CN103280505A - 发光二极管阵列的制作方法及发光二极管显示装置的制法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光二极管阵列的制作方法以及发光二极管显示装置的制作方法。发光二极管阵列的制作方法包括下列步骤。首先，提供第一基板与第二基板。于第一基板的第一表面形成无机发光材料，并于无机发光材料上形成透明导电层。将形成有无机发光材料的第一基板的第二表面与第二基板进行贴合。将至少部分的第一基板移除以形成多个下电极。将至少部分的无机发光材料移除以形成多个发光材料单元。将至少部分的透明导电层移除以形成多个上电极。各发光材料单元形成于对应的上电极与下电极之间，且各发光材料单元与对应的上电极与下电极形成发光二极管。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管阵列以及发光二极管显示装置的制作方法，尤其是涉及一种利用先于一基板的表面上生成无机发光材料，再将此基板与另一基板进行贴合以进行后续的图案化制作工艺而形成发光二极管的发光二极管阵列与发光二极管显示装置的制作方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode,LED)因具有环保特性、高光电转换效率、体积小、寿命长、波长固定与低发热等优点，已经广泛的运用于生活环境中。例如，大至城市中的大型显示看板、街道上的交通号志，小至电器开关指示灯、荧幕的背光源等，都可以看见逐渐由发光二极管取代传统光源的趋势。
目前LED在显示器方面的主要应用是用于液晶面板的背光模块，也就是用以提供所谓的白光光源。现行的LED白光光源一般以蓝色或紫外光LED搭配磷光材料来产生白光或是以三原色的LED进行混色来达到白光发光的效果。然而，上述的方式仍存在制作工艺困难与成本较高等问题待克服。此外，目前业界也有发表直接使用RGB LED构成显示像素的LED显示器，由于其中各种颜色的发光二极管分别制作完成后再通过取放(pick and place)方式镶嵌于基板上，故造成制作工艺繁琐、重工不易以及制作工艺设备成本过高等问题而不利于量产化。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种发光二极管阵列以及发光二极管显示装置的制作方法，利用先于一基板的表面上生成无机发光材料，再将此基板与另一基板进行贴合以进行后续的图案化制作工艺而形成发光二极管，由此达到简化制作工艺与降低生产成本的效果。
为达上述目的，本发明的一较佳实施例提供一种发光二极管阵列的制作方法，包括下列步骤。首先，提供第一基板与第二基板。于第一基板的第一表面形成无机发光材料，并于无机发光材料上形成透明导电层。将形成有无机发光材料的第一基板的第二表面与第二基板进行贴合。接着，将至少部分的第一基板移除以形成多个下电极，将至少部分的无机发光材料移除以形成多个发光材料单元，以及将至少部分的透明导电层移除以形成多个上电极。各发光材料单元形成于对应的上电极与下电极之间，且各发光材料单元与对应的上电极与下电极形成发光二极管。
为达上述目的，本发明的一较佳实施例提供一种发光二极管显示装置的制作方法，包括下列步骤。首先，提供第一基板与第二基板。于第一基板的第一表面形成无机发光材料，并于无机发光材料上形成透明导电层。将形成有无机发光材料的第一基板的第二表面与第二基板进行贴合。接着，将至少部分的第一基板移除以形成多个下电极，将至少部分的无机发光材料移除以形成多个发光材料单元，以及将至少部分的透明导电层移除以形成多个上电极。各发光材料单元形成于对应的上电极与下电极之间，且各发光材料单元与对应的上电极与下电极形成发光二极管。然后，形成多个彩色滤光单元，且各彩色滤光单元与至少一发光二极管互相对应。
附图说明
图1至图8绘示了本发明的较佳实施例的发光二极管阵列的制作方法的示意图；
图9绘示了本发明的较佳实施例的发光二极管阵列的上视示意图；
图10绘示了本发明的较佳实施例的发光二极管显示装置的制作方法的示意图。
符号说明
100 发光二极管阵列
110 第一基板
110A 第一表面
110B 第二表面
111 下电极
120 第二基板
130 无机发光材料
131 n型氮化镓纳米棒
132 氮化铟镓纳米盘
133 p型氮化镓纳米棒
134 阻挡层
139 发光材料单元
140 透明导电层
141 上电极
150 发光二极管
161 第一绝缘层
162 第二绝缘层
171 下电极导线
172 上电极导线
200 发光二极管显示装置
210 第三基板
220 彩色滤光单元
221 第一彩色滤光单元
222 第二彩色滤光单元
223 第三彩色滤光单元
230 粘合层
L1 第一色光
L2 第二色光
L3 第三色光
PX 像素区
V1 第一开口
V2 第二开口
X 第一方向
Y 第二方向
Z 垂直投影方向
具体实施方式
为使熟习本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
请参考图1至图9。图1至图8绘示了本发明的较佳实施例的发光二极管阵列的制作方法的示意图。图9绘示了本实施例的发光二极管阵列的上视示意图。为了方便说明，本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其详细的比例可依照设计的需求进行调整。本实施例提供一种发光二极管阵列的制作方法，包括下列步骤。首先，如图1所示，提供第一基板110，并于第一基板110的第一表面110A形成无机发光材料130。本实施例的第一基板110较佳可包括含重掺杂的N型硅基板，但本发明并不以此为限而也可视需要使用其他种类的导电基板、半导体基板以及非绝缘基板。无机发光材料130可包括氮化镓(gallium nitride,GaN)、氮化铟镓(indium gallium nitride,InGaN)或其他适合的无机发光材料。举例来说，本实施例的无机发光材料130较佳可包括多个n型氮化镓纳米棒(nanorod)131、多个p型氮化镓纳米棒133以及多个氮化铟镓纳米盘(nanodisk)132，且氮化铟镓纳米盘132形成于n型氮化镓纳米棒131与p型氮化镓纳米棒133之间。换句话说，n型氮化镓纳米棒131、氮化铟镓纳米盘132以及p型氮化镓纳米棒133较佳是沿垂直于第一基板110的垂直投影方向Z上依序堆叠形成于第一基板110的第一表面110A上，但并不以此为限。上述的n型氮化镓纳米棒131、p型氮化镓纳米棒133以及氮化铟镓纳米盘132较佳是以分子束外延(molecular beamepitaxy,MBE)方式形成于第一基板110上，但并不以此为限。各氮化铟镓纳米盘132可通过不同制作工艺温度形成，用以获得所需的搭配效果。此外，n型氮化镓纳米棒131与氮化铟镓纳米盘132之间、氮化铟镓纳米盘132与p型氮化镓纳米棒133之间以及各氮化铟镓纳米盘132之间也可视需要形成阻挡层134，而阻挡层134也可由氮化镓形成，但并不以此为限。
然后，如图2所示，于无机发光材料130上形成透明导电层140，并提供第二基板120，且将形成有无机发光材料130的第一基板110的第二表面110B与第二基板120进行贴合。第二表面110B相对于第一表面110A的另一表面。透明导电层140较佳可包括透明导电材料例如氧化铟锡(indium tinoxide,ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide,IZO)与氧化铝锌(aluminum zincoxide,AZO)或其他适合的透明导电材料。值得说明的是，本实施例的透明导电层140可视制作工艺搭配考虑于第一基板110与第二基板120进行贴合之前或之后形成。接着，如图3所示，将至少部分的透明导电层140以及无机发光材料130移除，以部分暴露出第一基板110。然后，如图3与图4所示，进一步将至少部分的透明导电层140移除以形成多个上电极141，将至少部分的无机发光材料130移除以形成多个发光材料单元139，以及将至少部分的第一基板110移除以形成多个下电极111，如此，可形成多个发光二极管150并定义出多个像素区PX。另请注意，上述的将部分的第一基板110、无机发光材料130以及透明导电层140移除的方式较佳可通过黄光光刻制作工艺与蚀刻制作工艺来进行，但并不以此为限。此外，考虑第一基板110、无机发光材料130以及透明导电层140依据其材料选择及蚀刻特性的不同，第一基板110、无机发光材料130以及透明导电层140可通过同一蚀刻制作工艺一起达到部分移除的效果或是也可视需要以多次不同的蚀刻制作工艺分别部分移除第一基板110、无机发光材料130以及透明导电层140。各发光材料单元139形成于对应的上电极141与下电极111之间，且各发光材料单元139与对应的上电极141与下电极111形成发光二极管150。换句话说，本实施例的发光二极管阵列的制作方法为利用蚀刻制作工艺形成下电极111后于第二基板120上定义出以阵列方式排列的多个像素区PX，且各发光二极管150形成于各像素区PX内。
如图5所示，本实施例的发光二极管阵列的制作方法还包括于各发光二极管150形成之后形成绝缘层于第二基板120上，覆盖发光二极管150与第二基板120。然后，将部分绝缘层移除以形成具有多个第一开口V1的第一绝缘层161，且各第一开口V1是部分暴露出各下电极111。接着，如图6所示，形成多条下电极导线171，且各下电极导线171通过第一开口V1与对应的下电极111电连接。然后，如图7所示，形成另一绝缘层于第二基板120上，覆盖第一绝缘层161与下电极导线171，并将部分绝缘层以及部分的第一绝缘层161移除以形成具有多个第二开口V2的第二绝缘层162。各第二开口V2同时贯穿第二绝缘层162与第一绝缘层161而部分暴露出各上电极141。之后，如图8所示，形成多条上电极导线172，且各上电极导线172通过第二开口V2与对应的上电极141电连接。通过上述各步骤可完成如图8所示的发光二极管阵列100。
如图8与图9所示，图9绘示发光二极管阵列的上视示意图，在本实施例的发光二极管阵列100中，下电极导线171较佳是沿第一方向X延伸，上电极导线172较佳是沿第二方向Y延伸，且第一方向X较佳是垂直于第二方向Y，但并不以此为限。第一绝缘层161与第二绝缘层162可各别包括无机材料例如氮化硅(silicon nitride)、氧化硅(silicon oxide)、氮氧化硅(siliconoxynitride)或氮掺杂碳化硅(nitrogen-doped silicon carbide,SiCN)、有机材料例如丙烯酸类树脂(acrylic resin)或其它适合的绝缘材料。下电极导线171与上电极导线172较佳可包括非透明导电材料例如银、铝、铜、镁或钼、透明导电材料例如氧化铟锡、氧化铟锌与氧化铝锌、上述材料的复合层或上述材料的合金，但并不以此为限。值得说明的是，本实施例的发光二极管150较佳是利用发光材料单元139中的n型氮化镓纳米棒131、氮化铟镓纳米盘132以及p型氮化镓纳米棒133的堆叠结构形成白光发光效果，但并不以此为限。此外，本实施例的发光二极管阵列100可视需要设置多个控制元件(图未示)以分别控制各发光二极管150的发光状况来达到主动阵列(active matrix)的驱动效果，但本发明并不以此为限而也可视需要以被动阵列(passive matrix)的方式驱动发光二极管阵列100。
请参考图10，并请一并参考图1至图8。图10绘示了本发明的较佳实施例的发光二极管显示装置及其制作方法的示意图。本实施例提供一种发光二极管显示装置的制作方法，包括下列步骤。首先，如图1至图4所示，提供第一基板110与第二基板120。于第一基板110的第一表面110A形成无机发光材料130，并于无机发光材料130上形成透明导电层140。将形成有无机发光材料130的第一基板110的第二表面110B与第二基板120进行贴合。将至少部分的第一基板110移除以形成多个下电极111，将至少部分的无机发光材料130移除以形成多个发光材料单元139，以及将至少部分的透明导电层140移除以形成多个上电极141。各发光材料单元139形成于对应的上电极141与下电极111之间，且各发光材料单元139与对应的上电极141与下电极111形成各发光二极管150于各像素区PX。接着，如图5至图8所示，依序形成第一绝缘层161、下电极导线171、第二绝缘层162以及上电极导线172，以形成如图8所示的发光二极管阵列100。关于发光二极管阵列100的制作方式各步骤的特征以及各部件的形成位置与材料特性已于上述内容中详述，故在此并不再赘述。
本实施例的发光二极管显示装置的制作方法于发光二极管阵列100形成之后，形成多个彩色滤光单元220，且各彩色滤光单元220与至少一发光二极管150互相对应，以形成如图10所示的发光二极管显示装置200。更明确地说，本实施例的发光二极管显示装置的制作方法可还包括提供第三基板210，且彩色滤光单元220形成于第三基板210上。如图10所示，本实施例的发光二极管显示装置的制作方法可还包括于第二基板120与第三基板210之间形成粘合层230，用以结合第二基板120与第三基板210，但本发明并不以上述方式为限，在本发明的其他较佳实施例中，也可将彩色滤光单元220直接形成于第二基板120上，形成一种彩色滤光阵列基板(color filter on array,COA)结构。在本实施例中，彩色滤光单元220可包括不同颜色例如分别为红色、绿色以及蓝色的第一彩色滤光单元221、第二彩色滤光单元222以及第三彩色滤光单元223相邻设置并分别对应不同的发光二极管150。发光二极管150所产生的光线穿过第一彩色滤光单元221、第二彩色滤光单元222以及第三彩色滤光单元223即可分别形成第一色光L1、第二色光L2以及第三色光L3。通过控制各发光二极管150所产生的光线大小即可使第一色光L1、第二色光L2以及第三色光L3形成不同的混色效果，进而可达到全彩显示的目的。值得说明的是，本实施例的发光二极管150可通过发光材料单元139中的n型氮化镓纳米棒131、氮化铟镓纳米盘132以及p型氮化镓纳米棒133的堆叠结构形成全可见光波段的白光发光效果，故可在搭配彩色滤光单元220的状况下提高发光二极管显示装置200的演色性与色彩饱和度。此外，相较于传统液晶显示器中的发光二极管背光模块，本实施例的发光二极管显示装置200由于并无液晶层以及偏光片等光学膜的设置，故各发光二极管150可以较低的电压驱动即可达到所需的亮度，进而可达到提高整体效能与节能省电的效果。
综上所述，本发明的发光二极管阵列以及发光二极管显示装置的制作方法是先于基板的表面上生成无机发光材料，再将此基板与另一基板进行贴合以进行后续的图案化制作工艺而形成发光二极管，由此达到简化制作工艺与降低生产成本的效果。此外，本发明的发光二极管阵列以及发光二极管显示装置的制作方法更利用n型氮化镓纳米棒、氮化铟镓纳米盘以及p型氮化镓纳米棒等无机发光材料的堆叠结构形成发光二极管，用于形成全可见光波段的白光发光效果，而可在搭配彩色滤光片的状况下提高发光二极管显示装置的演色性与色彩饱和度。
Claims (16)
1.一种发光二极管阵列的制作方法，包括：
提供一第一基板以及一第二基板；
于该第一基板的一第一表面形成一无机发光材料；
于该无机发光材料上形成一透明导电层；
将形成有该无机发光材料的该第一基板的一第二表面与该第二基板进行贴合；
将至少部分的该第一基板移除以形成多个下电极；
将至少部分的该无机发光材料移除以形成多个发光材料单元；以及
将至少部分的该透明导电层移除以形成多个上电极，其中各该发光材料单元形成于对应的该上电极与该下电极之间，且各该发光材料单元与对应的该上电极与该下电极形成一发光二极管。
2.如权利要求1所述的制作方法，还包括于该多个下电极形成后于该第二基板上定义出以一阵列方式排列的多个像素区，且各该发光二极管形成于各该像素区内。
3.如权利要求1所述的制作方法，还包括：
形成一图案化的第一绝缘层，覆盖该多个发光二极管与该第二基板，且该第一绝缘层具有多个第一开口，其中各该第一开口是部分暴露出各该下电极；
形成多条下电极导线，其中各该下电极导线通过该多个第一开口与对应的该多个下电极电连接；
形成一图案化的第二绝缘层，覆盖该第一绝缘层与该多个下电极导线，且该第二绝缘层具有多个第二开口，其中各该第二开口是部分暴露出各该上电极；以及
形成多条上电极导线，其中各该上电极导线通过该多个第二开口与对应的该多个上电极电连接。
4.如权利要求1所述的制作方法，其中该无机发光材料以一分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)方式形成于该第一基板上。
5.如权利要求1所述的制作方法，其中该第一基板包括含重掺杂的N型硅基板。
6.如权利要求1所述的制作方法，其中该无机发光材料包括氮化镓(gallium nitride,GaN)以及氮化铟镓(indium gallium nitride,InGaN)。
7.如权利要求1所述的制作方法，其中该无机发光材料包括至少一n型氮化镓纳米棒(nanorod)、至少一p型氮化镓纳米棒以及至少一氮化铟镓纳米盘(nanodisk)，且该氮化铟镓纳米盘形成于该n型氮化镓纳米棒与该p型氮化镓纳米棒之间。
8.一种发光二极管显示装置的制作方法，包括：
提供一第一基板以及一第二基板；
于该第一基板的一第一表面形成一无机发光材料；
于该无机发光材料上形成一透明导电层；
将形成有该无机发光材料的该第一基板的一第二表面与该第二基板进行贴合；
将至少部分的该第一基板移除以形成多个下电极；
将至少部分的该无机发光材料移除以形成多个发光材料单元；
将至少部分的该透明导电层移除以形成多个上电极，其中各该发光材料单元形成于对应的该上电极与该下电极之间，且各该发光材料单元与对应的该上电极与该下电极形成一发光二极管；以及
形成多个彩色滤光单元，其中各该彩色滤光单元与至少一该发光二极管互相对应。
9.如权利要求8所述的制作方法，还包括提供一第三基板，其中该多个彩色滤光单元形成于该第三基板上。
10.如权利要求9所述的制作方法，还包括于该第二基板与该第三基板之间形成一粘合层，用以结合该第二基板与该第三基板。
11.如权利要求8所述的制作方法，还包括于该多个下电极形成后于该第二基板上定义出以一阵列方式排列的多个像素区，且各该发光二极管形成于各该像素区内。
12.如权利要求8所述的制作方法，还包括：
形成一图案化的第一绝缘层，覆盖该多个发光二极管与该第二基板，且该第一绝缘层多个第一开口，其中各该第一开口是部分暴露出各该下电极；
形成多条下电极导线，其中各该下电极导线通过该多个第一开口与对应的该多个下电极电连接；
形成一图案化的第二绝缘层，覆盖该第一绝缘层与该多个下电极导线，且该第二绝缘层具有多个第二开口，其中各该第二开口是部分暴露出各该上电极；以及
形成多条上电极导线，其中各该上电极导线通过该多个第二开口与对应的该多个上电极电连接。
13.如权利要求8所述的制作方法，其中该无机发光材料以一分子束外延方式形成于该第一基板上。
14.如权利要求8所述的制作方法，其中该第一基板包括含重掺杂的N型硅基板。
15.如权利要求8所述的制作方法，其中该无机发光材料包括氮化镓以及氮化铟镓。
16.如权利要求8所述的制作方法，其中该无机发光材料包括至少一n型氮化镓纳米棒、至少一p型氮化镓纳米棒以及至少一氮化铟镓纳米盘，且该氮化铟镓纳米盘形成于该n型氮化镓纳米棒与该p型氮化镓纳米棒之间。
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