众厂商抢进Micro LED,它们握有关键技术专利

近几年在显示面板市场中相当热门的话题大概就是Micro LED (微发光二极管)了,许多厂商视其为可颠覆市场开创蓝海的杀手级技术,主流大厂或是新创公司均竞相抢进这一领域,在相关技术的专利申请上也在2013年开始急速激增。

如果要用一句话简易说明Micro LED的话,就是其体积约为一般LED的百分之一,尺寸及画素间距都缩小到微米等级。

在Micro LED的生产过程中,由于元件的微缩,有许多问题尚待克服或改善,而制程中转移技术则是产品能否量产且达商业产品之标准的关键。

依据显示基板尺寸不同,大致可分二种转移形式,第一种是小尺寸显示基板,使用半导体制程整合技术,将LED直接键结于基板上,技术代表厂商为台工研院,第二种是用于大尺寸(或无尺寸限制)的显示基板,使用pick-and-place的技术,将Micro LED阵列上的画素分别转移到背板上,代表厂商为Apple (LuxVue)、X-Celeprint等,其他厂商例如Sony、eLux等亦有相关转移技术。

Micro LED相关专利介绍

  台工业技术研究院

(A) 专利名称:发光元件的转移方法以及发光元件阵列
     公告号:TW I521690
     优先权:US 61/511,137

此篇专利系有关发光元件的转移方法,步骤为先于基板1上形成多个LED阵列之排列,一个阵列为一种颜色的LED,例如图1中红光、绿光、蓝光各自为一阵列。

转移过程需要透过多次焊接步骤,依序将基板1上的LED移转到基板2的预定位置,所以如图2所示,每次焊接前先用保护层盖住没有要移转的LED,再将要移转的LED之导电凸块与基板2的接垫接合,最后基板1的LED将全数转移到基板2上。

图1.  专利TW I521690之图3(图片来源:TIPO)

图2.  专利TW I521690之图H-J(图片来源:TIPO)

在这篇专利中似乎没有特别提及LED的尺寸或是与Micro LED相关的字词,但在其具有相同优先权的美国的对应案中,有提到发光元件为1至100微米,而间距(pitch)则可依实际产品之需求而调整,如图3中说明书内文以及表格所示。

图3.  专利US 14/583594(图片来源: USPTO)

(B) 专利名称:发光元件以及显示器的制作方法
      公告号:TW I590433

这件台工研院的专利也是有关Micro LED的制造技术,但其方法与上一篇截然不同。首先,在基板上形成LED阵列,其中半导体磊晶结构、第一电极以及第二电极构成发光二极管芯片,而发光元件包含发光二极管芯片及球状延伸电极,完成后将发光元件从基板移除

接着透过喷嘴将发光元件喷出,借由发光元件与喷嘴的磨擦,使球状延伸电极带有静电电荷,而接收基板的接点则透过电路结构传送电讯号使其亦带有静电电荷,在说明书的实施例中球状延伸电极带有正电荷而接点则带有负电荷。

如图4所示,透过例如摇筛的方式,使发光元件落入接收基板的开孔中,由于球状延伸电极的体积大于发光二极管芯片的体积,因此在落下的过程中,发光元件的球状延伸电极转向下落入孔中与皆点接触。

图4.  专利TW I590433之图P、S、T(图片来源:TIPO)

  Apple (LuxVue)

LuxVue在2014被Apple并购,其所拥有的Micro LED相关专利是众家厂商中最多的,在转移技术上其主要是采用静电吸附的巨量转移技术。

专利名称:Micro device transfer head array
公告号:US 9548233 B2

为了达到更好的转移效率,使用巨量转移技术的厂商不断开发出各式各样的转移头,而Apple这篇专利的特殊之处在于其转移头具有双极的结构,可以分别施予正负电压。

转移头的平台结构被介电层对半分离形成一对硅电极,当要抓取基板上的LED时,对一硅电极通正电,对另一硅电极通负电即可将目标LED拾取。

图5.  US 9548233的Figs. 1B, 34, 35(图片来源:USPTO)

  X-Celeprint

专利名称:Micro device transfer head array
公开号:US 2017-0048976 A1

X-Celeprint的巨量转移技术Micro-Transfer-Printing (μTP)是用压印头在LED上施压,利用凡得瓦力让LED附着在压印头上后,再从来源基板上将其拾取,移至目标基板上的预定位置上后,压印头连同LED压向目标基板,使LED上的连接柱插入背板接触垫后完成LED转移。

图6.  专利US2017-0048976之Figs. 5-6(图片来源:USPTO)

eLux

据报导,鸿海将收购Micro LED新创公司eLux,该公司在专利上有二点值得注意。首先是其转移技术与市场主流不同,其次是其在美国申请的专利,利用CIP方式大量串接Sharp与自己的专利(如图8所示)。

专利名称:System and Method for the Fluidic Assembly of Emissive Displays
公开号:2017-0133558 A1

eLux的转移技术是利用刷桶在基板上滚动,液体悬浮液中含有LED,进而让LED落入基板上的对应井中。

图7.  专利US2017-0048976之Figs. 5-6(图片来源:USPTO)

图8.  eLux美国专利状态(图片来源:USPTO)

作者:苏之勤

来源:北美智权报

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