用于micro-LED显示器的滚筒印刷

研究人员展示连续滚筒印刷如何实现单次精确转移75,000个GaN芯片

以英国斯特拉斯克莱德大学的Eleni Margariti为首的研究人员展示了一种连续滚筒印刷工艺，单次转动就能以非常高的精度拾取和转移75,000多个微米级半导体器件。研究人员表示，这种新方法为创建大规模光学元件阵列铺平了道路，并可用于快速制造micro-LED显示器。

Micro-LED显示技术备受关注，因为这种技术可以在消耗极少功率的情况下，以高速度和高分辨率实现高精度的色彩渲染。这类显示器具有多种应用形式，包括智能手机屏幕，虚拟现实设备和增强现实设备，以及几米宽的大型显示器。特别对于大型Micro-LED显示器来说，将数百万个微型LED（有时比一粒细沙还小）集成到电子控制背板上面临巨大挑战。

研究团队负责人Margariti表示：“国际学术研究团队和行业正在应对一项挑战，即将微米级半导体器件从原生衬底转移到各种接收平台。我们基于滚筒的印刷工艺提供了一种以可扩展方式实现这一目标的方法，同时可满足该应用所需的精确度要求。”

研究人员在《光学材料快报》期刊上报告称，其新型滚筒技术可以与设计好的器件布局相匹配，精度小于1微米。同时滚筒装置价格低廉且简单，足以在资源有限的地方建造。

开发出新印刷工艺的Margariti表示：“这种印刷工艺还可用于其他类型器件，包括硅器件和印刷电子器件，例如用于柔性电子产品和可穿戴电子产品的晶体管、传感器、天线，智能封装和射频识别标签。这种印刷工艺也可应用于光伏电池的制造，以及生物医学，例如药物输送系统、生物传感器和组织工程。”

大规模器件转移

Margariti说，“我们希望改善大量半导体器件从一个衬底到另一个衬底的转移，以提高显示器和片上光子等应用中使用的电子系统的性能和规模，其目的是将可小规模操纵光的各种材料结合起来。要用于大规模制造，传输这些器件的方法至关重要，这种方法要做到高效、准确且以最小的误差传输器件。”

要使用新方法，首先要有一列松散地附着在其生长衬底上的微型器件。然后，使表面含微粘性有机硅聚合物薄膜的滚筒在备好的器件阵列上滚动，使有机硅和半导体之间产生粘附力，以此将器件从其生长衬底上分离，并将这些器件排列在滚筒上。由于印刷工艺是连续的，因此可以同时对多个器件进行印刷，这一工艺非常高效，可用于大规模生产。

Margariti解释道，“通过仔细选择有机硅和接收衬底表面的特性，以及滚筒工艺的速度和机制，滚筒可成功从器件上滚过，并将器件释放到接收衬底上，同时保留器件在原始衬底上的空间排列格式。我们还开发了一种定制分析方法，可扫描印刷样品是否存在缺陷，还可在短短几分钟内得知印刷产量和定位精度。”

研究人员使用硅半导体结构上的GaN测试了这种新方法。结果显示，在含76,000多个独立元件的阵列中，研究人员能够以低于1微米的空间精度转移99%以上的器件，并且不存在明显的转动误差。

接下来，研究人员正在努力进一步提高印刷工艺的准确性，同时扩大单次可转移的器件数量。研究人员还计划测试该工艺将不同类型器件与同一接收平台结合的能力，并确定该工艺是否可以在接收平台的特定位置进行印刷。

参考文献

'Continuous roller transfer-printing and automated metrology of >75,000 micro-LED pixels in a single shot' by E. Margariti et al; Opt. Mater. Express vol. 13, Issue 8, pp. 2236-2250 (2023).