CN107833525B - 发光显示器的流体组装的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于制造发光显示器的流体组装方法。提供具有顶表面的发光基板，该顶表面中形成有多个井。每个井具有带有第一电接口的一底表面。同时提供发光元件的液体悬浮液。该悬浮液流过该发光基板而发光元件被捕获在所述井中。对发光基板进行退火使得每个发光元件与其对应的井的第一电接口之间形成电连接。在该基板或该发光元件上使用共晶焊料界面金属以及在热退火之前使用助熔剂都是可取的。所述发光元件可以是其顶面(靠近井的底表面)具有两个电接触部的表面贴装发光二极管(SMLED)。

Description

发光显示器的流体组装的系统和方法
技术领域
本发明总体涉及集成电路(IC)，尤其涉及用于制造发光显示器的流体组装方法。
背景技术
将微加工电子装置、光电装置和次系统自母基板/晶片向大面积且/或非常规的基板的流体转移为扩展电子和光电装置的应用范围提供了新的机会。例如，显示像素尺寸的发光二极管(LED)微结构，如棒、片、或盘，可以首先在小尺寸晶片上制造然后转移到大面板玻璃基板上以实现直接的发光显示。转移这些LED微结构的一种传统手段是通过捡取-放置工艺。然而，对于包含数百万个元件的显示器，这样的工艺可能需要几个小时才能完成，因此效率低。
电子装置，如LED和聚光太阳能电池，的流体自组装，经常通过在熔融焊料毛细管界面处表面能最小化来实现，使得在组装期间可以同时实现与电极的机械连接和电性连接，如美国第7,774,929号专利所述。在一方面，电子设备被捕获在形状匹配的井结构中，电性集成工艺跟随其后，如美国第6,316,278号专利所述。
常规的流体组装工艺尚待解决的一些问题，与大规模的分配方法、在大面积上将微组件集成至驱动电路、以及用于有缺陷的微型组件的修复的潜在结构有关。大规模的情况下，常规的流体组装到井中受到用于微组件捕获的最大速度和用于高速阵列组装的最小分配速度的双重要求的挑战。类似地，实现在超过厘米级的整体组装基板上高成品率所需的微组件分配方案和流速均匀性变得非常具有挑战性。
组装的微组件的集成主要通过对微组件的光蚀刻形成的电极沉积来实现，或者接近第一电极接触部作为组装方案的一部分的位置叠层第二电接触部。然而，由于基板表面上任何剩余微组件的污染，流体组装后的大基板的光蚀刻可能被抑制。叠层的顶部接触部未被证实出足够可靠的电性连接至用于显示应用的微组件。
最后，电激发微组件的缺陷检测是用于维修前检查的最可靠和有效的方法。具有顶部接触电极的组装的微组件至少部分地保持在一种绝缘基质中。任何涉及从该基质中去除缺陷微组件的修复是非常困难的。此外，被添加到阵列中以补偿有缺陷的微组件的任何类似的集成的微组件均要求重复电极接触工艺。虽然技术方面的解决办法可能存在，但预计它们将更昂贵，更耗时，更不可靠。
如果一种流体组装工艺可以被使用以具有最少的工艺步骤有效地将发光元件转移到显示器基板，这将是有利的。
发明内容
本发明揭露的流体组装和取向方法使用施加在各个微型组件上的高变量的局部应力。该高变量的应力导致速度的高变量，从而作为用于捕获的最大组装速度存在的范围，各个组件的速度可能低于该最大阈值并沉降到井中。高变量的第二个好处是在大型(米级)基板上的组件排布相对较快。一旦沉入井中，最大的应力为使组装的组件不会从正确的方向移开，而是错位的部件被移开。这提供了一种低成本且高速的组装方法，其实现预测组装速度达每小时超过5600万个微型组件。该组装方法是一种可以适用于任何数量的基板的通用方法，但是非常适合于具有有限表面形貌的低填充因子和高面积的阵列。
因此，提供了一种用于制造发光显示器的流体组装方法。该方法提供具有一个顶表面的一个发光基板，该顶表面上形成有多个井。每个井具有带有第一电接口的一个底表面，以及多个列走线和多个行走线形成的矩阵，所述多个列走线和多个行走线形成多个列/行交叉点。每个列/行交叉点与相应的一个井相关联。还提供了发光元件的一种液体悬浮液。该液体可以是例如乙醇、多元醇、酮、卤代烃或水。该方法将该悬浮液流过该发光基板的顶表面，而发光元件被捕获于所述多个井中。经对该发光基板进行退火，使得每个发光元件与与其对应的井的第一电接口之间电连接。该液体悬浮液可含有焊料助熔剂，或者焊剂助熔剂可以应用于一个在捕获发光元件于所述多个井中之前或之后且在基板退火之前的单独步骤中。附加的工艺步骤可以在选定的井上形成颜色改变机构和光扩散机构。
在该基板或该发光元件上使用共晶焊料界面金属以及在热退火之前使用助熔剂都是可取的。例如，二甲基氯化铵、二乙醇胺和甘油溶液可以溶解在异丙醇中。该溶液可用作组装流体(悬浮液)，也可以在通过清扫和蒸发除去组装流体后引入。
在一些方面，该发光元件是一个表面贴装发光二极管(SMLED)，其顶面上具有两个电接触部(SMLED顶面面向井，靠近井的底表面)。然后实现所述发光元件与井的第一电接口之间的电性连接，不需要形成覆盖金属层和附加导电走线，或在退火之后在基板上引线邦定(bonding)。否则，如果发光元件是垂直LED(具有一个电接触部在顶面和一个电接触部在底面)，则在退火之后可能需要额外的金属化步骤。通常，随着发光元件被捕获在多个井中，未捕获的发光元件被同时收集并重新配置以用于随后的发光显示器制造。
一方面，采用一个辅助机构被用于将发光元件分布在基板上。该辅助机构的一些示例包括刷子(旋转或非旋转)、刮水器、旋转圆筒、加压流体和机械振动(例如声学或超声波)。该辅助机构通过与悬浮液中的发光元件或发光基板的顶表面接触或配合而有助于发光元件在基板表面的分布。例如，假设该发光基板具有长度和宽度，该方法使悬浮液在该发光基板的顶表面沿该发光基板的长度的第一方向以第一速度流动。一个辅助机构刷，其具有一个转轴和一个至少等于发光基板的宽度的刷子长度，刷子长度沿跨越该发光基板的长度的第一方向平移。刷子平移的第一遍的同时，刷子旋转以产生第一速度的第一局部变量。一方面，该刷子旋转产生的第一局部变量大于第一速度。该方法还可进一步沿第一方向或其相反的方向上重复平移刷子，和刷子旋转可产生大于或小于第一速度的局部变量。该刷子可以以速度在120至300转/分钟(RPM)的范围内旋转，并且以速度在3至10厘米每秒(cm/s)的范围内在该发光基板的顶表面上平移。
在一个方面，所述表面贴装发光元件被制造为具有从底面延伸的柱，或垂直的发光元件被制造为具有从顶面延伸的柱。然后，当该液体悬浮液流过该基板的顶表面时发光元件移动，至少部分地是响应于在发光元件的柱上产生的扭矩。也许更重要的是，从底面延伸的柱可助于表面定向，并将发光元件的顶面直接覆盖在井的底表面上，所以这些柱有助于捕获发光元件于井中。
下面将提供上述方法的附加细节以及用于将不同形状的发光元件转移到发光基板的方法。
附图说明
图1是制备发光显示器的流体组装方法的流程图。
图2A和2B分别是例如可提供在图1的步骤102中的一个示例性发光基板的局部横截面和局部平面图。
图3是实施图1的步骤104至步骤108的各个方面的局部横截面图。
图4A和4B分别是示例性的表面贴装发光二极管(SMLED)的部分横截面图和平面图。
图5是一个示例性的刷子辅助机构的立体图。
图6是被具有柱的发光元件占据的发光基板的局部横截面图。
图7是制备发光显示器的流体组装方法的第一变更实施例的流程图。
图8是支持图7所示的方法的一个实施例版本的平面图。
图9是支持图7所示的方法的第二实施例版本的平面图。
图10是制备发光显示器的流体组装方法的第二变更实施例的流程图。
图11A和图11B分别是例如可提供于图1的步骤102中的第二示例性发光基板的局部横截面图和局部平面图。
图12A和图12B是呈现发光元件的柱在发光元件表面定向中的功能的局部横截面图。
图13A、图13B和图13C是呈现捕获速度在发光元件的流体组装上的影响的局部横截面图。
图14是呈现组装过程中流体组装悬浮液阻力对发光元件速度的影响的局部横截面图。
主要元件符号说明
Figure BDA0001397996330000051
Figure BDA0001397996330000061
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
图1是用于制造发光显示器的一种流体组装方法的流程图。尽管为了清楚起见，该方法被描述为具有编号次序的多个步骤，但编号并不一定决定步骤的次序。可以理解的，这些步骤中的一些可以被跳过，并行执行，或者执行而不要求维持严格的先后次序。然而，通常，该方法遵循所示步骤的数字顺序。该方法从步骤100开始。步骤102提供发光基板。
图2A和图2B分别是一个，例如可能提供在图1的步骤102中的，示例性发光基板的局部横截面图和局部平面图。该发光基板200具有一个顶表面202，以及形成于该顶表面202上的第一多个井204(如图所示的井204-0至204-2)。基本上，所述基板顶表面202为平坦的，且所述多个井204是唯一影响流体组装的表面形貌特征。每个井204包括一个具有第一电接口208的底表面206，第一电接口208可选择性地被焊接剂涂覆。图中示出了第一电接口208-0至208-2。该发光基板200通常是透明的，并且可以是包括玻璃基板及覆盖于该玻璃基板上的电介质材料的多层结构(图未示)，所述多个井形成于该电介质材料中。该发光基板200还包括一个具有多个列走线210和多个行走线212的矩阵，这些列走线210和行走线212形成多个列/行交叉点214。图中示出了行走线212-0至212-3和列/行交叉点214-0至214-3。每个列/行交叉点214和与其对应的井204相关联。例如，列/行交叉点214-0与井204-0相关联。列走线210和行走线212可以形成一个简单的被动型矩阵，以选择性地激发发光元件，或者如下面更详细地描述的作为用于相同目的的主动型矩阵的一部分。因此，本图中未示出列、行和电接口之间的互连的细节。
图11A和图11B分别是，例如可能提供至图1的步骤102中的，第二示例性发光基板的局部横截面图和局部平面图。在这方面，所述发光元件是如图4A和图4B详细所示的表面贴装发光二极管(SMLED)。如下面所阐述，所述SMLED在其顶面上形成有两个电接触部，该顶面为与井的底表面206对向的表面。因此，井的底表面206上形成有两个电接口，分别为第一电接口208-0至208-2和第二电接口209-0至209-2。在这方面，该发光基板200被形成为具有含列走线和行走线的被动型矩阵，以选择性地激发所述多个SMLED。如图所示，列走线210与井204-0至204-2的列中的第一电接口(208-0至208-2)连接，行走线212-0至212-2分别与井204-0至204-2的列中的第二电接口(209-0至209-2)连接。
回到图1，步骤104提供发光元件的一种液体悬浮液，并且步骤106将该悬浮液流过该发光基板的顶表面。步骤104中的液体可以是醇类、多元醇类、酮类、卤代烃类或水的多种类型中的一种。步骤108捕获发光元件于所述多个井中。一方面，步骤104提供包含助焊剂的发光元件的一种液体悬浮液。或者或另外的，捕获发光元件于所述多个井中(步骤108)之后并且对基板进行退火(步骤110)之前，步骤109a采用焊剂助熔剂填充已有发光元件进入的井中。
图3是实施图1的步骤104至108的各个方面的局部横截面图。液体悬浮液300含有发光元件302，其中的一些发光元件302被捕获于井204中，且具有至少一个发光元件第一电接触部304。图中还示出了发光元件第二电接触部306。接触部304和306均形成在发光元件302的顶面308上。同样地，在每个井的底表面206上形成有一个第二电接口310。
回到图1，步骤110对发光基板进行退火。由于退火，步骤112将每个发光元件和与其对应的井的第一电接口电性连接。如上所述，井的第一电接口可以被焊接剂所涂覆。或者或另外，发光元件上的一个电接触部或多个电接触部可以被焊接剂所涂覆。所述退火在足够高的温度下进行以熔化所使用的焊接剂。
在基板或发光元件上使用共晶焊料界面金属以及在热退火之前使用助熔剂均是必要的。使用原子浓度(at％)，Au28/Ge62焊料共晶体具有的熔点(MP)为361℃，而In49/Sn51焊料具有的熔点为120℃。纯铟的熔点为156℃，但其具有在无压力的情况下无法邦定(bonding)的缺点。助熔剂可以是溶解在异丙醇、有机酸、或松香型流体中的二甲基氯化铵、二乙醇胺、和甘油溶液。该溶液可用作组装流体(悬浮液)，或在通过清扫和蒸发除去组装流体后被引入。
图4A和是4B分别是呈现示例性的表面贴装发光二极管(SMLED)的局部横截面图和局部平面图。图3所示的发光元件，例如，可以是SMLED。该SMLED302包括具有n-掺杂剂或p-掺杂剂的第一半导体层402。第二半导体层404中含有未用于第一半导体层402中的掺杂剂。一个多量子阱(MQW)层406位于第一半导体层402和第二半导体层404之间。该MQW层406通常可以是图未示的一系列的量子阱层(代表性的，为5层，例如，图未示的交替设置的5nm的氮化铟镓(InGaN)和9nm的n掺杂GaN(n-GaN))。在该MQW层和p掺杂的半导体层之间还可设置有氮化铝镓(AlGaN)电子阻挡层(图未示)。外层可以是约200nm厚的p掺杂的GaN(Mg掺杂)。如果较高的铟含量使用在MQW中，则可以形成高亮度的蓝色LED或绿色LED。最实用的第一半导体层和第二半导体层的材料是能够发蓝色或绿色光的氮化镓(GaN)或能够发红光的铝镓铟磷(AlGaInP)。
一方面，该第一电接触部304设置为环形，且该第二半导体层404为圆盘形状，其边缘位于该第一电接触部304环的下方。该第二电接触部306形成在该第一电接触部304环边缘内，且该第一半导体层402和该MQW层406层叠于该第二电接触部306下方。在该第一电接触部304环边缘和该第二电接触部306之间形成一个壕沟，所述壕沟内填充有电绝缘体408。该SMLED的附加细节在由Schuele等人发明的题为“DISPLAY WITH SURFACE MOUNTEMMISIVE ELEMENT”的专利申请(申请号：15/410,001，申请日：2017/1/19)中有提供，此处该专利申请作为参考文献引用。有利地，如果使用SMLED，则在步骤112中的每个发光元件与第一电接口之间的电性连接可以无需形成覆盖金属层、附加导电走线、和退火之后对基板进行引线邦定，也无需在发光元件上施加外部压力而实现每个发光元件与第一电接口之间的电性连接。在所示的一个方面，该SMLED包括用于对准和定向的柱410。
更明确地，该步骤102提供具有井的发光基板，其中井的底表面上具有第一电接口和第二电接口。如果使用被动型矩阵(PM)，则该列走线和行走线被连接至该第一电接口和该第二电接口。如果使用主动型矩阵(AM)，则列走线和行走线用于启动与每个井相关联的驱动电路，其该驱动电路的输出端连接该第一电接口。在使用AM的情况下，该发光基板中的走线矩阵还将包括一个将直流电源连接到每个驱动电路的线。该发光基板还包括连接到每个井的第二电接口的电接口参考电压网络。该AM和PM实施的更多细节在母案专利申请15/410,001中有提供。
接着，步骤104提供含表面贴装发光元件(例如SMLED)的液体悬浮液，该表面贴装发光元件具有一个底面和一个顶面，且该顶面上形成有第一电接触部和第二电接触部。在步骤108中捕获发光元件于井中包括捕获每个表面贴装发光元件的顶面直接覆盖于相应的井的底表面。通过退火处理(步骤112)使每个发光元件的第一电接触部和与其对应井的第一电接口电连接，包括将每个表面贴装发光元件的第一电接触部和与其对应井的第一电接口电连接，以及将每个发光元件的第二电接触部和与其对应井的第二电接口电连接。
在一个不同的方面，该步骤104提供垂直发光元件的液体悬浮液，该垂直的发光元件包括具有第一电接触部的底面和具有第二电接触部的顶面。该步骤108捕获该发光元件的底面直接覆盖与其对应井的底表面，并且该步骤112将每个发光元件的第一电接触部和与其对应井的第一电接口电连接。在这方面，在将发光元件第一电接触部和与其对应井的第一电接口电连接的步骤112之后，步骤114形成覆盖该发光基板的顶表面上的参考电压界面层。如本领域中可理解的，这样的步骤可能需要在该基板的顶表面上沉积一层隔离层，并且蚀刻以开设贯穿该隔离层的接触孔，以使随后形成的参考电压界面层可以电连接至该第二电接触部。步骤116将每个垂直发光元件的第二电接触部与该参考电压界面层连接。例如，可以使用薄膜工艺以在该发光基板的顶表面上形成金属化互连。在使用垂直发光元件的被动型矩阵设计的情况下，列/行矩阵的一部分(例如，列线)可如所述以被提供在步骤102中，并且列/行矩阵的一部分(例如，行走线)被提供在步骤114中。
一方面，步骤107选择性地使用辅助机构用于分配发光元件。例如，该辅助机构可以是刷子(旋转的或非旋转的)、擦拭器、旋转圆筒、加压流体或机械振动。该“流体”可以是气体或液体。该机械振动的例子包括声波振动和超声波振动。然后，步骤108捕获发光元件，至少部分地，是由于辅助机构对悬浮液中发光元件的作用或对发光基板顶表面的作用。
图5是呈现一示例性刷子辅助机构的立体图。参考图1和图5所示，步骤102提供具有长度500和宽度502的一个发光基板200。步骤106提供在跨越发光基板200的长度500的第一方向504上具有第一速度的悬浮液。然后，步骤107使用一个刷子506，该刷子506具有转轴508和刷子长度510，该刷子长度510至少等于后续子步骤中的发光基板200的宽度502。步骤107a中，在第一遍中，该刷子长度510在第一方向平移跨越该发光基板200的长度500。一方面，步骤107a中刷子以速度在3至10厘米每秒(cm/s)的范围内平移。第一遍刷子平移的同时，步骤107b旋转刷子以产生第一速度中的第一局部变量。如图所示，第一局部变量是比第一速度更大的速度。或者，第一局部变量可以比第一速度更小的速度。一方面，步骤107b以120至300转每分钟(RPM)的速度旋转刷子。在一个实施例中，刷子在基板表面的线速度为35cm/s，并且在刷子推动悬浮液移动的前部出现低速捕获区域。
例如，作为辅助机构使用的圆柱形刷可具有50mm的外径，并且由75微米直径的尼龙或聚丙烯刷毛形成的多个3mm的毛簇组成，所述多个毛簇可排布为紧密堆积的螺旋图案或双向螺旋图案，中心点至中心点的毛簇间距为6mm。上面给出这些尺寸是为了说明一种圆柱形刷，其具有由非污染材料制成的精细的紧密堆积的刷毛，并且与微组件和载体流体都具有较佳的相互作用。
在一个具体示例中，刷子从基板的第一边缘开始。在第一步中，该刷子朝该基板的第二边缘移动，并逆时针旋转以增加局部变量。在第二步中，该刷子在与该第二边缘的短距离处停止，并且旋转反向为顺时针。在第三步中，刷子继续移动到该第二边缘，但随后反向朝该第一边缘移动，仍然保持顺时针旋转。在第四步中，该刷子在与该第一边缘的短距离处停止，并且反向旋转为逆时针转动。在第五步中，该刷子完成移动到第一边缘。可选地，可以重复上述步骤。
如果基板以一定角度倾斜设置，则第一速度的流速可以是被重力驱动的。流速也可能是振荡或脉冲。还应当理解的是，悬浮液中的发光元件的速度不一定与液体的速度相同。如本申请中的第一速度是指液体速度。
在一个方面，该液体悬浮液为在异丙醇中配置高浓度的2至8微米厚的多个LED，该LED直径或最大横截面尺寸为20至150微米。在基板表面上存在低厚度的异丙醇，并且具有尼龙或聚丙烯刷毛的水平轴刷接近基板表面旋转。该刷子在长度上与基板的一个尺寸相等以使平移跨过时刷子能够完全覆盖基板的表面。在平移时，旋转最初使得与液体悬浮液接触的刷毛的线速度与平移具有相同方向并具有较高的幅度。以这种方式，该刷子迫使跨越基板表面的发光元件汇聚。单个发光元件通常从其移动点迅速移动并以较大的初始速度(接近于刷子的线速度)行进，并且在再次沉降在表面之前自刷子移动一段距离。通常这种沉降使得其被组装到井中。
图13A至图13C是呈现捕获速度对发光元件的流体组装的影响的局部横截面图。当发光元件速度(VO)小于或等于临界捕获速度(VCRIT)，发光元件302移动得足够慢以被捕获于井204中。该临界捕获速度表现在用于发光元件接近捕获井位置、并结合流体动力学，发光元件和局部的基板形貌以及相对于井的初始元件位置等的初始条件中，其定义一个速度量级，大于该速度量级则发光元件不能被捕获，小于该速度量级则发光元件被捕获。一个决定性的因素是井侧壁和发光元件之间的相互作用是否在发光元件上提供阻力。这样，即使发光元件的主要部分下沉到了基板顶表面的平面之下，进一步的流体力将发光元件驱出井外如果发光元件引导侧壁边缘为完全在基板顶表面的平面上。相反，如果发光元件的前缘被井侧壁捕获，则其动量被转移到基板并且其可能沉降到井中。作用在发光元件上的固定的向下的力(不包括流体动力学的作用力)是与由在流体中产生的浮力相反的重力。因此，VCRIT由流体密度以及几何和初始条件来确定。
该临界捕获速度在二维图中示出，而实际上，发光元件行进的路径可能不会穿过井中心，并且因此包括移入或移出该二维图的组件。因为在接触较远的井侧壁之前的发光元件的下降决定了发光元件是否被捕获，并且途经中心的路径表示发光元件可以在不接触侧壁的情况下可以采取的最长路径，所以可以理解的是，需要明显降低的速度来捕获沿着井的偏心行进的发光元件。换句话说，临界捕获速度的大小被描述针对在井的中心上方行进的发光元件的，并且描述了组装的最大极限值(一级)。为了在实践中实现高产量，最小发光元件速度是显著低于此处描述的VCRIT。
图14是呈现组装过程中流体组装悬浮液阻力对发光元件速度的影响的局部横截面图。当载体流体速度(V)大于临界载体流体速度(VCRIT)，该刷子506可能将发光盘向上推动离开基板的表面202。如图所示，作用在发光元件302上的力也可能是刷子506的横向速度1400和刷子506的转速1402的函数。流体可能是湍流的，并且在一定程度上发光元件的移动独立于总体的流体流动(超出初始的刷子冲程)。通常，在刷子区域附近存在高密度的发光元件，然后发光元件在基板上向前分散，依靠流体流动并经历阻力，减速，并且最终在前进的刷子到达它们之前沉降在表面上并进入井中。因此，刷子的初始速度必然非常高，但发光元件302减速并稳定在低于VCRIT的速度，这是采用的刷子方法的主要优点。较高速度的刷毛会使定向不正确的发光盘脱落，并推动发光元件前高密度波浪于其前方，从而使他们有机会在刷子前方定位。刷毛速度(主要来自刷子转速)是通过用于定向发光盘的释放力窗选择，并且刷子的线性行进速度是通过液体中发光元件的沉降时间来选择。以这种方式，该组装方法将各个发光元件组装速度(其受VCRIT限制)自总体显示组件组装速度(其是快速的)相分离。
装配较少能通过一遍完成，因此通常需要进行多遍改变方向的平移和旋转。然而，平移和旋转不需要同时变向。为了节省基板表面上未组装部件的所占(即，不在井中)，旋转首先变向，同时刷子沿着与之前相同的方向平移，直到所有未组装的部件朝着组装区域被引回为止，此时刷子的平移方向也进行变换。
在一个方面，组装时的发光元件最大局部密度约为部件的0.3-0.8单层，以允许具有用于捕获的大量机会的沉降的空间。当发光元件被捕获时，期望补充位于移动中的刷子前面的未捕获(未对准)发光元件的数量和附加剂量的悬浮液流体。通过过量的组分可获得良好的结果，也就是说，在组装区域上方的液体悬浮液中的元件数量超过捕集点的数量至少为50％，以提高捕获产量并减少组装时间。在所有位置(井)被正确定向的发光元件占据之后，使用相同的刷涂工具但是使用不同的方案(例如，以统一的旋转方向将刷子平移到超过基板区域的程度)扫除多余的未组装的元件。扫除的元件被收集在储存器中用于再利用(步骤109a和109b)。
突出这种方法的一个因素是部件的电接触不会发生在组装期间或者在组装后仅通过沉积的金属实现，而是发生在超出该发光元件至基板交界面金属的共晶熔融温度的退火期间。虽然一些现有技术的方法在用于熔融焊料组装的水性悬浮液中包含助熔剂(如HCl)，但是该方法会逐渐溶解焊料接触部，使得与微组件的一致的电连接困难。本申请中使用的助熔剂的浓度最初足够低而不是腐蚀性的，但是在退火期间，残留的异丙醇首先挥发，然后甘油挥发。在每个步骤中，助熔剂的浓度增加，去除表面氧化物和污染物，以使金属表面干净便于邦定。与捡取-放置方法不同，该方法实现了良好的电接触，而不需要对部件接口施加任何的外部压力。
在一个方面，步骤106使发光元件在悬浮液中流动，在发光基板顶表面处发光元件具有比液体更高的体积百分比。在相关的变更实施例中，步骤106在0.3至0.8单层的范围内，通过产生悬浮液中的发光元件的最大局部密度，将悬浮液流过发光基板顶表面。
图6是被具有柱的发光元件占据的发光基板的局部横截面图。参考图1和图6，步骤104提供发光元件302的液体悬浮液，该发光元件302具有从表面602延伸的柱600。在本实施例中，该发光元件是表面贴装发光元件。步骤106流动液体悬浮液是通过移动发光元件横跨基板的顶表面的方式，至少部分地，是响应于该发光元件的柱600上产生的扭矩。进一步，捕获发光元件于井中(步骤108)可以包括通过发光元件的柱600，表面定向表面贴装发光元件顶面308直接覆盖井的底表面。
图12A和图12B是呈现在发光元件的表面定向上柱的功能的局部横截面图。在流体组装期间，液体流(由箭头1200指示)导致曳力穿过基板200的表面作用在发光元件302的柱600上。由于柱600从发光元件表面602延伸，所以曳力具有对面二极管的表面取向的不对称影响。特别地，曳力导致围绕旋转的固定转动点(例如，与基板200的表面接触的发光元件的边缘)的正力矩，其将倒置的发光元件302翻转成非倒置的取向。相反，由于液体流动导致的作用在非倒置的发光元件302上的曳力主要是由于周围柱600的扰动引起的，并且施加在发光元件302上的力导致负的净力矩。该负净力矩迫使发光元件的前缘(即，沿箭头1200的方向引导的边缘)向下并使发光元件在非倒置的方向稳定。
曳力的相似的不对称的影响发生在以非倒置的取向沉积在井204中的发光元件302(参见图12A)以及以倒置的取向沉积在井204中的发光元件302(参见图12B)之间。如图12A所示，由液体流引起的周围发光元件302的右下角的任何力矩被通过施加在表面602上的力抵消，导致负的净力矩趋于维持发光元件沉积在井204中。如图12B所示，当发光元件302在井204中反转时，表面602作为从液体流产生提升力的水翼，使得正的净力矩作用在围绕在发光元件302的与井204的一侧接触的右侧。这个正的净力矩倾向于使得发光元件302沿箭头1202所示的方向翻转，使得发光元件被驱出于井204外并且当液体流使发光元件朝另一个可能重新沉积的下游井移动时，可能成为非倒置的取向。
在一个方面，捕获发光元件于井中(步骤108)的同时，步骤109b收集未捕获的发光元件，并且步骤109c重新悬浮收集的发光元件以用于随后的发光显示器的制造。在另一方面，步骤118形成覆盖相应的多个发光元件的暴露的表面的多个颜色改变机构。或者或另外，步骤118形成覆盖相应的多个发光元件的多个光扩散机构。
如果发光元件具有两个底部接触部(例如SMLED)，退火(步骤110)是最后的处理步骤，可以节省颜色改变整合和钝化处理。如果如垂直的发光元件的情况下电极在相对的表面上，一个钝化层被沉积被在发光元件顶面接触部上并露出该接触部，且图案化的金属实现与发光元件的电性连接(步骤114和116)。
图7是制备发光显示器的流体组装方法的第一变更实施例的流程图。该方法从步骤700开始。步骤702提供一个具有一个顶表面的发光基板，该顶表面上形成有多个井。每个井包括具有第一电接口的底表面，并且该基板还包括由多个列走线和行走线形成的矩阵，多个列走线和行走线形成多个列/行交叉点。每个列/行交叉点和与其对应的井相关联。步骤704提供含有第一类型的发光元件的第一液体悬浮液。步骤706第一悬浮液流过发光基板的顶表面。步骤708捕获第一类型发光元件于井中。步骤710提供含有第二类型的发光元件的第二液体悬浮液。步骤712第二悬浮液流过发光基板的顶表面。步骤714进行发光基板的最终退火。通过最终退火，步骤716发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接。一方面，在第二悬浮液流动之前，步骤709进行初始退火以将已被捕获在井中的第一类型的发光元件与电接口电连接。制造方法的具体细节可以在前述图1的说明中找到，为了简洁起见，这里不再重复。一方面，捕获的第二类型的发光元件位于其中的井形成在步骤708之后且在步骤712之前。
一个方面，在步骤714中的最终退火之前，步骤713a提供含有第三类型的表面贴装发光元件的第三液体悬浮液。步骤713b第三悬浮液流过发光基板的顶表面。虽然没有示出，但步骤713b之后的一个附加步骤为可对第三类型的发光元件进行退火以使第三类型的发光元件与已捕获其的井的电接口连接。虽然未示出，但是该方法可以扩展为将任何数量的发光元件类型沉积在相应数量的不同悬浮液中。
图8是支持图7所示的方法的一个实施例版本的平面图。此处，步骤702提供具有多个具有第一直径806的圆形井804和多个具有第二直径802的圆形井800的发光基板，其中第二直径802小于第一直径806。然后，步骤704的第一液体悬浮液提供第一类型的发光元件盘812，该第一类型的发光元件盘812为具有大于第二直径802且小于第一直径806的第三直径814的圆形形状。步骤710提供含有第二类型的发光元件盘808的第二液体悬浮液，该第二类型的发光元件盘808为具有小于第二直径802的第四直径810的圆形形状。
图9是支持图7所示的方法的第二实施例版本的平面图。在这方面，步骤702提供发光基板，该发光基板具有具第一形状900的多个井和具第二形状902的多个井，该第二形状902与第一形状900不同。在该实施例中，该第一形状900是正方形，该第二形状902是圆形。然而，该方法不限于任何特定形状或形状的组合。步骤704提供含有第一种类型的发光元件的第一液体悬浮液，该第一种类型的发光元件具有第三形状904，第三形状904能够填充于第一形状井900中，但不能填充于第二形状井902中。步骤710提供含有第二种类型的发光元件的第二液体悬浮液，第二种类型的发光元件具有第四形状906，第四形状906能够填充于第二形状井902中。在一个方面，具有第四形状906的发光元件不能填充于第一形状井900中。
图10是制备发光显示器的流体组装方法的第二变更实施例的流程图。该方法从步骤1000开始。步骤1002提供一个发光基板，其具有一个顶表面、具有第一形状的多个井和具有不同于第一形状的第二形状的多个井。每个井包括一个具有第一电接口的底表面。步骤1002还提供多个列走线和多个行走线形成的矩阵，所述多个列走线和多个行走线形成多个列/行交叉点。每个列/行交叉点和与其对应的一个井相关联。步骤1004提供含有第一类型的发光元件的液体悬浮液，该第一类型的发光元件具有第三形状，第三形状能够填充于第一形状井中，但不能填充于第二形状井中。步骤1004的液体悬浮液也含有第二类型的发光元件，该第二类型的发光元件具有第四形状，第四形状能够填充于第二形状井中，但不能填充于第一形状井中。步骤1006悬浮液流过发光基板顶表面。步骤1008捕获第一类型的发光元件于第一形状井中并捕获第二类型的发光元件于第二形状井中。步骤1010对发光基板进行退火。通过退火，步骤1012将发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接。
本申请提供用于制造发光显示器的流体装配工艺。具体材料，尺寸和电路布局的示例已提供来说明本发明。然而，本发明不限于这些实施例。本领域技术人员将想到本发明的其它变型和实施例。

Claims (25)

1.一种用于制造发光显示器的流体组装方法，其特征在于：该方法包括：
提供发光基板，该发光基板具有顶表面以及多个列走线和多个行走线形成的矩阵，该顶表面上形成有多个井，每个井包括具有第一电接口的底表面，所述多个列走线和所述多个行走线形成多个行列交叉点，其中每个行列交叉点与相应的一个井相关联；
提供发光元件的液体悬浮液；
使该悬浮液流过该发光基板的顶表面；
捕获所述发光元件于所述多个井中；
对所述发光基板进行退火；以及
通过所述退火使每个发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接；
提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供包括顶面、与所述顶面相对的底面以及从所述底面延伸的柱的发光元件，所述柱用于表面定向，所述发光元件的顶面直接覆盖井的底表面，而所述柱凸伸出井外。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电连接每个发光元件包括将每个发光元件与第一电接口连接，无需形成覆盖金属层、附加导电走线、或在基板上引线邦定。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
使用辅助机构用于分配所述发光元件，所述辅助机构选自旋转或非旋转的刷子、擦拭器、旋转圆筒、加压流体或机械振动；
其中所述捕获所述发光元件于所述井中包括：通过所述辅助机构配合所述悬浮液中的发光元件或所述发光基板顶表面，捕获所述发光元件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：提供所述发光基板包括提供具有长度和宽度的发光基板；
其中使所述悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面包括沿着跨越所述发光基板的长度的第一方向以第一速度供应所述悬浮液；
其中采用所述辅助机构包括采用刷子，所述刷子具有转轴和至少等于所述发光基板的所述宽度的刷子长度，该刷子的使用如下：
在第一遍中，将沿着所述第一方向平移所述刷子长度以跨越所述发光基板的长度；
所述刷子平移的第一遍的同时，旋转所述刷子以产生在所述第一速度中的第一局部变量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：使用所述辅助机构包括：以在120至300转/分钟(RPM)的范围的速率旋转所述刷子；并且以在3至10厘米每秒(cm/s)的范围的速度平移刷子。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光基板包括焊料涂覆的第一电接口。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：使所述悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面包括形成发光元件在该悬浮液中最大的局部密度为覆盖所述发光基板表面的30％-80％。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供垂直发光元件，所述垂直发光元件具有带有第一电接触部的底面和带有第二电接触部的顶面，
其中捕获所述发光元件于所述多个井中包括捕获带有发光元件的底面直接覆盖与其对应的井的底表面；
其中将每个所述发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接包括将每个所述发光元件的所述第一电接触部和与其对应井的第一电接口电连接。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电连接每个所述发光元件包括将每个所述发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接，而不需要在所述发光元件上施加外部压力。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
其中使所述液体悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面包括使所述发光元件移动穿过所述基板的顶表面至少部分地是受到在所述发光元件的柱所产生的扭矩的影响。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
其中捕获所述发光元件于所述多个井中包括通过所述发光元件的柱使表面定向所述发光元件的第一电接触部直接覆盖所述井的底表面。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光基板包括每个所述井包括具有第一电接口和第二电接口的底表面；
其中提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供具有底面和顶面的表面贴装发光元件，且所述表面贴装发光元件具有形成在所述顶面的第一电接触部和第二电接触部；
其中捕获所述发光元件于所述多个井中包括捕获每一个表面贴装发光元件的顶面直接覆盖与其对应的井的底表面；
通过所述退火使每个所述发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接包括将每个所述表面贴装发光元件的所述第一电接触部和与其对应的井的第一电接口电连接，并且将每个所述发光元件的所述第二电接触部和与其对应的井的第二电接口电连接。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供含有助焊剂的悬浮液。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
在捕获所述发光元件于所述多个井中之后且在对所述发光基板进行退火之前，用助焊剂填充已被发光元件填充的井。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
捕获所述发光元件于所述多个井的同时，收集未被捕获的发光元件；且重新悬浮收集的所述发光元件用于随后的发光显示器的制造。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
形成多个颜色改变机构，并覆盖于相对应的多个发光元件的暴露的表面。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
形成多个光扩散机构，并覆盖于相应的多个发光元件。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供一种液体，该液体选自乙醇、多元醇、酮、卤代烃或水。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于：提供所述发光元件的液体悬浮液包括提供具有被焊料涂覆的电接触部的发光元件。
20.一种用于制造发光显示器的流体组装方法，其特征在于，所述方法包括：
提供发光基板，所述发光基板具有顶表面以及多个列走线和多个行走线形成的矩阵，所述顶表面上形成有多个井，每个井包括具有第一电接口的底表面，所述多个列走线和所述多个行走线形成多个行列交叉点，其中每个所述行列交叉点与相应的一个井相关联；
提供含有第一类型发光元件的第一液体悬浮液；
使第一悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面；
捕获所述第一类型发光元件于所述多个井中；
提供含有第二类型发光元件的第二液体悬浮液；
使第二悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面；
对所述发光基板进行最后的退火；以及
通过最后的退火使发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接；
提供含有第一类型发光元件的第一液体悬浮液包括提供包括顶面、与所述顶面相对的底面以及从所述底面延伸的柱的第一类型发光元件，所述柱用于表面定向，所述第一类型发光元件的顶面直接覆盖井的底表面，而所述柱凸伸出井外。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
在最终退火之前，提供含有第三类型表面贴装发光元件的第三液体悬浮液；以及
使第三悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于：提供所述发光基板的井包括提供具有第一直径的多个圆形的井，并且提供具有小于所述第一直径的第二直径的多个圆形的井；
其中提供所述第一液体悬浮液包括提供具有第三直径的圆形的第一类型的发光元件盘，所述第三直径大于所述第二直径且小于所述第一直径；
其中提供所述第二液体悬浮液包括提供具有第四直径的圆形的第二类型的发光元件盘，所述第四直径小于所述第二直径。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于：提供所述发光基板的井包括提供具有第一形状的多个井，并且提供具有不同于所述第一形状的第二形状的多个井；
其中提供所述第一液体悬浮液包括提供第一类型的发光元件，所述第一类型的发光元件具有第三形状，所述第三形状能够填充于所述第一形状的井中但不能填充于所述第二形状的井中；
其中提供所述第二液体悬浮液包括提供第二类型的发光元件，所述第二类型的发光元件具有第四形状，所述第四形状能够填充于所述第二形状的井中。
24.如权利要求20所述的方法，其特征在于：该方法还包括：
在使所述第二悬浮液流动之前，进行初始退火。
25.一种用于制造发光显示器的流体组装方法，所述方法包括：
提供发光基板，所述发光基板具有顶表面、具第一形状的多个井和具不同于所述第一形状的第二形状的多个井，每个井包括具有第一电接口的底表面，并提供多个列走线和多个行走线形成的矩阵，所述多个列走线和所述多个行走线形成多个行列交叉点，其中每个所述行列交叉点与相应的一个井相关联；
提供含有第一类型发光元件和第二类型发光元件的液体悬浮液，所述第一类型发光元件具有第三形状，所述第三形状能够填充于所述第一形状的井中但不能够填充于所述第二形状的井中，所述第二类型发光元件具有第四形状，所述第四形状能够填充于所述第二形状的井中但不能够填充于所述第一形状的井中；
使所述悬浮液流过所述发光基板的所述顶表面；
捕获所述第一类型发光元件于所述第一形状的井中，捕获所述第二类型发光元件于所述第二形状的井中；
对所述发光基板进行退火；以及
通过退火使所述发光元件和与其对应的井的第一电接口电连接；
提供含有第一类型发光元件和第二类型发光元件的液体悬浮液包括提供包括顶面、与所述顶面相对的底面以及从所述底面延伸的柱的第一类型发光元件，所述柱用于表面定向，所述第一类型发光元件的顶面直接覆盖井的底表面，而所述柱凸伸出井外。
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