芯粒转移装置及方法与流程

1.本公开属于显示面板制造领域，特别涉及一种芯粒转移装置及方法。


背景技术：

2.微型发光二极管(micro led)是一种新型的显示技术，指的是以自发光的微米量级的发光二极管为发光像素单元，将其转移到驱动面板上，从而形成高密度发光二极管阵列的显示技术。
3.由于该显示技术中发光像素单元，即发光二极管芯粒的尺寸非常小，所以需要转移至驱动面板上的芯粒数量巨大。这一转移芯粒的过程，被称为巨量转移。
4.由于巨量转移的工程量非常的大，所以会耗费大量的时间成本和物力成本。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种芯粒转移装置及方法，能够高效的完成巨量转移。所述技术方案如下：
6.一方面，本公开实施例提供了一种芯粒转移装置，包括基座、输料组件和光镊组件；
7.所述基座具有用于放置驱动面板的支撑面，所述基座内具有电磁线圈；
8.所述输料组件的输料口朝向所述基座的支撑面；
9.所述光镊组件与所述输料组件位于所述基座的同一侧，所述光镊组件被配置为，驱动所述输料组件输出的芯粒进入所述驱动面板的对应孔位中。
10.在本公开的一种实现方式中，所述基座包括台座、倾斜机构和底座；
11.所述台座和所述底座相互间隔；
12.所述倾斜机构位于所述台座和所述底座之间，且分别与所述台座和所述底座相连，所述倾斜机构用于驱动所述台座相对于所述底座倾斜。
13.在本公开的另一种实现方式中，所述倾斜机构包括至少两组第一伸缩缸；
14.至少两组所述第一伸缩缸之间相互间隔，且靠近所述台座的边缘。
15.在本公开的又一种实现方式中，所述支撑面上具有至少两个限位件；
16.各所述限位件均与所述支撑面相连，且围设形成用于容置所述驱动面板的空间，各所述限位件用于与所述驱动面板相抵。
17.在本公开的又一种实现方式中，所述空间在所述支撑面所处平面上的正投影位于，所述电磁线圈在所述支撑面所处平面上的正投影内。
18.在本公开的又一种实现方式中，所述芯粒转移装置还包括振动组件；
19.所述振动组件位于所述基座的背离所述支撑面的一侧，且所述振动组件与所述支撑面相间隔。
20.在本公开的又一种实现方式中，所述振动组件包括振荡器件和第二伸缩缸；
21.所述第二伸缩缸与所述振荡器件相连，以驱动所述振荡器件靠近或者远离所述支
撑面。
22.在本公开的又一种实现方式中，所述芯粒转移装置还包括自动光学检测设备；
23.所述自动光学检测设备的摄像头朝向所述基座的支撑面。
24.另一方面，本公开实施例提供了一种芯粒转移方法，基于前文所述的芯粒转移装置，所述芯粒转移方法包括：
25.提供多个所述芯粒，多个所述芯粒中包括三种颜色的所述芯粒，且各种颜色的所述芯粒的尺寸各不相同；
26.提供所述驱动面板，所述驱动面板的一面具有三种尺寸的所述孔位，一种尺寸的所述孔位对应一种尺寸的所述芯粒；
27.将所述驱动面板放置在所述基座的支撑面，且所述孔位所处的一面背离所述基座；
28.将所述芯粒转移装置浸泡在转移液内；
29.通过所述光镊组件，驱动所述输料组件输出的所述芯粒进入对应的所述孔位中，并通过所述电磁线圈将所述芯粒吸附在对应的所述孔位中。
30.在本公开的一种实现方式中，所述芯粒一端的横截面积小于另一端的横截面积，所述芯粒的横截面积较小的一端插接在对应的所述孔位中。
31.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
32.基座的支撑面用于放置驱动面板，使得驱动面板的孔位朝上，即背离支撑面。由输料组件的输料口输出芯粒，使得芯粒落至驱动面板上具有孔位的一面。通过光镊组件驱动输料组件输出的芯粒，使得芯粒能够在驱动面板上移动，从而进入对应孔位中。之后，通过电磁线圈将芯粒吸附在对应的孔位中，进而实现高效的巨量转移。
附图说明
33.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本公开实施例提供的芯粒转移装置的结构示意图；
35.图2是本公开实施例提供的芯粒的俯视图；
36.图3是本公开实施例提供的芯粒的主视图；
37.图4是本公开实施例提供的驱动面板的主视图；
38.图5是本公开实施例提供的芯粒转移方法的流程图。
39.图中各符号表示含义如下：
40.10、基座；
41.110、支撑面；120、电磁线圈；130、台座；140、倾斜机构；141、第一伸缩缸；150、底座；160、限位件；
42.20、输料组件；
43.30、光镊组件；
44.40、振动组件；
45.410、振荡器件；420、第二伸缩缸；
46.50、自动光学检测设备；
47.100、驱动面板；1100、孔位；200、芯粒；300、转移液。
具体实施方式
48.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
49.作为目前占据消费电子显示领域市场主体的液晶显示器(liquid crystal display，lcd)，由于其液晶分子在电压下偏转速率和液晶分子间排列后光阻等物理限制，导致其无法有效实现较高的刷新率和对比度。同时，其体积、能耗和弯折方面，也具有先天的劣势。相较而言，目前移动显示领域翘楚的有机发光半导体(organic electroluminescence display，oled)，则具有耐热性、亮度、光衰以及受画幅大小所限等瓶颈。而视为下一代显示器件的gan基mini和micro led，特别是micro led，由于其具有极小的、且能单独驱动led自发光单元，所以使得显示器件同时具备高亮、高对比度、高刷新率、高分辨率、高可靠性、耐热、长寿命、低能耗、轻薄、大面积显示等优势，且能轻易做到局部显示和异形显示，是未来理想的显示器件。
50.micro led的制造主要依赖iii-v族化合物半导体外延生长具有成核层、填平层、n型层、u-algan层、n型接触层、电子存储层、应变缓冲层、多量子阱有源层、电子阻挡层、p型层和p层接触层等功能层的外延结构。后续芯片工艺对外延片进行减薄和光刻，并制备dbr(distributed bragg reflection，分布式布拉格反射镜)、电流拓展区与电极，并对芯粒进行异形切割。相较于传统gan基led芯片工业化制造流程，当micro led芯片的尺寸微缩化以及大量芯粒矩阵化，特别是当发光单元尺寸小于100μm后，对当前的工业化制造流程带来了一系列的问题。
51.从基本结构上看，由于micro led芯粒尺寸小，且对发光亮度的要求低于传统led，所以micro led的结构可以更为简单。但作为微米级显示器件基本单元，micro led对波长和亮度均匀性具有极高的要求。而更具挑战的是由于芯粒(200)尺寸缩小至100μm以下，使得原本适用于常规led的芯粒键合技术难度呈指数级增加。其中，micro led的芯粒尺寸动辄可以小于50μm，像素单元之间的间距仅为不到50μm，每平方英尺下像素密度(pixels per inch，ppi)大幅增加，使得同一尺寸下的micro led所使用的芯粒数量也呈指数级增加。芯粒的尺寸每缩小1/2，单位面积内芯粒的数量增加四倍，以4k分辨率的显示器件为例，微米级的micro led芯片数量轻松超过2400万颗，以现有的芯粒转移和键合技术，迁移并固定如此数量的芯粒，在时间成本和物力成本上的消耗是消费级电子产品无法接受的。并且，传统芯粒转移设备存在可操作芯粒尺寸的物理极限，而micro led的芯粒大小目前已经超过这一极限。
52.为了解决micro led的芯粒巨量转移问题，本公开实施例提供了一种芯粒转移装置，图1为该芯粒转移装置的结构示意图，参见图1，在本实施例中，该芯粒转移装置包括基座10、输料组件20和光镊组件30。基座10具有用于放置驱动面板100的支撑面110，基座10内具有电磁线圈120，输料组件20的输料口朝向基座10的支撑面110，光镊组件30与输料组件20位于基座10的同一侧，所述光镊组件30被配置为，驱动所述输料组件20输出的芯粒200进
入所述驱动面板100的对应孔位1100中。
53.基座10的支撑面110用于放置驱动面板100，使得驱动面板100的孔位1100朝上，即背离支撑面110。将芯粒转移装置浸泡在转移液300内，由输料组件20的输料口输出混杂有芯粒200的转移液300，使得芯粒200落至驱动面板100上具有孔位1100的一面。通过光镊组件30驱动输料组件20输出的芯粒200，使得芯粒200能够在驱动面板100上移动，从而进入对应孔位1100中。之后，通过电磁线圈120将芯粒200吸附在对应的孔位1100中，进而实现高效的巨量转移。
54.在本实施例中，电磁线圈120用于将芯粒200吸附在对应的孔位1100中，容易理解的是，在通过电磁线圈120吸附芯粒200时，电磁线圈120的电极应该与芯粒200的电极相反。示例性地，电磁线圈120的磁场范围为0.0001～0.01t，电磁线圈120所产生的磁场大小，根据实际需求选择。
55.在本实施例中，一个输料组件20和一个光镊组件30为一组，同一组输料组件20和光镊组件30能够相对于支撑面110同步移动，从而实现二者的协同工作。芯粒转移装置能够具有多组输料组件20和光镊组件30，从而进一步地提高芯粒200的转移效率。
56.并且，为了更好的实现输料组件20和光镊组件30之间的协同工作，输料组件20的输料速率应该与光镊组件30的引导范围成正比。举例来说，一个输料组件20的输料速率为20颗/秒左右，一个光镊组件30的引导范围为50～100μm。
57.图2为芯粒200的俯视图，在本实施例中，芯粒200具有三种颜色，分别为红色(图2最左)、蓝色(图2中间)和绿色(图2最右)。图3为芯粒200的主视图，结合图3，每种颜色的尺寸均不相同，例如红色芯粒200(图3最左)的尺寸最大，蓝色芯粒200(图3中间)的尺寸次之，其尺寸为红色芯粒200的75～85％，绿色芯粒200(图3最右)的尺寸最小，其尺寸为蓝色芯粒200的75～85％。图4为驱动面板100的主视图，其视角与图3的视角相同，结合图4，相对应的，驱动面板100上具有三种孔位1100，每种孔位1100的尺寸均不相同，三种孔位1100的尺寸分别对应三种芯粒200的尺寸。
58.由于各颜色的芯粒200均落入对应尺寸的孔位1100中，所以通过排布不同尺寸孔位1100的位置，即能够排布各种颜色芯粒200的位置。
59.当然，在芯粒200转移的过程中，为了避免小尺寸的芯粒200落入大尺寸的孔位1100中，不同尺寸的芯粒200将进行依次转移。例如，最先转移尺寸最大的芯粒200，然后转移尺寸次之的芯粒200，最后转移尺寸最小的芯粒200。
60.再次参见图1，在本实施例中，基座10包括台座130、倾斜机构140和底座150。台座130和底座150相互间隔，倾斜机构140位于台座130和底座150之间，且分别与台座130和底座150相连，倾斜机构140用于驱动台座130相对于底座150倾斜。
61.在上述实现方式中，底座150为基座10的支撑基础，用于实现对于倾斜机构140和台座130的稳固支撑。台座130为驱动面板100的支撑基础，用于实现对于驱动面板100的稳固支撑。倾斜机构140设置在底座150和台座130之间，能够驱动台座130相对于底座150倾斜移动，从而配合输料组件20进行输料。
62.在输料组件20输料之前，通过倾斜机构140驱动台座130相对于底座150倾斜，使得台座130的高点对应于输料组件20的输料口。如此一来，芯粒200由输料组件20输出后，将首先落至驱动面板100的高处，并在重力的作用下，朝向驱动面板100的低处逐渐移动。也就是
说，能够利用芯粒200自身的重力势能，使得芯粒200由高至低逐渐铺满驱动面板100，进一步的提高了芯粒200的转移效率。
63.示例性地，倾斜机构140包括至少两组第一伸缩缸141，至少两组第一伸缩缸141之间相互间隔，且靠近台座130的边缘。
64.在上述实现方式中，一组第一伸缩缸141位于台座130的一边，另一组第一伸缩缸141位于台座130的相对另一边。通过伸长一组伸缩缸，即可实现对于台座130的倾斜。
65.在其他实施例中，倾斜机构140包括电机和转轴，电机的输出轴与转轴相连，转轴与台座130相连，且转轴与支撑面110平行。如此一来，通过电机驱动转轴转动，转轴能够随之带动台座130以转轴为旋转轴线转动，从而实现台座130的倾斜移动。
66.举例来说，在倾斜机构140的驱动下，台座130相对于底座150的倾斜角度为0～45
°
。在此倾斜角度范围内，既能够使得芯粒200顺畅的由高处向低处移动，又能够避免芯粒200移动过快，无法落入孔位1100内。
67.继续参见图1，在本实施例中，支撑面110上具有至少两个限位件160，各限位件160均与支撑面110相连，且围设形成用于容置驱动面板100的空间，各限位件160用于与驱动面板100相抵。
68.在上述实现方式中，限位件160沿支撑面110的外边缘依次间隔排布，从而形成用于容置驱动面板100的空间。将驱动面板100放置在该空间内后，各限位件160能够与驱动面板100的外边缘相抵，从而将驱动面板100卡接固定在该空间内，避免了驱动面板100出现不必要的晃动。
69.示例性地，限位件160具有一定的弹性，从而能够更好的卡接固定驱动面板100。
70.在其他实施例中，限位件160也能够是具有倒钩的卡扣，卡扣通过倒钩将驱动面板100卡接在空间内，从而实现了对于驱动面板100的固定。
71.在本实施例中，空间在支撑面110所处平面上的正投影位于，电磁线圈120在支撑面110所处平面上的正投影内。
72.在上述实现方式中，通过限定空间相对于电磁线圈120的位置，能够保证当驱动面板100被卡接在空间内时，整个驱动面板100均能够位于电磁线圈120的作用范围内。如此一来，使得每个落至驱动面板100上的芯粒200，均能够受到电磁线圈120的影响，从而稳固的吸附在对应的孔位1100内。
73.在本实施例中，芯粒转移装置还包括振动组件40，振动组件40位于基座10的背离支撑面110的一侧，且振动组件40与支撑面110相间隔。
74.振动组件40用于向周边输出一定频率的横向振动波，芯粒200在受到振动后，能够加速芯粒200在横向上的移动，从而进一步地提高了芯粒200的转移效率。
75.示例性地，振动组件40包括振荡器件410和第二伸缩缸420，第二伸缩缸420与振荡器件410相连，以驱动振荡器件410靠近或者远离支撑面110。
76.通过第二伸缩缸420，能够驱动振荡器件410靠近或者远离支撑面110，也即使得振源靠近或者远离驱动面板100，从而调节驱动面板100上的芯粒200所受到的振动。
77.在完成了一种芯粒200的转移后，为了便于另一种芯粒200的转移，需要把驱动面板100上多余的芯粒200去除。在本实施例中，通过倾斜机构140驱动台座130倾斜到最大倾斜角度，然后通过第二伸缩缸420将振荡器件410尽可能地靠近台座130。如此一来，利用芯
粒200自身的重力势能和振荡器件410施加的振动，使得芯粒200能够从驱动面板100上快速的滑落。滑落的芯粒200可以统一回收，并再次利用。值得说明的是，在去除多余芯粒200的过程中，需要保证振荡器件410施加的振动，不会导致孔位1100中已经装配到位的芯粒200滑出。
78.示例性地，第一伸缩缸141和第二伸缩缸420均为液压缸，从而能够保证对于台座130和振荡器件410的稳定驱动和支撑。
79.示例性地，振荡器件410为mems(micro-electro-mechanical system，微机电系统)振荡器，具有体积小，控制精准的特点。
80.在本实施例中，芯粒转移装置还包括自动光学检测设备50，自动光学检测设备50的摄像头朝向基座10的支撑面110。
81.在上述实现方式中，自动光学检测设备50为aoi(automated optical inspection)设备，用于检测支撑面110上的驱动面板100。在芯粒200转移开始前，对整个驱动面板100进行视觉判定，确定起始区域和转移路径，以指引输料组件20和光镊组件30的移动起点和移动路径。在芯粒200转移的过程中，标记空缺的孔位1100，即未正常装配对应芯粒200的孔位1100，将空缺的孔位1100划入后续的转移路径中。在芯粒200转移结束后，确定所有的孔位1100中均装配有对应的芯粒200，以开始后续工序。
82.下面对芯粒转移装置的工作过程进行介绍：
83.首先，将芯粒转移装置浸泡在转移液300内，并通过自动光学检测设备50对整个驱动面板100进行视觉判定，确定起始区域和转移路径，以指引输料组件20和光镊组件30的移动起点和移动路径。
84.接着，通过限位件160将驱动面板100卡装在台座130的支撑面110上，倾斜机构140驱动台座130相对于底座150倾斜，使得台座130较高的一边朝向输料组件20的输料口。
85.然后，输料组件20输出带有一种颜色芯粒200的转移液300，使得芯粒200落至驱动面板100上，并在自身重力的作用下朝着台座130较低的一边移动。并且，振荡器件410输出一定频率的横向振动波，使得芯粒200能够更为快速的移动。与此同时，光镊组件30和输料组件20一同移动，引导芯粒200进入对应的孔位1100内，并通过电磁线圈120将进入孔位1100的芯粒200吸附固定在孔位1100内。在光镊组件30和输料组件20一同移动的过程中，自动光学检测设备50标记空缺的孔位1100，并将空缺的孔位1100划入后续的转移路径中。
86.最后，在自动光学检测设备50确认该颜色芯粒200所对应的孔位1100，已经全部正确填入芯粒200后，通过倾斜机构140加大台座130的倾斜角度，并通过第二伸缩缸420驱动振荡器件410靠近台座130，以使得驱动面板100上多余的芯粒200滑落，从而为下一种颜色的芯粒200转移做准备。
87.图5为本公开实施例提供的一种芯粒转移方法的流程图，该芯粒转移方法基于图1所示的芯粒转移装置。参见图5，在本实施例中，该芯粒转移方法包括：
88.步骤401：提供多个芯粒200，多个芯粒200中包括三种颜色的芯粒200，且各种颜色的芯粒200的尺寸各不相同。
89.图3为芯粒200的主视图，结合图3，在本实施例中，芯粒200一端的横截面积小于另一端的横截面积，芯粒200的横截面积较小的一端插接在对应的孔位1100中。如此设计，能够便于芯粒200进入孔位1100中，避免芯粒200搁置在孔位1100外无法进入孔位1100。
90.示例性地，芯粒200的纵截面为梯形，且梯形的上底对应芯粒200的横截面积较小的一端。在其他实施例中，芯粒200的纵截面为圆台形、圆锥形等，本公开对此不做限制。
91.步骤402：提供驱动面板100，驱动面板100的一面具有三种尺寸的孔位1100，一种尺寸的孔位1100对应一种尺寸的芯粒200。
92.参见图4，在本实施例中，孔位1100的纵截面为与芯粒200相对应的梯形，且梯形的上底对应孔位1100的孔底。在其他实施例中，孔位1100的纵截面还能够是其他形状，与芯粒200对应即可。
93.需要说明的是，孔位1100的内轮廓与芯粒200的外轮廓形状基本相同，区别在于，孔位1100的内轮廓略大于对应的芯粒200的外轮廓，以便于芯粒200进入孔位1100内。示例性地，孔位1100的内轮廓略大于对应的芯粒200的外轮廓6～9％。
94.步骤403：将驱动面板100放置在基座10的支撑面110，且孔位1100所处的一面背离基座10。
95.在上述实现方式中，将驱动面板100放置在限位件160围成的空间内，并通过限位件160实现驱动面板100在支撑面110上的锁止。
96.步骤404：将芯粒转移装置浸泡在转移液300内。
97.在上述实现方式中，转移液300具有低电导率(σ＜0.1ms/cm)、无腐蚀性、易后道清洗、透明的特点。
98.步骤405：通过光镊组件30，驱动输料组件20输出的芯粒200进入对应的孔位1100中，并通过电磁线圈120将芯粒200吸附在对应的孔位1100中，从而实现芯粒200的巨量转移。
99.除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
100.以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。