基于弹性印章的微型LED转移控制系统研究

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近年来,微型发光二极管(Micro-LED)在微型显示、可见光通信、生物医疗和穿戴设备等领域,受到了广泛关注。相比于液晶显示(LCD)和有机发光显示(OLED),Micro-LED显示具有很多独特的优势,如优良的光特性(如对比度、色度和亮度)、响应速度快、功率高能耗低、使用寿命长。然而巨量转移技术已经成为了 Micro-LED显示商业化的瓶颈,阻碍着Micro-LEDs的量产。微型LED芯片巨量转移是指一次将大规模的微米级别的LED芯片(上万甚至几十万颗)从源基底精准高效地转移到目标基底上。当前巨量转移的技术难点是实现微米级别精度、高良率、高效率和低成本的要求。弹性印章转移是指利用弹性印章将微器件从源基底拾取,然后释放到目标基底的对应位置,可以通过调控弹性印章与微器件界面的能量释放率来实现微器件的拾取与释放。弹性印章转移具有可靠性好、产能高和成功率高等特点,且设备成本相对较低,已经成为当前主流的巨量转移技术之一。弹性印章转移过程分为拾取阶段和释放阶段,当前大多数研究集中在优化释放阶段,而对影响拾取结果的特征信号研究较少。为了探究特征信号对拾取结果的影响,优化转移过程,本文设计搭建了基于弹性印章的微型LED转移控制系统,包括硬件部分和操作软件部分,成功实现了微型LED的转移。并且提出了基于支持向量机(SVM)的拾取优化方案,用来对拾取过程中的特征信号与对应的拾取结果进行分类和预测。基于弹性印章的微型LED转移控制系统能够实现微米级别的定位精度,此SVM模型分类效果优良、预测准确率高。本文具体包括以下内容:1、主要介绍巨量转移技术对Micro-LED显示产业化及商业化的影响,分析了微型LED巨量转移的不同方法,如静电转移、激光辅助转移、卷轴转移、流体自组装和弹性印章转移,并对它们的原理、优缺点及应用的局限性进行了评述。2、设计搭建了基于弹性印章的微型LED转移控制系统,分析稳定性能系统需要考虑的因素,如稳定的结构平台、设备和定位精度、实时反馈、微力控制、I/O操作、人机交互操作控制等。设计搭建了转移控制系统的硬件部分。并基于Delphi 7编写了相应的操作软件了。整个硬件部分由运动轴单元、机器视觉单元和压力传感器单元组成,运动轴单元包括水平面的XY轴、竖直方向的Z轴、旋转台、运动控制器等,定位精度可以达到0.625μm,机器视觉单元由光学相机、点光源、恒流控制器和远心显微镜头组成,压力传感器包括压力传感器和显示仪表,精度可以达到lmg。控制软件分为运动控制模块、图像处理模块以及压力采集模块。通过硬件单元以及控制软件的协同合作,进行弹性印章与微型LED芯片的对位、拾取和释放,从而实现弹性印章的微型LED的精准转移和自动化转移,并介绍了微型LED芯片拾取的具体流程。3、提出一个基于SVM的弹性印章巨量转移优化方案,用来对拾取过程中的特征信号与对应的拾取结果进行分类和预测。在拾取阶段,两类特征信号,弹性印章与源基底之间的剥离速度和压力,决定着是否能够将微型LED芯片从源基底剥离,粘附到弹性印章下表面的柱子上。通过进行数百次的拾取试验,用运动控制器和压力传感器分别采集剥离速度和弹性印章与源基底之间的压力,并且记录对应的拾取结果。将数据样本随机分为训练集和测试集,用训练集建立SVM模型,使用粒子群优化(PSO)算法对SVM模型的惩罚因子C和RBF核函数参数γ进行优化,得到最优值分别为27和1。将测试集带入到此SVM模型中,可得到85%的分类预测准确率,这表明此模型具有一定可靠性,可以用来对转移过程中的剥离速度和压力进行调控,来优化转移过程,用于改进后续转移的良率和效率。
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