• このページでは、マイクロLEDディスプレイに関するOpen Access可能な論文についてレビューをしています。もしレビューして欲しい論文があれば、メールでお知らせ下さい。クローズドな論文は個別に有償で対応させて頂きます。オープンな論文については、無償で対応した上で、このサイト上でレビューを公開致します。
  • This page reviews open access papers related to micro LED display. If there is a paper you would like us to review, please let us know by email. Closed papers will be reviewed on an individual basis for a fee. Open papers will be reviewed free of charge and will be published on this site.

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No. 1 :

  • Title：Mass transfer strategies for MicroLED chip assembly: pick-and-place techniques and fluidic self-assembly methods
  • URL : https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19475411.2025.2500026
  • Authors : Jinsheng Zhao, et al.
  • Affiliation : The Hong Kong Polytechnic University (Hong Kong)
  • Citation : International Journal of Smart and Nano Materials, Vol. 15 (2025)
  • Keywords : Overall Review of Micro Assembly technologies
  • Summary : MicroLEDチップの物質転写技術について、Pick & Place (P&P) 技術と流体自己組織化法の2つの主要カテゴリーに分類し、動作メカニズムと利点・欠点を分析
  • Main Cotent : Micro LED Displayの実装方式について、Pick & Place (P&P) とFluidic Self -Assembly (FSA) の2つの方向性に分けて、それぞれに属する論文群を著者らの視点でレビュー。言及しているのは、主に以下の手法についての説明と解説
    • P&P系：粘着性Stamp (イリノイ大、他)、ロール転写、レーザ転写とP&Pの複合、Blister転写、熱変形型Stamp (レーザアシスト)、形状記憶ポリマー型Stamp (レーザアシスト)、静電アシストP&P、電磁アシストP&P、真空P&P、マイクロ真空支援選択転写、等
    • FSA系：重力型 (eLux、等)、毛細管力型 (溶液を介するSelf-Alignment、等)、誘電泳動型 (Nano-lod、等)
  • My Comments : Micro LED Displayの実装において、これほどまでの網羅的なレビューは他に類を見ない。その点で、非常に有意義なレビュー論文である。内容に関して言えば、レーザー支援型P&P、FSAの総括コメントは大きく外れておらず、各種手法も網羅されている。しかし、私企業の取り組み手法や実力が考慮されていないため、実用性に欠ける改善提案が多い。その結果、やや残念な結論となっている。
  • Remarks : より新しいXerox PARCのFSA手法は未掲載
  • Five-Grade Evaluation : * * *

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No. 2 :

  • Title：MicroLED Mass Transfer - A Future Proof UV Laser Based Process
  • URL : https://www.researchgate.net/publication/360186989_Micro-LED_Mass_Transfer_-_A_Future_Proof_UV_Laser_Based_Process
  • Authors : Oliver Haupt, et al.
  • Affiliation : COHERENT LaserSystems GmbH&Co. (Germany)
  • Citation : IDW, VOL.28, FMC2-3 (2021)
  • Keywords : Laser-Induced Forward Transfer (LIFT)
  • Summary : 大規模マイクロLEDディスプレイの製造では、EPIウェハから基板への転写工程が課題となる。ここでは、高精度かつ高スループットなUV転写技術を紹介する
  • Main Cotent :
    • レーザ転写の要件：
      • レーザーリフトオフ (LLO) 工程は、EPIウェハからチップを剥離する工程。GaNのバンドギャップは3.3eV。波長248nmのエキシマレーザーの場合、そのバンドギャップは5eVであるため、 LLO工程に最適であるが、必要なエネルギー密度は最大1200mJ/cm² (実装基板への直接転写)。一方、一時的なキャリアを使用し、チップをPIなどの接着剤で一時的に固定した後、転写する場合 (レーザー誘起フォワード転写, LIFT)、そのネルギー密度の最大は、300mJ/cm²。この場合、広いフィールドサイズを実現するのに最適な技術
    • マストランスファー：同一レーザーパルスで、複数チップの転写を行うが、同時転写数が多いほどスループットが大幅に向上。この場合、全てのダイは、正確な着地位置に、損傷なく正確に転写される必要有り
    • 必要とされるレーザ条件 (ビームプロファイル条件)：
      • トップハットビーム (フラットトップ・ビーム) が必須：正確な着地位置に、損傷なく転写するための前提
      • エキシマレーザーで提供できる縮小結像光学系はトップハットを実現し、かつ、石英マスクの使用が可能
    • 縮小率は1/2.5または1/5。また、トップハットビーム内では、エネルギー密度はどの位置でも均一
    • Steepnessはフラットトップの外周部分のエネルギー急峻性を示す指標 (エネルギー10%, 90%で規定)
  • コヒレント社のエキシマレーザーの製品例 : ガウス分布のレーザービームプロファイルと比較し、より高いビーム強度均一性、より狭いSteepnessを獲得
    • ビーム寸法(X, Y)：43µm x 69µm (おそらく、マスクで規定した1チップに対する照射サイズ)
    • ビーム強度均一性：短軸側 (SA; 1 σ) 2.6%、長軸側 (LA; 1σ) 1.9%
    • エッジの急峻さ (Steepness)：左 (10/90) 3µm、右 (90/10) 3µm
    • また、コヒレント社のエキシマレーザーの製品例では、1パルスあたり1ジュールの248nmエキシマレーザーでは、一次元 (ラインビーム) で20mm以上のビームサイズを実現可能。ラインビームの他、正方形、長方形の形成も可能
  • マストランスファー時のスループット見積もり例：Pixel Pitch 400mm、20mm x 20mmフィールドの場合、レーザショットあたり、50 x 50 = 2500個の一括転写が可能
    • 繰り返し周波数が10Hzの場合、25,000個/秒、すなわち、9,000万個/時のチップ転写が可能 (4K TVの場合、総画素数は約2,500万個)
    • 繰り返し周波数が50Hzなら、4億5,000万チップ/時となり、現在提案されている実装法の中では、最も高速
  • My Comments : レーザー転写の高速実装性を示唆した論文である。発表者の所属が、エキシマレーザーの主要ベンダーであるコヒレント社であるためか、実際のデータはビーム性能のそれに留まり、転写時の実装精度、スループット、いずれも見込みを示すに留まっている。ただし、それらの値は、ステージの静定時間や送り時間、Load／Unload時間等、いわゆるダウンタイムが全く考慮されていないため、「4億5,000万チップ/時 @ Repetition Rate 50Hz」などと、非現実的な値を示している。マイクロLED Displayの実装においては、レーザー転写を用いた実装方法がある種のデファクトスタンダードとなっていると推察するが、論文の形で正確な数字が出てくることがほぼない。従って、実際の実力がどの程度かが不明である。ダウンタイムを加味した実質的な実装時間、設備費用、レーザー転写と組み合わせる周辺技術、周辺設備に関わる費用、等、トータルで議論して初めてその有意差が議論できると考えられる。
  • Remarks :
  • Five-Grade Evaluation : *

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No. 3 :

  • Title：A prototype printer for laser driven micro-transfer printing
  • URL : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S152661251200076X
  • Authors : Reza Saeidpourazar, et al.
  • Affiliation : Brooks Automation, Inc. (USA)
  • Citation : Journal of Manufacturing Processes 14, p.416–424 (2012)
  • Keywords : Elastomeric Stamp, Laser-Induced Forward Transfer (LIFT)
  • Summary : レーザーマイクロ転写印刷 (LmTP) という新しい印刷方式を提案。レーザーでスタンプからインクを剥離し、レシーバー基板に転写する熱機械的剥離プロセスを用いる。レシーバー基板の特性等に実質的に依存しないプロセスを実現し、実際に接着力の弱い表面、曲面、凹面、等への実装をデモンストレーションした。
  • Main Cotent :
    • プロセスの概要：
      • プロセスは、Pick & Placeのそれに準じ、Pickupまでは同じ。従来の機械的なPlace工程を用いず、レーザーを用いた工程を採用。具体的には、Stampでピックアップした微細構造物とStampの界面 (接触面) にレーザービームを照射し、Stamp材と微細構造物の熱膨張係数の違いを利用して、微細構造物をリリース、レシーバー基板へ転写する
      • 実験では、微細構造物を単結晶シリコン、StampをPDMSとする。それぞれの熱膨張係数 (CTE) は、2.6ppm/℃、310ppm/℃であり、CTEの違いは2桁程度。また、構造物とレシーバー基板の距離は、6~10um、照射するレーザーは、波長805nmのマイクロ秒パルスレーザーを選択
      • レーザー光はStampを透過し、微細構造物に吸収される。その結果、微細構造物が加熱され、Stampと微細構造物の界面付近の温度が上昇、それぞれの部材で熱膨張を引き起こす。CTEの大きな違いにより、Stamp側が大きく膨張し、これにより、Stampと微細構造物の接触面積が低下、微細構造物がStampからリリースされる。
    • 主なプロセスの特徴は、以下の3つ
      • 1) 250 ~ 300℃程度の低音プロセスであるため、微細構造物へのダメージが少ない
      • 2) Stampは、ドナー基板からの微細構造物のピックアップとレシーバー基板へのリリース、両方を達成可能に選択
      • 3) Stampは損傷を受けないため、Pick & Release (Place) のプロセスを繰り返し実行可能
    • レーザービーム要件：
      • Si-PDMS界面の接着エネルギー G：0.5 J/m2とした場合でも、対応する剥離温度は275～300℃
      • 計算によれば、微細構造物とStamp界面において、剥離と転写に必要なビーム出力は、2.25Wと算出。予備実験においても、剥離に必要なビーム電力が約2.5Wであることを確認
    • デモンストレーション実験 (実証実験)：
      • 100um × 100um × 3umのSi正方形の微細構造物を用い、パルス時間：4ms 、パワー：2.5Wの条件
      • デモンストレーション (4件)：シリコン表面にシリコンチップを印刷、シリコン正方形の多層構造印刷を実証、非平面表面へのインク印刷の実証、部分的な表面や凹面への印刷を実証 (棚状、梁状、そして内部の凹面への印刷)
    • 注意点：
      • 配置精度は、微細構造物上におけるビームの正確な中心配置など、いくつかのセットアップ要因に依存
      • プロセス変数にも依存するが、特に重要な変数は、Stampとレシーバー基板との距離 (スタンドオフ高さ条件)
        • パワー2.5W、4msパルスにおいて、スタンドオフ高さ5 ~ 300umで検証したところ、スタンドオフ高さ≦約20umにおいて、転送誤差は無視できるほど小さくなることを確認 (各スタンドオフ高さで5回繰り返して実施)
  • My Comments : Stampを用いたPick & PlaceのPlace部分をレーザ転写に置き換える実装提案である。元々、Pickup前のドナー基板作成においても、おそらくエキシマレーザを用いたLIFT方式のレーザ転写プロセスを用いると思われるが、本法でのPlace実装では、その仕様から考えて、半導体レーザの使用が推察される。プロセスとしては、ピックアップした状態のチップにレーザ照射を行うだけである (もちろん、ステージとの同期等、適切なシーケンス制御が別途必要)。これにより、チップ側に光吸収を担わせ、300℃程度までチップを昇温させる。そして、そのチップの発熱をPDMSの凸部に伝搬させることで、PDMSの膨張を誘発し、チップとStampの接触面積を下げることで、チップをリリースする。Stampによる通常のPlace実装に対する優位点として、段差実装や局面実装、あるいは粘着力差に乏しい面への実装等を挙げているが、ディスプレイ応用においては、特に必要な要件ではない。むしろ、用いるチップ材料毎に光吸収の様子が異なり、また、照射エネルギーの適正範囲も変わってくるので、本法固有の細かな条件出しが必要となるだろう。おそらく、ディスプレイ応用においては、通常のStamp実装によるPlaceの方が、よほどロバストな実装条件が得られると推察する。イリノイ大学のSrtamp実装成果の派生研究と思われ、また、研究としては面白い内容だが、実用上は、ややトリッキーな印象は拭えない。
  • Remarks :
  • Five-Grade Evaluation : **

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No. 4 :

  • Title：Development of fin-LEDs for next-generation inorganic displays using face-selective dielectrophoretic assembly
  • URL : https://www.nature.com/articles/s41467-024-53965-0
  • Authors : SeungJe Lee, et al.
  • Affiliation : Kookmin University (Republic of Korea)
  • Citation : Nature Communications (2024) 15:9536
  • Keywords : Nanorod LED, Fluidic Self-Assembly, Dielectrophoresis
  • Summary : 次世代無機ディスプレイ向け高輝度n型発光ダイオード (Fin-LED)を提案。面選択的誘電泳動組立技術により、高輝度と高光抽出効率を実現
  • Main Cotent :
    • Nanorod LEDの課題とMicro LED Displayの高コスト克服のため、Fin-LEDを提案
    • Fin-LED：Verticalタイプの電極構造を持つ薄い板状のLED
    • Nanorod LEDと比較して、MQWの体積が約８倍となり、光強度を大幅に改善
      • 外部量子効率 (EQE)：9.1% @ 5V & 448nm、ピーク輝度：8640 cd/m2
    • 配光特性：ランバーシアン (これも過去のNanorod LEDよりも大きく改善)
    • 実装結果：
      • 特定周波数で正のDEPを起こし、短冊状の2つの電極間にLEDが自己整列
      • P-GaN面、側面、N-GaN面、いずれでも整列。P-GaN面を短冊電極側に反転させるため、P-GaN面にITO、Fin-LED側壁にSiO2をそれぞれ成膜。これにより回転トルクが増加し、P-GaN面の選択性が大きく向上
      • 溶液条件：アセトン中、電圧20Vp-p、印加周波数101~102kHzで面選択性が最大となることを確認
      • 歩留まり：
        • ピクセルの組み立て率：99.93% (実装用の電極間に着座したLEDチップの着座率)
        • 所定のLED面の選択率：91.3% (結局、これが実装率)
  • My Comments : Nanorod-LEDを用いたDEP実装は、既存の液晶パネル製造インフラを活用できるため、新規工程はインクジェットによるMicro LEDチップ供給とDEP実装のみで、設備投資も抑えられる。Fin-LEDによるDEP実装は、Nanorod-LEDの利点を活かし、かつ、ランバーシアン配光特性により視野角偏差を改善する。Nanorod-LEDは画素あたり30～50個のLEDが必要で画質が劣化していたが、Fin-LEDは輝度向上により画素あたり5個以下に改善可能。Fin-LEDを用いたDEP実装の歩留まりは91.3%にとどまり、リペア数が21.6万チップに上るため、現状では実用性に乏しい。改善策として、N-GaN面への対策と側面への誘電率対策が必要だが、現状では悲観的になる必要はないが、続報が待たれる。
  • Remarks : Kookmin University：Nanorod-LEDを用いた誘電泳動 (DEP) 実装の先駆者の1つ。また、Samsung Display (SDC) との協業でも有名
  • Five-Grade Evaluation : ***

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No. 5 :

  • Title：Xerographic MicroAssembly Printer for LEDs and Beyond
  • URL : https://sid.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/sdtp.12928
  • Authors : Eugene M. Chow, et al.
  • Affiliation : PARC, Xerox (U.S.A.)
  • Citation : Society for Information Display (SID), Digest, 25-4, P.349-352 (2019)
  • Keywords : Fluidic Self-Assembly, Dielectrophoresis
  • Summary : マイクロLED向けに、決定論的かつ超並列な選別・組立・搬送システムを構築。このシステムでは、プログラム可能な指向性静電組立・搬送を採用。小型チップ (10um~500um) に対し、位置合わせ精度 <1um、<1°、異なるチップ群の同時実装、そして1インチあたり162個のチップレットの実装を実現
  • Main Cotent :
    • 実装手法：
      • 粒子の運動と移動をより精密にソフトウェアによって制御し、液体中に置かれたチップレット群から、プリンタのようなプロセスでデジタル製造を可能にする、新しいマイクロアセンブリ手法
        • 動的な電界パターンを生成しながら個々のチップの動きを能動的にコンピュータ制御し、所定の配列に並べた後、最終基板に転写実装するコンセプト。主な主題はコンピュータ制御による所定配列部分
        • 実装基板上にランダムに配置されたチップレットをカメラで観察し、配列対象のチップレットを決定の上、同チップレットを所定の位置に移動、配列させる
        • インターポーザー上に配されたフォトトランジスタアレイに対して、MEMSベースのプロジェクタによる光照射により、任意のアドレスを指定する (本文からは読み取りづらく、推察)
        • 実際のチップレット移動は、インターポーザ上、10 ~ 100V駆動で誘電泳動、電気泳動を誘起させて実施。そのため、インターポーザ上に誘電流体を配しておく (現状、配列ピッチは10umまたは50um)
        • チップレットの配列制御は２段階で行い、開ループアルゴリズムでチップ群を移動させた後、イメージングベースの閉ループ制御にて、配置位置を調整
    • 実装結果：
      • 108個の誘電体ビーズ (10umサイズ) をランダムな位置から規則的に再配置するのに15sec. (位置精度 1um)。配列時、全ての誘電体ビーズを並列に配置
      • ２種類の異なるビーズ (金属体、誘電体) を同時に操作し、チェッカーパターンを作成
      • 局所的な追加制御で、実装欠陥箇所に追加配置可能 (概念のみ記載)
      • 10um, 30um, 50umのシリコン・チップレットの選択的な配列実装デモ
      • Flip Chip型の市販のLED (200umサイズ) とシリコンチップダミーの選択的な配列実装デモ
      • ガラス基板上に配線パターンを形成し、上記のFlip-Chip LEDを実装、点灯 (接触のみで、未接続と推定)
  • My Comments : 　本法では、1チップ単位での実装制御が可能である。これは原理上、投入チップ数と実際の必要実装数が同じでも良いことを意味する。従来、どのFSA手法においても、本来の必要実装数に対し、数〜10倍程度のチップ投入を前提としていた。この点で、本法は他のFSA方式と比べて大きなアドバンテージを持つ。一方、従来のFSA手法では、この欠点を補うため、投入チップのリサイクル利用を前提としている。しかしながら、この過程において、チップの欠けや破損の発生リスクがあり、これもまた、課題の一つとなっている。この点でも本法はアドバンテージを持つ。
  • 　一方、この論文では仔細がわからないが、本法は、画像認識でチップを捕獲した上で誘電泳動による配列制御を行う手法である。そのため、2つの課題が懸念される。1つは、コンピューティング能力の肥大化、またもう1つは、光学系の大型化に対する限界である。筆者らが主張するように、Micro LED Displayへの適用を考える場合は、特に大きな困難となり得る。例えばTV用途の場合、2K TVでさえ、約621万チップの実装が必要となる (4K TVであれば、その４倍)。並列処理が可能とはいえ、莫大なコンピューティング能力を要することは簡単に想像できる。また、画像処理の際、どの程度の画角 (光学系) が確保できるのかも処理能力に大きな影響を与える。特にマイクロサイズのチップレットを扱う必要がある場合、光学分解能と広大な画角の両立は非常に難しい。これらの点をどのように解決できるかが、実用化に向けた課題と推察できる。
  • Remarks :
  • Five-Grade Evaluation : ***

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No. 6 :

  • Title：
  • URL :
  • Authors :
  • Affiliation :
  • Citation :
  • Keywords :
  • Summary :
  • Main Cotent :
  • My Comments :
  • Remarks :
  • Five-Grade Evaluation :

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No. 7 :

  • Title：
  • URL :
  • Authors :
  • Affiliation :
  • Citation :
  • Keywords :
  • Summary :
  • Main Cotent :
  • My Comments :
  • Remarks :
  • Five-Grade Evaluation :