北京化工大学石峰教授团队Sci China Mater综述 | 面向Micro-LED显示的巨量转移及检测修复技术
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近日，北京化工大学材料科学与工程学院石峰教授团队的综述文章“Mass transfer, detection and repair technologies in micro-LED displays”在Science China Materials (SCMs)期刊在线发表，总结了近年来面向Micro-LED显示的巨量转移及检测修复技术的研究进展。
微发光二极管(Micro-LED)，是指以微米级无机LED器件为发光像素的主动发光显示技术，像素点尺寸通常小于50 μm。Micro-LED具有高亮度、高比度、高分辨率、快响应、低能耗等优势，被认为是未来的终极显示技术，有望用于巨幅大屏显示、AR/VR近眼显示、柔性显示等前沿领域。目前，Micro-LED的制备在高质量LED器件制备、巨量转移、全彩化显示、检测修复等方面存在一些发展瓶颈。其中，将LED器件从生产基底转移到显示面板上的“巨量转移(Mass Transfer)”，正面临着高精度、高良率、低成本转移的挑战，相关突破有望推进Micro-LED显示的进程。
近年来，国内外研究组在巨量转移研究中取得了诸多进展，相关行业巨头也争相投入研发并形成了一系列概念性产品，然而多数价格高昂，仍未形成具有主导性优势的巨量转移方法。为此，北京化工大学石峰教授团队综述了目前Micro-LED显示相关的巨量转移方法，以及相关的检测修复技术，并对其未来应用前景作了展望。除了高端显示以外，Micro-LED还可以拓展至柔性电子、传感、太阳能电池、智能机器人体系等多种前沿领域。
全文概要
1. 拾取-放置技术(Pick-and-Place)
拾取-放置技术，是指通过利用范德华力、电磁力、静电力等多种材料界面的相互作用力，将LED芯片从生产基底上拾起，继而转移并放置到目标显示背板上的技术。该技术的关键在于，精细调节生产基底与与LED芯片、芯片与转移头、芯片与背板之间的结合/分离能差异，实现高效、精准甚至连续化转移。
图2 基于界面相互作用的拾取-放置技术
2. 流体自组装技术(Fluidic Self-Assembly, FSA)
流体自组装技术，是指让LED芯片在流体流动环境中，通过与目标基板之间的形状匹配，自动组装到指定位置的技术。这种策略不需要精密昂贵的仪器进行定位、拾取与放置，具有平行大规模制备、低成本、高效率的优势。
图3 流体自组装技术
3. 激光选择性释放技术(Laser-Enabled Advanced Placement, LEAP)
激光选择性释放技术，是指利用选择性的激光照射目标LED，使其从生长基底上剥离并落到目标基底指定位置的技术。例如，采用激光照射GaN基底可以使GaN发生分解反应产生氮气，实现芯片与基底的分离，同时结合气体产生的空隙和作用力，实现芯片的释放与转移。该技术已有一些商业化设备，具有转移速度快、可控性好的优势。
图4 激光选择性释放技术
4. 检测技术
巨量转移前后的检测修复技术，对于提高Micro-LED显示质量非常重要。现有的检测技术主要基于两种原理：电致发光检测(Electroluminescence detection, EL)与光致发光检测(Photoluminescence detection, PL)。电致发光通过直接连接电极，与Micro-LED实际应用场景相近，因而准确度较高；光致发光则通过光谱方法检测，具有非接触、不损坏芯片的特点。
图5 光致发光检测技术
5. 修复技术
在检测到坏点LED后，目前主要有两种修复方案：冗余电路设计(Redundancy design)和选择性移除替换(Selective remove & replace)。冗余电路设计，是指在工作LED附近设置相同的平行LED和电路作为备份，一旦工作LED损坏后冗余电路即刻启用，具有快速、原位修复的特点，但是也增加了成本。选择性移除替换修复则将巨量转移技术，例如pick-and-place、LEAP等方法，应用于选择性移除和替换受损芯片，目标性强，相对经济。
总结展望
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