、1501、2301:源基板 202:n型陰極層/LED底層 203:主動層 204:p型層 205:p接觸 208、309、310:溝槽 209、301、306、402-404、410、501、1504、1512、2001、2401、2409、2505:LED裝置 300:ORC:LED源組件 303:釋放層 304:結合層 305:雷射 307:光束誘導釋放效應 308、408:反射層 311、506:遮光層 400、500:OMRC:源基板 401:透明基板 405、410、502:錨 406:雷射源 407:機械力 409:頂視圖 503:陽極線 504:陰極線 505:發射光 507:橫向LED裝置結構 508:層 509:垂直LED裝置 510、511:連接層 1200:BAR巨量轉移框圖 1201:計算機 1202:KGD文件 1204、1303:掃描頭 1205、1301、1304:雷射光束 1206:雷射系統 1207、1502:目標基板 1208、1503:間隙介質 1209:箭頭 1210:平台/運動系統 1300:旋轉多角鏡掃描器 1302:表面 1305:雙軸電流計鏡組件 1306:光學透鏡 1307:目標表面 1500、1505:雷射過程 1506、1507、1508、1509、1510、1511:光束定位 1513:材料 (1600:目標像素陣列) 1601、1801:像素 1602、1704:掃描路徑 1603、1803:覆蓋區 1604:像素位置 1700、1703、2000:目標像數陣列 1701:回掃路徑 1702:每個像素線掃描 1705:短推 1706:新的掃描起始點 1800、1900:從源基板到目標基板的轉移過程 1802:源基板陣列 1804:4個可能的LED裝置 1901、1902、1903、1904:裝置位置 1905:光束掃描 1906:脈衝圖案 2300:多光束掃描頭 2302:脈衝雷射光束 2304:區域 2305:空間光調整 2306:所需圖案/光束區域 2308:線源 2310:掃描圖案路徑 1100:後端操作流程 1101轉移後檢查步驟 1102:填充/修復 1103:1：1印刷 1104:接觸步驟 1105:接觸後測試和檢查 1106:最後的填充/修復 1107:最終組裝步驟 1700:像素背板電路 2402、2404、2502、2504:接觸 1703:背板 2405:層壓顯示器結構 2406:TFT背板 2407:層 2408、2413:區域接觸層 2410:范圍 2411:公共接觸 2412:Vss背板 2500:組件 2501:頂板 2503:底板 2506:頂部接觸面 2507:底部接觸面 2508、2509:接觸材料 2510:上方范圍 2511:下方范圍
圖1示出了根據本發明實施例形成光學釋放載體（ORC），機械釋放載體（MRC）或混合光學機械釋放載體源基板的施體基板的操作流程。
圖2A-B示出了LED源基板的橫截面圖（A）和俯視圖（B），其中單個LED裝置被街道隔離。
圖3示出了根據本發明實施例一具有被街道隔離的單個LED裝置的LED ORC源基板的截面圖，並且進一步示出了LED裝置的光束誘導釋放。
圖4A示出了根據本發明的實施方式具有被街道隔離並通過邊緣錨固定的單個LED裝置的OMRC或MRC LED源基板橫截面圖，並進一步顯示了LED裝置的光束誘導釋放（在光學釋放啟用配置中）和機械誘導釋放（在機械釋放啟用配置中）。
圖4B示出了根據本發明的一個實施例在圖案中由邊緣錨固定的LED裝置陣列的頂視圖。
圖5A示出了根據本發明的一實施例一具有被街道隔離並通過能夠支持LED裝置陣列上的EL測試的邊緣錨固定的單個LED裝置的OMRC LED源基板的截面圖。
圖5B示出了根據本發明的一實施例的一具有導電錨和表面接觸膜的OMRC LED源基板上的橫向LED裝置的截面圖，該導電錨和表面接觸膜允許在OMRC基板上的LED裝置陣列的製程測試。
圖5C示出了根據本發明的一實施例的一具有導電錨和表面接觸膜的OMRC LED源基板上的垂直LED裝置的截面圖，該導電錨和表面接觸膜允許在OMRC基板上對LED裝置陣列的製程測試。
表I顯示了某些巨量轉移方法及其與使用KGD製程測試數據的兼容性的比較。 根據本發明的實施例，方法9和10被優化並且過程中的KGD與高通量組裝兼容。
圖6-11是優化使用表I中巨量轉移方法的KGD製程測試數據所需的巨量轉移操作流程。
圖12示出了根據本發明一特定實施例的光束定址釋放法（BAR）巨量轉移系統的塊狀圖。
圖13A示出了根據本發明一特定實施例，用於單光束光束定址釋放法（BAR）巨量轉移系統中的多邊形光束掃描系統。
圖13B示出了根據本發明一特定實施例，用於單光束光束定址釋放法（BAR）巨量轉移系統中的具有f-theta透鏡的電流計X-Y反射光束掃描系統。
圖14示出了根據本發明一特定實施例，用作光束釋放雷射源的特定雷射系統的脈衝能量與脈衝重複率的函數。
圖15描述了根據本發明一特定實施例的LED裝置釋放的基本掃描過程。
圖16A示出了根據本發明一特定實施例的LED裝置釋放在進行掃描過程的目標基板像素陣列。
圖16B示出了根據本發明一特定實施例，LED裝置釋放在進行掃描過程中具有2個覆蓋區圖案的目標基板像素陣列。
圖17A示出了根據本發明一特定實施例， LED裝置釋放在進行掃描過程的目標基板像素陣列。
圖17B示出了根據本發明一特定實施例中，LED裝置釋放在進行掃描過程中具有2個覆蓋區圖案的目標基板像素陣列。
圖18示出了根據本發明一特定實施例中，源和目標基板覆蓋層和覆蓋區圖案。
圖19示出了根據本發明一特定實施例，LED裝置釋放在進行掃描過程中源和目標基板覆蓋層。
圖20示出了根據本發明一特定實施例的用於LED裝置釋放的掃描過程之後的目標基板。
圖21示出了根據本發明一特定實施例的使用光束定址釋放法（BAR）巨量轉移系統來填充目標基板的操作流程圖。
圖22是在巨量轉移操作流程之後的接觸操作流程，以完成顯示產品。
圖23A示出了根據本發明一特定實施例的光學多光束掃描頭子系統。
圖23B示出了根據本發明一特定實施例的具有空間光調製圖案化的多光束掃描方法的方塊圖。
圖24A示出了在本發明的某些實施例中使用的LED裝置定址電路。
圖24B示出了根據本發明一特定實施例的TFT有源矩陣背板的截面圖，該TFT有源矩陣背板將像素覆蓋區域內的LED裝置與公共Vss背板相連。
圖25示出了根據本發明一特定實施例，用於在兩個區域觸之間的像素覆蓋區域內連接LED裝置的各向異性互連方法的截面圖。
圖26顯示如何使用各向異性接觸膜（ACF）用一接觸圖案選擇性地接觸兩個表面。
100:施體源操作流程
101~104:步驟

Claims (33)

  1. 一種用於將設置在源基板上的多個發光裝置結構轉移到目標基板的裝置，該發光裝置結構具有一從表面可接近的第一接觸層和一包括在該發光裝置結構上的第二接觸層，該發光裝置結構能夠通過一釋放過程被釋放並且可以從一垂直發光裝置結構或一橫向發光裝置結構中選擇，該裝置包括： 一計算機裝置，能夠讀取和更新一已知良好晶粒（KGD）計算機文件，該計算機文件包含有關能夠被釋放的可用發光裝置的信息，並且可以控制掃描裝置、源和目標基板的相對運動以及雷射源控制； 一雷射源，能夠發射足以通過一釋放過程將該發光裝置從該源基板脫離的光脈衝； 一空間光調製器裝置，能夠形成空間調製區域光束； 一掃描裝置，能夠引導位於該源基板的至少一部分的一掃描區域內的該雷射區域光束； 一垂直運動和控制裝置，用於將包含發光裝置結構的該源基板的至少一部分定位於靠近具有一中間界面區域的該目標基板的至少一部分； 一支撐和運動系統，能夠使該源基板相對於該目標基板移動； 其中，一光束定址釋放過程使多個發光裝置被釋放並固定在該目標基板上的預定位置。
  2. 如請求項1所述的裝置，其中，該發光裝置結構通過一稱為釋放層的中介層安裝在該源基板上。
  3. 如請求項1所述的裝置，其中，該雷射源是一355nm、532nm或1064nm的脈衝雷射。
  4. 如請求項3所述的裝置，其中，該脈衝雷射是Q開關或被動鎖模。
  5. 如請求項2所述的裝置，其中，該釋放層是氧化銦錫(ITO)或氮化銦(InN)。
  6. 如請求項1所述的裝置，其中，其中界面區域是一間隙介質。
  7. 如請求項6所述的裝置，其中，該間隙介質包含一氣體或真空。
  8. 如請求項6所述的裝置，其中，該間隙介質包含一液體。
  9. 如請求項1所述的裝置，其中，該KGD計算機文件利用每個先前釋放的發光裝置的位置來更新。
  10. 如請求項1所述的裝置，其中，該掃描裝置被索引到一新的目標區域，用於額外的發光裝置釋放過程。
  11. 如請求項1所述的裝置，其中，該源基板和該目標基板之間的緊密相鄰是實際接觸。
  12. 如請求項1所述的裝置，其中，該空間光調製器是一區域調製器，其可以使用可獨立編程的子區域陣列調製該入射雷射區域光束，以在該源基板上形成一巳調製的雷射區域圖案。
  13. 一種製造光學裝置的方法，該方法包括： 提供一發光二極體結構，設置在源基板上以轉移到目標基板的多個發光裝置結構，該發光裝置結構具有一從表面可觸及的第一接觸層和包括在該發光器結構的一第二接觸層，該發光裝置結構能夠通過一釋放過程被釋放，並且可以從一垂直發光裝置結構或一橫向發光裝置結構中被選擇； 使用一計算機裝置讀取和更新已知良好晶粒（KGD）計算機文件，以引導包含有關能夠被釋放的該可用發光裝置的信息的該釋放過程； 使用一雷射源發射足以通過一釋放過程使發光裝置從該源基板脫離的光脈衝； 使用一空間光調製器裝置，能夠形成一空間調製區域光束； 引導位於該源基板至少一部分的一掃描區域內的該雷射區域光束到用於釋放的定址單個發光裝置； 定位包含該發光裝置結構的該源基板的至少一部分在靠近具有中間界面區域的該目標基板的至少一部分上； 移動相對於該目標基板的該源基板； 釋放多個發光裝置以將它們固定到該目標基板上的預定位置。
  14. 如請求項13所述的方法，其中，該多個發光裝置中的每一個的尺寸為10微米乘10微米。
  15. 如請求項13所述的方法，其中，雷射區域光束在該源基板上產生一圖案以釋放一組選定的發光裝置。
  16. 如請求項13所述的方法，其中，該雷射脈衝重複頻率在1千赫茲和8兆赫茲之間。
  17. 如請求項13所述的方法，其中，該雷射光被引導通過該源基板的一背面朝向該多個發光裝置中的每個發光裝置的中心區域。
  18. 如請求項13所述的方法，其中，其中該釋放的多個發光裝置中的每一個被轉移到該目標基板。
  19. 如請求項13所述的方法，其中，該目標基板具有每個發光裝置充許的空間位置的預定圖案。
  20. 如請求項19所述的方法，其中，該預定圖案用於陣列或其他空間配置。
  21. 如請求項19所述的方法，其中，每個空間位置是一個覆蓋區(footprint)。
  22. 如請求項13所述的方法，其中，該目標基板包括多個KGD發光裝置。
  23. 如請求項13所述的方法，其中，該每個發光裝置包括一含鎵材料。
  24. 一種製造電子裝置的方法，該方法包括： 提供設置在一源基板上以轉移到一目標基板的多個感測器裝置結構，該感測器裝置結構具有一可從表面可觸及的第一接觸層和包括在該傳感器裝置結構的一第二接觸層，該感測器裝置結構能夠通過一釋放過程被釋放； 使用一計算機裝置讀取和更新一已知良好模具（KGD）計算機文件以引導包含有關能夠被釋放的該可用感測器裝置的信息的該釋放過程； 使用一雷射源發射足以通過一釋放過程使該感測器裝置從該源基板脫離的光脈衝； 使用一空間光調製器裝置，能夠形成一空間調製區域光束； 引導位於該源基板至少一部分的一掃描區域內的該雷射光到用於釋放的定址單個感測器裝置； 定位包含該感測器裝置結構的該源基板的至少一部分在靠近具有一中間界面區域的該目標基板的至少一部分上； 移動相對於該目標基板的該源基板； 釋放多個感測器裝置以將它們固定到該目標基板上的預定位置
  25. 一種用於光學釋放一光學裝置的載體裝置，該載體裝置包括： 一基板構件，具有一表面區域； 一多個光學裝置，以一陣列耦合覆蓋該表面區域的一空間區域； 一釋放材料，其配置在該每個光學裝置與該表面區域的一部分之間； 一隔離區域，設置以使每個光學裝置產生邊界。
  26. 如請求項25所述的裝置，其中，該隔離區域包括設置在任意一對光學裝置之間的一溝槽結構。
  27. 如請求項25所述的裝置，其中，該隔離區域包括設置在任意一對光學裝置之間的阻擋材料。
  28. 如請求項25所述的裝置，還包括一耦合到一光學裝置的支撐裝置和一部分基板構件，以將該光學裝置機械地固定在適當的位置。
  29. 如請求項25所述的裝置，其中，該支撐構件是光學透明的。
  30. 如請求項25所述的裝置，其中，該隔離區域被配置為在應用燒蝕過程時保護光學裝置。
  31. 如請求項25所述的裝置，還包括一耦合到光學裝置的支撐裝置，該支撐裝置機械地和電氣地被連接到該光學裝置並用作電連接構件。
  32. 如請求項25所述的裝置，其中，該光學裝置選自microLED、miniLED、LED、雷射裝置或其他光學裝置。
  33. 如請求項31所述的裝置，其中，被耦合到該光學裝置的構件允許在釋放之前對光學裝置進行電氣測試。
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