研究人员开发出一种方法可以实现廉价大规模制造Micro LED显示器

研究人员展示了一种连续滚筒印刷工艺，可以在单卷中以非常高的精度拾取和转移超过75,000 微米级的半导体器件。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，因为它可以在消耗很少的功率的情况下以高速度和分辨率实现高精度的色彩渲染。这些显示器可应用于多种格式，包括智能手机屏幕、虚拟和增强现实设备以及几米宽的大型显示器。特别是对于较大的 Micro-LED 显示器，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着巨大的挑战。

英国斯特拉斯克莱德大学研究团队负责人埃莱尼·玛格丽蒂 (Eleni Margariti) 表示：“将微米级半导体器件从原生基板转移到各种接收平台是学术研究团体和行业在国际上共同应对的一项挑战。” “我们的基于滚筒的印刷工艺提供了一种以可扩展的方式实现这一目标的方法，同时满足该应用所需的精确度要求。”

研究人员在《光学材料快报》杂志上报告称，他们的新型滚筒技术可以与设计的器件布局相匹配，精度小于 1 微米。该装置价格低廉且简单，足以在资源有限的地方建造。

开发新印刷工艺的 Margariti 表示：“这种印刷工艺还可用于其他类型的设备，包括硅和印刷电子产品，例如用于柔性和可穿戴电子产品的晶体管、传感器和天线、智能包装和射频识别标签。” 。“它也可用于制造光伏电池和生物医学应用，例如药物输送系统、生物传感器和组织工程。”

大规模设备转移

当今的半导体器件通常使用生长技术在晶圆上制造，该技术将精致细致的多层半导体薄膜沉积到半导体基板上。这些薄膜结构和适合这种沉积的基板类型之间的兼容性问题限制了器件的使用方式。

“我们希望改善大量半导体器件从一个基板到另一个基板的转移，以提高显示器和片上光子学等应用中使用的电子系统的性能和规模，其目的是将操纵光的各种材料结合起来规模非常小，”玛格丽蒂说。“要用于大规模制造，使用能够高效、准确且误差最小地传输这些设备的方法至关重要。”

新方法从一系列松散地附着在其生长基底上的微型器件开始。然后，将含有微粘性有机硅聚合物薄膜的圆柱体表面滚动到悬挂的器件阵列上，使有机硅和半导体之间的粘附力将器件从其生长基底上分离并将它们排列在圆柱体滚筒上。由于打印过程是连续的，因此可以同时打印多个设备，这使得大规模生产非常高效。

高精度打印

“通过仔细选择有机硅和接收基板表面的特性以及滚动过程的速度和机制，可以将设备成功地滚动并释放到接收基板上，同时保留它们在原始基板上的空间排列格式。”玛格丽蒂解释道。“我们还开发了一种定制分析方法，可以扫描打印样品是否存在缺陷，并在短短几分钟内提供打印产量和定位精度。”

研究人员用硅基氮化镓(GaN/Si)半导体结构测试了这种新方法。GaN 是用于 micro-LED 显示器的主要半导体技术，使用硅基板有助于将器件制备为可由滚筒拾取的悬浮结构。他们能够以低于微米的空间精度转移超过 76,000 个单独元件的阵列中超过 99% 的设备，且没有明显的旋转误差。

接下来，研究人员正在努力进一步提高打印过程的准确性，同时扩大可同时转移的设备数量。他们还计划测试该方法将不同类型的设备组合到同一接收平台上的能力，并确定它是否可以用于打印到接收平台的特定位置。