研究人員開發能夠實現廉價大規模生產微型 LED 顯示器的方法
概述
研究人員開發了一種連續滾壓印刷技術，能夠在一次滾動中高精度地轉移超過 75,000 個微米級半導體器件。這一方法為大規模生產光學元件陣列鋪平了道路，並能夠快速製造微型 LED 顯示器。微型 LED 顯示技術因其高速、高解析度以及低功耗的高精度顯色而受到極大關注。這種顯示器可以應用於各種格式，包括智慧手機螢幕、虛擬現實和擴增現實裝置以及數米寬的大型顯示屏。對於大尺寸的微型 LED 顯示器來說將數百萬個微小的 LED（有時比一粒細沙還要小）整合到電子控制背板上帶來了巨大的挑戰。
研究意義和方法
英國斯特拉斯克萊德大學的研究團隊負責人 Eleni Margariti 表示：“將微米級半導體器件從其原生基板轉移到各種接收平臺是一個國際性學術研究團體和產業界共同努力解決的挑戰。”他們的滾壓印刷技術可以以小於 1 微米的精度匹配設計的器件佈局，而且該設定的成本低廉且簡單，可以在資源有限的地方建製。
該方法首先將一個微米級器件陣列松散地粘在其原始基板上，然後將一個具有稍微黏性的矽膠聚合膜的圓筒表面滾卷在懸浮的器件陣列上，使矽膠與半導體之間的黏合力將器件從其原生基板上脫離出來，並排列在圓筒鼓上。由於印刷過程是連續進行的，可以同時印刷多個器件，這對於大規模生產非常高效。
卓越的印刷精度
Margariti 解釋說：“透過仔細選擇矽膠和接收基板表面的特性以及滾動過程的速度和力學特性，可以成功地將器件滾動並放置在接收基板上，同時保留其在原始基板上的模式。”他們還開發了一種自定義分析方法，可以在幾分鐘內對印刷樣品進行缺陷掃描，並提供印刷產量和定位精度的資料。
研究團隊在矽基（GaN/Si）半導體結構上測試了這種方法。氮化鎵是用於微型 LED 顯示器的主要半導體技術，而使用矽基材料可以將器件製備成懸浮結構，以便被滾筒吸附。他們能夠以微米以下的空間精度，在超過 76,000 個個別元件的陣列中轉移超過 99％的器件，並且沒有顯著的旋轉誤差。
未來展望和應用
研究人員當前正在努力進一步提高印刷過程的精度，同時擴大一次性轉移的器件數量。他們還計劃測試該方法將不同型別的器件結合到同一接收平臺上，並確保是否可以在接收平臺上的特定位置進行列印。
這項研究的結果對於微型 LED 顯示器的大規模生產具有重大意義，因為它提供了一種可行的、高效的佈局方法，能夠以相對低成本製造大規模的微米級半導體器件陣列。此外該印刷技術還具有廣泛的應用前景，可以用於其他型別的器件，例如矽基和印刷電子元件（如電晶體、感測器和天線），用於柔性和可穿戴電子產品、智慧包裝和射頻識別標籤。它還可以用於製造光伏產品以及生物醫學應用，如藥物傳遞系統、生物感測器和組織工程。
整體而言，這項研究為微型 LED 顯示器的製造技術帶來了重要突破，並為來自學術界和產業界的研究人員提供了一個具有巨大應用潛力的新方法。
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