通过多重同时转移与粘接实现微型 LED 异构集成

为何微小新光源很重要

电视、智能手表和虚拟现实头戴设备越来越依赖称为微型 LED 的微小光源，以实现更明亮、更清晰且更节能的屏幕。然而，制造这些显示器一直进展缓慢且成本高昂，主要原因是很难将数百万个微观光电芯片转移并连接到控制它们的电子器件上。本研究提出了一种快速且可靠地将多种微型 LED 转移并附着到同一显示面板的新方法，这有助于将高质量的全彩微型 LED 屏幕带入日常产品。

一种新的芯片搬运与粘接方式

研究人员开发了一种称为多重同时转移与粘接（SITRAB）的工艺，该工艺在单一步骤中同时完成芯片的转移与电连接。首先，在已布置好微小金属焊球的显示背板上层压一层特制粘合剂薄膜。装在透明类橡胶载体上的微型 LED 阵列被精确对齐到对应的电极上。当红外激光穿透载体照射数秒，同时施加轻微压力，热量会激活粘合剂并熔化焊料，使每个芯片牢固粘接并与下方面板电性连接。抬起载体后，芯片按精确图案保留在显示器上。

可重复使用的粘合剂

微型 LED 制造中的一项关键挑战是，大多数粘接材料在一次加热后会永久固化，阻止日后追加芯片或修复故障。SITRAB 所用粘合剂有所不同。它由环氧树脂、羧酸和基于咪唑的催化剂混合制成，能够清洁焊料表面、流入间隙并保护接头，同时能耐受多次激光照射。通过化学分析，团队显示出该粘合剂的主要活性基团即使在六次激光照射后仍然保持完整，表明其焊接能力得以保留。只有在更高温度的传统烘箱中烘烤时，这些基团才会完全固化，因此这一工艺窗口可以被精确控制。

清晰的图像与稳固的连接

为了检验该方法在真实器件中的效果，团队将来自不同半导体结构的红、绿、蓝微型 LED 转移到玻璃与硅背板上。显微图像显示，芯片的金垫与面板上的铟基凸点之间形成了密集且成形良好的焊点，粘合剂整齐地填充周围空间，像一层隐形的缓冲垫。电学测量显示，LED 的电流—电压特性在转移后几乎没有变化，灯在远高于典型显示所需电流的工作水平下仍能平稳运行。光学测试证实了明亮的红、绿、蓝发光，覆盖的色域超过标准电视格式的要求，并且器件在高温、高湿以及热循环测试后仍保持性能。

构建更大面板与修复缺陷

由于 SITRAB 可在同一粘合剂层上重复进行，便可以模块化组装显示器并修复缺陷。作者演示了将四个独立的 15 x 15 微型 LED 阵列“缝合”到一个背板上，形成更大的 30 x 30 像素区域，并将此扩展到一块六英寸面板上的数百像素。他们还在每个像素中设计了额外的修复电极。在从部分有缺陷的源阵列初次转移后，识别出暗点，然后通过额外的 SITRAB 步骤将备用 LED 放置到修复焊盘上，显著将工作像素产率从约 83% 提升到近 99.8%，而无需移除任何原有芯片。

由混合零件实现的全彩显示

最后，研究人员通过多次 SITRAB 步骤，将来自三个不同载体的红、绿、蓝微型 LED 添加到同一玻璃背板上，组装成全彩像素。尽管芯片厚度存在轻微差异，该工艺仍保持了精确对位，使每个像素内的三个彩色子像素彼此相距仅数十微米。横截面成像显示所有颜色均有干净的焊点，当三色同时驱动时，组合阵列可以在适合早期微型 LED 面板的分辨率上显示白光与全彩图案。这一概念验证表明，制造商未来可以在单一面板上混合使用不同材料、尺寸与功能的微型 LED。

这对未来屏幕意味着什么

通俗来说，这项工作提供了一种更灵活、可修复且可扩展的方式来构建下一代显示器所需的微型光源。通过使用一种能在多次粘接周期中保持活性的激光友好粘合剂，SITRAB 方法使工程师能够将小型 LED 模块拼接成更大屏幕、更换坏像素，并在不重做粘接层的情况下将来自不同来源的红、绿、蓝芯片组合在一起。尽管要达到手机与手表屏幕的分辨率仍需进一步开发，该方法已解决了微型 LED 制造中的若干实际瓶颈，并且还可适配于其他发光器件，例如基于量子点的发光体和有机 LED。

引用: Joo, J., Choi, GM., Lee, C. et al. Heterogeneous integration of micro-LEDs via multiple simultaneous transfer and bonding. Microsyst Nanoeng 12, 170 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01304-2

关键词: 微型 LED 显示器, 激光粘接, 粘合互连, 显示器修复, 全彩像素