微型發(fā)光二極管修復(fù)技術(shù)綜述

付瑩

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心 江蘇蘇州 215000）

隨著科技的發(fā)展，顯示屏已進(jìn)入大眾生活的方方面面。但是目前，顯示器在功耗及亮度方面還不能滿足需求，一是手機(jī)、穿戴設(shè)備等智能設(shè)備的續(xù)航能力有待提升，而顯示屏的耗電占這些智能設(shè)備80%以上的能耗；二是智能設(shè)備在強(qiáng)環(huán)境光下泛白，無法看清楚。因此，需要研究新的滿足高亮度以及低功耗的顯示技術(shù)。Micro LED在亮度及功耗方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是目前最熱門的顯示技術(shù)。

1 Micro LED顯示技術(shù)

顯示技術(shù)經(jīng)歷了陰極射線管（CRT）、液晶顯示（LCD）、有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED）等發(fā)展歷程。目前，CRT 已基本退出市場(chǎng)，LCD 和OLED 是兩大主流。LCD 在大屏顯示以及成本方面優(yōu)勢(shì)明顯，但是隨著手機(jī)全面屏以及柔性折疊屏的流行，OLED 的市場(chǎng)占有額越來越大［1-3］。自從2000年美國(guó)首次制備出基于Ⅲ族氮化物的Micro LED，索尼、三星、蘋果等顯示巨頭都在致力于Micro LED 的研究，并相繼推出了Micro LED顯示屏。2019年5月中旬，主動(dòng)發(fā)光顯示和量子點(diǎn)技術(shù)委員會(huì)把基于Micro LED 顯示為核心的高度集成半導(dǎo)體信息顯示寫入技術(shù)指南。2019年，Micro LED顯示在全球的市場(chǎng)約為6 億美元，預(yù)期到2025年將增加至20.5億美元［4］。

Micro LED 技術(shù)是指在晶片上集成高密度微尺寸的LED 陣列，像素點(diǎn)距離達(dá)到微米級(jí)，能夠集驅(qū)動(dòng)、發(fā)光及信號(hào)傳輸為一體的高發(fā)光效率、低功耗器件，可實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模集成發(fā)光單元的顯示器件。作為自發(fā)光顯示技術(shù)，Micro LED具有傳統(tǒng)LED高亮度、高效率、高可靠性以及響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)；與OLED相比，Micro LED具有超高的解析度和色彩飽和度，同時(shí)功耗更低、壽命更長(zhǎng)［5-6］。Micro LED作為新一代顯示技術(shù)，已逐漸成為了國(guó)際顯示行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

2 Micro LED修復(fù)技術(shù)

Micro LED通常先生長(zhǎng)于藍(lán)寶石基底上，然后通過巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)將LED 晶片放置在顯示基底上，再進(jìn)行粘連。由于LED 晶片顆粒及晶片之間的間距都很小，在單位顯示面積上需要安裝的LED晶片的數(shù)量成倍增加，因此，Micro LED 產(chǎn)品轉(zhuǎn)移封裝過程中因?yàn)榫瑩p壞、移位、漏裝等導(dǎo)致壞點(diǎn)存在的概率也成倍增加。為了保證大量微晶片都轉(zhuǎn)移至目標(biāo)區(qū)域，就必須進(jìn)行壞點(diǎn)檢查并進(jìn)行壞點(diǎn)修復(fù)。因此，修復(fù)對(duì)Micro LED產(chǎn)品的良率及生產(chǎn)成本的控制都至關(guān)重要。

修復(fù)時(shí)，可以從修復(fù)時(shí)機(jī)的選擇以及修復(fù)手段兩大方面著手提升修復(fù)成功率。

2.1 修復(fù)時(shí)機(jī)——轉(zhuǎn)移和修復(fù)同步進(jìn)行

對(duì)于壞點(diǎn)的檢測(cè)，通常是對(duì)晶片封裝后得到的成品通電，然后通過探頭檢測(cè)壞點(diǎn)，這就意味著要在完成轉(zhuǎn)移和固晶焊線后才能進(jìn)行檢測(cè)，耗時(shí)較長(zhǎng)；而且在芯片和基板綁定后再修復(fù)，需要先把壞點(diǎn)處的晶片取下，然后安裝新的LED 晶片?；诖?，有人提出了巨量轉(zhuǎn)移和檢測(cè)修復(fù)同步進(jìn)行的技術(shù)方案。例如，天馬微電子在CN201810972545中提出，在像素定義層的開口內(nèi)層疊設(shè)置導(dǎo)電層、光敏導(dǎo)電鍵合層及Micro LED 結(jié)構(gòu)層，在將Micro LED 轉(zhuǎn)移至襯底基板的光敏導(dǎo)電鍵合層后，給LED晶片的兩個(gè)電極施加電信號(hào)，檢測(cè)晶片能否正常發(fā)光，正常發(fā)光則進(jìn)行鍵合，不能正常發(fā)光則不進(jìn)行鍵合，并替換新LED晶片檢測(cè)正常發(fā)光后再鍵合，使得Micro LED的鍵合和檢測(cè)修復(fù)同時(shí)進(jìn)行。

2.2 修復(fù)手段

雖然轉(zhuǎn)移和修復(fù)同步進(jìn)行能夠提升修復(fù)的效率，降低成本，但是對(duì)于由封裝造成的壞點(diǎn)以及在使用過程中出現(xiàn)的壞點(diǎn)則無能為力。因此，目前主流的修復(fù)技術(shù)還是在封裝之后進(jìn)行。主要的修復(fù)方法包括壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移替換、冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及從視覺上弱化壞點(diǎn)區(qū)域。

2.2.1 壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移替換

修復(fù)時(shí)，先檢查Micro LED 背板確定壞點(diǎn)的位置，再將壞點(diǎn)處的晶片取下，然后拾取新的晶片并安裝在需要修復(fù)的壞點(diǎn)處，進(jìn)行焊接。在整個(gè)修復(fù)過程中，可以從壞點(diǎn)定位、壞點(diǎn)去除、取晶置晶補(bǔ)晶等過程著手提升修復(fù)成功率。

（1）壞點(diǎn)定位檢測(cè)。目前，常用的Micro LED 芯片壞點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)包括光致發(fā)光掃描繪圖技術(shù)和電致發(fā)光技術(shù)［1］，PL能在無接觸的情況下快速掃描檢測(cè)其發(fā)光波長(zhǎng)、亮度，且不會(huì)損壞LED 芯片，但對(duì)于芯片的電學(xué)性能無法檢測(cè)。EL 檢測(cè)需要對(duì)LED 芯片加電進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)參數(shù)比較全面、準(zhǔn)確度高，但工藝復(fù)雜?；诖?，對(duì)于壞點(diǎn)的檢測(cè)，大部分利用相機(jī)等光學(xué)模塊對(duì)基板進(jìn)行光學(xué)檢查以獲得壞點(diǎn)的位置坐標(biāo)，確保壞點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，從而提高壞點(diǎn)去除的精度。只有找準(zhǔn)壞點(diǎn)的位置，才能精準(zhǔn)去除壞點(diǎn)，確保整個(gè)修復(fù)過程順利進(jìn)行。

（2）壞點(diǎn)去除。找準(zhǔn)壞點(diǎn)位置是第一步，找到壞點(diǎn)之后，需要將有缺陷的芯片去除，由于缺陷芯片已經(jīng)封裝焊接固定，因此，需要熔解缺陷處的焊接材料。由于Micro LED 芯片的尺寸很小，傳統(tǒng)的電烙鐵技術(shù)肯定無法適用，因此，一些申請(qǐng)人提出了通過激光、研磨、加熱等方式去除壞點(diǎn)處的芯片。例如，韓國(guó)的QMC INC 公司在KR20200052221A中公開了利用激光束去除有缺陷的芯片?？导压驹贑N202010604494中公開了利用研磨的手段來消除壞點(diǎn)上的芯片。深圳市聯(lián)得自動(dòng)化在CN202010934417 中公開了光照加熱使得缺陷晶片與基板分離，由于光照加熱的光斑大小可控，因此能夠進(jìn)行精確定位。南京中電熊貓公司在CN201910687499 中公開了在顯示背板襯底上設(shè)置凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置微型加熱電阻絲，微型加熱電阻絲部分位于顯示襯底上，凹槽內(nèi)的微型加熱電阻絲下方設(shè)置底部電極；當(dāng)微型發(fā)光二極管損壞時(shí)，微型加熱電阻絲對(duì)鍵合材料進(jìn)行加熱熔融后，即可轉(zhuǎn)移走損壞的微型發(fā)光二極管。

（3）取晶置晶補(bǔ)晶。從基板上去除缺陷芯片后，需要拿取新的LED芯片（即取晶）放至缺陷芯片原本的位置，然后進(jìn)行焊接（即置晶補(bǔ)晶）。由于Micro LED 芯片的尺寸小于50um，無法生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的吸嘴尺寸，因此，無法利用現(xiàn)有吸嘴實(shí)現(xiàn)真空吸附來取晶置晶；同時(shí)，補(bǔ)晶時(shí)也無法使用現(xiàn)有的加熱方式焊接LED 芯片。目前，通常采用靜電力、磁力或真空吸力等實(shí)現(xiàn)取晶置晶，然后采用激光焊接方式補(bǔ)晶。當(dāng)然，也有一些公司提出了不同的取晶置晶補(bǔ)晶方式。例如，東莞市中麒光電在CN202110884883 中公開了用于承載粘貼件的承載件采用激光可穿透材料，借助粘貼件粘起新LED芯片，移至缺陷芯片原來的位置，此時(shí)，無需分離新LED 芯片與粘貼件，直接朝承載件的延伸方向照射激光，從而加熱基板上的焊接材料，完成新LED芯片與基板的焊接，焊接完成后，再分離芯片轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)，如此可以防止在焊接材料熔融過程中不同區(qū)域的張力差異導(dǎo)致新LED 芯片傾斜或位置偏移。另外，歌爾股份有限公司在CN201711137764 中提出了僅需使用一個(gè)襯底即可實(shí)現(xiàn)缺失位置的識(shí)別以及精準(zhǔn)修補(bǔ)。具體方案為：根據(jù)TFT 背板的表面結(jié)構(gòu)，制備倒模層，通過倒模層上形成的凹陷結(jié)構(gòu)，反映出TFT 背板上缺失LED 芯片的位置及數(shù)量，將倒模層倒置于去除掉缺陷LED 芯片的襯底上，將倒模層上的凹陷結(jié)構(gòu)倒置形成凸起結(jié)構(gòu)并去除凸起結(jié)構(gòu)，從而裸露出TFT 背板上缺失LED的位置，進(jìn)而在裸露出的襯板位置上重新生長(zhǎng)新的LED 芯片，最后，去除殘余倒模層，重新鍵合襯板至TFT背板，至此，新的LED芯片被鍵合到TFT背板上。

2.2.2 冗余修復(fù)

壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移替換修復(fù)技術(shù)需要檢測(cè)壞點(diǎn)、去除壞點(diǎn)并放置新的LED芯片。盡管提出了很多提高壞點(diǎn)定位精度、精準(zhǔn)去除壞點(diǎn)以及取晶置晶補(bǔ)晶的技術(shù)以改善Micro LED 修復(fù)的成功率，但是，當(dāng)壞點(diǎn)較多且比較分散時(shí)，壞點(diǎn)轉(zhuǎn)移替換修復(fù)技術(shù)需要重復(fù)多次去除壞點(diǎn)，并重復(fù)多次放置新的LED 芯片，而多次操作會(huì)增加影響周圍正常顯示的LED 芯片的概率，修復(fù)效率較低。因此，冗余修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。冗余修復(fù)是指設(shè)計(jì)備用電路、備用焊盤或者備用LED 芯片，這樣，當(dāng)其中一顆LED出現(xiàn)不良，直接啟用備用電路、備用焊盤或者備用LED 芯片，無需去除顯示不良的LED 芯片，只需簡(jiǎn)單連接即可實(shí)現(xiàn)壞點(diǎn)修復(fù)。

（1）冗余電路與冗余焊點(diǎn)。Micro LED 顯示屏包括多個(gè)呈陣列排布的子像素，通過給每個(gè)子像素設(shè)置備用驅(qū)動(dòng)電路、備用焊盤，或者將多個(gè)子像素劃分為組，每組子像素設(shè)置一個(gè)共用的備用驅(qū)動(dòng)電路、備用焊盤，正常使用時(shí)，LED 芯片與主驅(qū)動(dòng)電路、主焊盤連接，當(dāng)與主驅(qū)動(dòng)電路連接的LED 芯片出現(xiàn)損壞時(shí)，斷開LED 芯片與主驅(qū)動(dòng)電路的連接，轉(zhuǎn)而與備用驅(qū)動(dòng)電路連接，以快速實(shí)現(xiàn)對(duì)Micro LED 壞點(diǎn)的修復(fù)。三星在CN202080016350 中公開了設(shè)置多個(gè)與驅(qū)動(dòng)電路具有相同電路結(jié)構(gòu)并且并聯(lián)的冗余驅(qū)動(dòng)電路，設(shè)置附加布線連接多個(gè)冗余驅(qū)動(dòng)電路與驅(qū)動(dòng)器以及多個(gè)像素電路，若某個(gè)微型LED 組成的像素出現(xiàn)異常，則斷開微型LED 芯片與對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路的連接，改為從多個(gè)冗余驅(qū)動(dòng)電路中對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)。昆山國(guó)顯光電在CN201820440383 中公開了設(shè)置兩對(duì)電極，正常使用時(shí)，僅在一對(duì)電極上焊接LED 芯片，當(dāng)有LED 芯片出現(xiàn)異常時(shí)，將正常的LED 芯片焊接在剩余的一對(duì)電極上，從而達(dá)到修復(fù)的目的。福州大學(xué)在CN202010535556 中公開了在LED 芯片電極和背板電極設(shè)置連接區(qū)域和備用區(qū)域，采用噴墨打印等非Au-In互連方式和原位修復(fù)方式，對(duì)電極進(jìn)行互連以及對(duì)缺陷像素進(jìn)行修復(fù)。

（2）備用LED芯片。除了設(shè)置備用驅(qū)動(dòng)電路、備用焊盤等備用方式，還可以為每個(gè)LED 芯片設(shè)置一個(gè)備用LED芯片，正常顯示時(shí)，只有主LED芯片點(diǎn)亮，當(dāng)主LED芯片出現(xiàn)異常時(shí)，再點(diǎn)亮備用LED芯片。例如，華星光電在CN202010312409 中公開了設(shè)置備用LED 芯片，當(dāng)主LED 芯片成為壞點(diǎn)時(shí)，備用LED 芯片替代主Micro LED芯片正常發(fā)光?？导压驹赪O2019CN130 524 中公開了每個(gè)像素包括兩個(gè)發(fā)光區(qū)域，兩個(gè)發(fā)光區(qū)域相鄰設(shè)置，且兩個(gè)區(qū)域中分別設(shè)置兩個(gè)發(fā)光顏色相同的微型發(fā)光二極管，當(dāng)存在壞點(diǎn)時(shí)，將存在缺陷的發(fā)光二極管短接，另一個(gè)微型發(fā)光二極管正常發(fā)光。一般主LED 芯片和備用LED 芯片并排設(shè)置，對(duì)此，南京中電熊貓?jiān)贑N202011369969 中提出了主LED 芯片和備用LED芯片上下疊置，事先設(shè)置好修復(fù)孔，當(dāng)存在壞點(diǎn)時(shí)，無需對(duì)壞點(diǎn)處的芯片做任何處理，僅僅通過普通的切斷線和連接線路修補(bǔ)手段即可實(shí)現(xiàn)壞點(diǎn)處的再顯示，簡(jiǎn)化了修補(bǔ)手法。LED 芯片發(fā)光缺陷包括不發(fā)光缺點(diǎn)和亮點(diǎn)缺陷，對(duì)于亮點(diǎn)缺陷帶來的顯示異常，還可以在每個(gè)子像素中均串聯(lián)設(shè)置兩個(gè)LED 芯片，正常顯示時(shí)，兩個(gè)LED芯片均發(fā)光，修復(fù)后，兩個(gè)LED芯片中僅一個(gè)發(fā)光?；蛘哒业搅咙c(diǎn)缺陷區(qū)域，采用激光將亮點(diǎn)子像素短接，使其不發(fā)光，從而消除亮點(diǎn)缺陷。

為每個(gè)LED 芯片均設(shè)置備用芯片，能大大提高修復(fù)的成功率，但是一個(gè)顯示面板上包含眾多LED 芯片，出現(xiàn)缺陷的畢竟只是少數(shù)，因此，為每個(gè)LED 芯片設(shè)置備用芯片會(huì)造成資源浪費(fèi)，成本較高。對(duì)此，可以將多個(gè)LED芯片劃為一組，組內(nèi)的多個(gè)LED芯片共用一個(gè)備用多個(gè)LED 芯片，如此，不僅可以提高顯示面板的良率，同時(shí)可以降低成本。例如，友達(dá)光電在CN201910874200 中公開了在顯示面板中設(shè)置多個(gè)包括第一發(fā)光二極管的第一區(qū)域和被第一區(qū)域圍繞的、包括第二發(fā)光二極管的第二區(qū)域，正常顯示時(shí)，僅第一區(qū)域的第一發(fā)光二極管顯示，第二區(qū)域的第二發(fā)光二極管不顯示；當(dāng)檢測(cè)到第一發(fā)光二極管異常時(shí)，將異常的第一發(fā)光二極管的控制信號(hào)線連接至第二發(fā)光二極管，使得第二發(fā)光二極管取代異常的第一發(fā)光二極管顯示。

（3）覆蓋缺陷區(qū)域。雖然冗余設(shè)計(jì)無需去除壞點(diǎn)，但是冗余設(shè)計(jì)需要雙倍的LED 芯片及額外的布線，因此，這種修復(fù)方式成本較高，且冗余修復(fù)需要在前期設(shè)計(jì)時(shí)制定修復(fù)方案，靈活性較差。另外，由于冗余設(shè)計(jì)中，正常顯示時(shí)，備用LED 芯片不發(fā)光，但是占用了一定的面積，因此影響顯示面板的PPI。對(duì)此，有人提出了直接采用修復(fù)基板覆蓋存在缺陷的晶片區(qū)域，無需去除壞點(diǎn)，也無需進(jìn)行冗余設(shè)置，可以簡(jiǎn)化修復(fù)工藝，降低修復(fù)成本。例如，LG 公司在KR20190176217A 中提出了將微型LED 芯片堆疊設(shè)置在存在缺陷的微型LED 芯片上，將原本與缺陷LED 芯片連接的電信號(hào)連接至堆疊在其上的修復(fù)LED 芯片上。青島海信CN201810469429 中提出了直接通過更換硅基板來修復(fù)缺陷區(qū)域，將微型LED 芯片裝在已經(jīng)預(yù)處理過的硅基板上行，然后將硅基板直接貼附于顯示基板上。

2.2.3 視覺上弱化缺陷區(qū)域

針對(duì)一些點(diǎn)缺陷，除了采用以上替換壞點(diǎn)芯片、冗余設(shè)計(jì)以及直接覆蓋缺陷區(qū)域等改造壞點(diǎn)的修復(fù)方式之外，還可以從視覺上弱化缺陷區(qū)域，使得缺陷點(diǎn)不再明顯，甚至無法察覺。例如，京東方在CN201710686537 中提出了在顯示屏的缺陷區(qū)域噴涂涂層，對(duì)涂層加熱固化，隨后將涂層研磨均勻，使得涂層顆?；?，以此從視覺上弱化缺陷區(qū)域，以達(dá)到修復(fù)的目的。中國(guó)科學(xué)院在CN202010471609 中公開了設(shè)置運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)具有壞點(diǎn)的微型LED 單元運(yùn)動(dòng)，利用視覺暫留原理，使人眼無法察覺壞點(diǎn)存在。安徽熙泰在請(qǐng)CN202011492322 中公開了在亮點(diǎn)缺陷對(duì)應(yīng)的像素處沉積不透光材料，使亮點(diǎn)像素不透光，同樣可以修復(fù)亮點(diǎn)缺陷。

3 結(jié)語

Micro LED 是當(dāng)前最熱門的顯示技術(shù)之一，自2000年美國(guó)首次制備出Micro LED 以來，經(jīng)過20 余年的研究，隨著在巨量轉(zhuǎn)移、全彩色等方面的持續(xù)突破，目前，索尼、三星、蘋果都相繼推出了自己的Micro LED顯示屏，國(guó)內(nèi)也有雷曼光電、康佳、利亞德等推出了Mi?cro LED 顯示屏。雖然Micro LED 顯示屏還在試驗(yàn)階段，無法量產(chǎn)，但是基于Micro LED 與LCD、OLED 相比的諸多優(yōu)點(diǎn)，Micro LED 顯示技術(shù)必定在將來大放異彩。雖然國(guó)外對(duì)Micro LED 的研究起步較早，握有很多基礎(chǔ)專利，但是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在近幾年提出了很多新穎實(shí)用的技術(shù)方案。隨著Micro LED 顯示逐步產(chǎn)業(yè)化，國(guó)內(nèi)提出的這些實(shí)操層面的技術(shù)方案將顯得越來越重要，尤其是關(guān)于修復(fù)技術(shù)的實(shí)用性技術(shù)方案將會(huì)發(fā)揮重要作用。