CN107833903A - 具有光管理系统的发光显示器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于制造具有光管理系统的发光显示基板的方法。所述方法提供具有顶表面的透明第一基板，且形成多个发光元件井。所述井侧壁由光吸收材料或者光反射材料形成。在一方面，光阻挡材料膜层被形成为覆盖所述第一基板的顶表面，所述发光元件的侧壁形成于光阻挡材料膜层。在另一方面，透明第二基板被形成为覆盖所述第一基板的顶表面。然后，所述发光元件的井形成于所述第二基板且具有通道表面，所述光阻挡材料被沉积为覆盖所述井通道表面。另外，所述光阻挡材料可以形成于每一个井的底面。具有光管理系统的发光显示基板被提供如下。

Description

具有光管理系统的发光显示器

技术领域

本发明总体涉及发光显示器，尤其涉及用于使用微型发光元件的发光显示器的光管理系统。

背景技术

红-绿-蓝(RGB)显示器可以由微型发光元件形成，比如微型发光二极管(μLED)。这样的显示器可以被使用于电视、电脑显示器或者手持设备。微型发光元件可以具有小于100微米的直径或者横截面。所述发光元件以某种方式对齐至像素阵列。在发光元件的放置之后的传统的处理和集成步骤包括金属化以连接所述发光元件至控制线矩阵。

如果显示器的制造是使用流体组装工艺，所述显示基板形成有井的阵列用以捕捉所述发光元件。通常，所述发光基板由诸如玻璃的透明材料制成。结果，光可能通过相邻的井之间的透明基板泄露传播，其降低颜色的质量和对比度。

如果从每一个发光基板的井中发出的光可以被控制，以使来自井中的发光元件的光仅指向透明基板的顶表面，并且防止传播至相邻的井，这将会是有利的。

发明内容

本发明所述为采用直接发光的发光元件的结构特征，比如微型发光二极管(uLED)，其可以控制发光的方向性。发光显示器可以由多个uLED像素组成；每一个单独寻址。重要的是，由每一个uLED发出的光的方向被控制，以减少像素之间的光泄露从而确保颜色的质量和对比度。来自每一个uLED的光是从包括正面和侧面的所有的表面被发出，因此是在垂直和平行于所述显示基板的表面的方向上被发出。除非被控制，否则沿着名义上平行于透明显示基板表面的方向发出的光将传播到相邻像素。本文所描述的结构特征被用于反射或者吸收所述光。反射材料可以包括已经结合于背板制造中的金属，包括铝、钛、银、锡、铟、镍、金或其它反射性金属。吸收材料可以包括黑色聚合物树脂和含有炭黑或者石墨烯氧化物的黑色光阻材料。

相应地，一种用于制造具有光管理系统的发光显示基板的方法被提供。所述方法提供具有顶表面的透明第一基板，和形成多个发光元件的井。井的侧壁由光阻挡材料形成。在最简单的情况下，所述井形成于所述第一基板。如上所提及的，所述光阻挡材料可以是光吸收材料或者光反射材料。在一个方面，光阻挡材料膜层被形成为覆盖所述第一基板的顶表面，且所述发光元件的侧壁被形成于所述光阻挡材料膜层。

在另一个方面，透明第二基板被形成为覆盖所述第一基板的顶表面。然后，所述发光元件的井具有通道表面被形成于所述第二基板，且所述光阻挡材料被沉积为覆盖所述井的通道表面。另外，所述光阻挡材料可以形成于每一个井的底面。如果所述第一基板包括形成于所述顶表面的电接口，形成于所述第二基板的所述发光元件的井被蚀刻以暴露形成于每一个井的底面的电接口。然后，在所述井的底面上的光阻挡材料被图案化以避开形成于所述井的底表面上的所述电接口。

在另一个方面，在沉积所述光阻挡材料之前，流体组装工艺被使用以用发光元件填充所述井。需要说明的是，所述井可以使用拾取-放置工艺而被填充，其本质上更耗时。然后，所述井的侧壁的光阻挡材料通过共形地沉积所述光吸收阻挡材料覆盖所述第二基板的顶表面和填充所述井，并蚀刻所述光吸收阻挡材料以暴露所述发光元件的方式被形成。

下面将提供上述方法和具有光管理系统的发光显示基板的附加细节。

附图说明

图1是具有光管理系统的发光显示基板的局部横截面图。

图2是描绘第一变更实施例的光管理系统的局部横截剖面图。

图3是描绘第二变更实施例的光管理系统的局部横截剖面图。

图4A和4B分别是与图3所示的所述第二变更实施例的光管理系统相关的局部横截剖面图和平面图。

图5A和5B是描绘添加了发光元件之后的显示光管理系统的局部横截面图。

图6是由反射材料形成的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。

图7是描绘由光吸收材料形成的能够作为井结构的光管理特征的局部横截面图。

图8是描绘被光反射材料覆盖的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。

图9是被光吸收材料覆盖的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。

图10是描绘具有覆盖有光吸收层的发光元件的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。

图11是说明用于制造具有光管理系统的发光显示基板的方法的流程图。

图12是说明管理来自发光显示基板发出的光的方向的方法的流程图。

主要元件符号说明

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是具有光管理系统的发光显示基板的局部横截面图。显示器100包括具有第一基板的顶表面104的第一基板102。例如，第一基板102可以是比如玻璃或者塑料的透明材料，但可选地，所述材料可以是非透明塑料、金属或者硅材料。多个发光元件的井106(仅示出一个井)存在具有由光阻挡材料108形成的井侧壁。如示出的一个简单方面，井106直接形成于第一基板102。所述光阻挡材料可以是光吸收材料或者光反射材料。光吸收材料的一些例子包括黑色聚合物树脂、黑色光阻、包括炭黑的材料或者包括石墨烯氧化物的材料。光反射材料的一些例子包括铝、钛、银、锡、铟、镍和金。有利地，这些材料通常被用于薄膜显示器和集成电路(IC)制造工艺中。在一个方面，参见图8所示的实施例，所述井通道表面和侧壁是倾斜的。

图2是描绘第一变更实施例的光管理系统的局部横截剖面图。在这一方面，所述光阻挡材料形成膜层108覆盖所述第一基板的顶表面104。井106被形成在光阻挡材料膜层108中。尽管未示出，在形成所述井时，所述光阻挡膜层不是必须需要被蚀刻以暴露所述第一基板的顶表面。

图3是描绘第二变更实施例的光管理系统的局部横截剖面图。在这一方面，具有上表面302的透明第二基板300覆盖第一基板的顶表面104。井106形成于具有井的通道表面302的第二基板300，且光阻挡材料侧壁108覆盖所述井的通道表面。尽管未示出，在形成所述井时，所述第二基板不是必须需要被蚀刻以暴露所述第一基板的顶表面。

图4A和4B分别是与图3所示的所述第二变更实施例的光管理系统相关的局部横截剖面图和平面图。在这一方面，光阻挡材料402形成于每一个井106的底面400上。备注:光阻挡材料402和108通常是在相同工艺中形成的相同材料，但是为了清楚起见，被赋予了不同的参考标号。尽管未示出，在形成所述井时，所述第二基板不是必须需要被蚀刻以暴露所述第一基板的顶表面。

如果电接口404被形成于每一个井的底面400上，如图4B所示，每一个井的底面400上的光阻挡材料402被图案化以避开形成在所述井的底面上的所述电接口。在这一实施例中所述井被示出为具有圆形，但其他形状(比如方形、矩形、椭圆形等等)也是可能的。尽管未示出，每一个井可以包括将通过图案化光阻挡材料402的方式而被暴露的附加电接口。

图5A和5B是描绘添加了发光元件之后的显示光管理系统的局部横截面图。在这一方面，显示器100进一步包括占据所述井106的发光元件500。可选地，如图5A所述，如果井106包括形成于每一个井的底面400的电接口404，每一个发光元件500具有与形成于井的底面的所述电接口连接的电接触部502。在一些未示出的方面，所述井的底面包括两个电接口且所述发光元件包括两个电接触部。尽管具有光阻挡侧壁108的第二透明基板300被用于这个实施例中，可选择地，所述光阻挡侧壁可以由如图2所示出的光阻挡膜层形成。

如图5B所示，井106形成于第二基板300的上表面504。吸收型光阻挡材料506覆盖第二基板的上表面504且形成井的侧壁。吸收型光阻挡材料506被图案化以暴露每一个发光元件500的顶面508。

上述示出的不同实施例描述了结构元件被用于直接发射发光元件显示器内的，以控制由发光元件发出的光的方向性。所述发光元件的一个实施例是微型发光二极管(uLED)。发光显示器可以由多个uLED像素组成；每一个单独寻址。重要的是由每一个uLED发出的光的方向被控制以减少像素之间光泄露，从而确保颜色的质量和对比度。来自每一个uLED的光是从包括正面和侧面的所有的表面被发出，因此是在垂直和平行于所述显示基板的表面的方向上被发出。所述沿着名义上平行于所述表面的方向被发出的光，在没有用于反射或吸收的结构下，将会传递至相邻的像素。这些结构元件可以是吸收或者反射类型。可以被使用的反射材料包括已经用在背板制造工艺中的金属，所述金属包括铝、钛、银、锡、铟、镍、金或者其它反射材料。吸收材料包括黑色聚合物树脂、和包括炭黑或者石墨烯氧化物的黑色光阻材料。

图6是由反射材料形成的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。示出了井106-0和106-n。这些反射材料可以示例地为金属。基板102诸如玻璃被提供，在其上金属电极通过标准光刻方法被图案化(未示出)。反射式井层600被沉积为厚度几微米，具有由所述发光元件(500-0和500-n)的厚度所决定的准确厚度。反射式井层600通过光刻方法被图案化形成井106-0和106-n。发光元件500-0和500-n可以被流体组装于所述井结构中，并且如果电接口存在于井底层(未示出)，它们通过焊接工艺被连接至所述发光元件。

图7是描绘由光吸收材料形成的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。所述吸收材料可以示例地为黑矩阵材料。基板102诸如玻璃被提供,于其上金属电极(未示出)通过标准光刻方法被图案化。吸收式井层700被沉积为厚度几微米，具有由所述发光元的厚度所决定的准确厚度。吸收式井层700通过光刻方法被图案化形成井106-0和106-n。发光元件500-0和500-n可以分别地被流体组装于所述井结构106-0和106-n中，并且如果电接口存在于所述井底层(未示出)，它们可以通过焊接工艺被连接至所述发光元件。

图8是描绘被光反射材料覆盖的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。这个反射材料可以示例地为金属。基板102诸如玻璃被提供，于其上金属电极通过标准光刻方法被图案化(未示出)。通常由透明材料形成的井图案层300被沉积为厚度几微米，具有由所述发光元件的厚度所决定的准确厚度。井图案层300通过光刻方法被图案化形成井106-0和106-n。反射涂层800-0和800-n通过示例性地蒸发或者溅独工艺被分别地沉积于井结构106-0和106-n上。反射涂层800-0和800-n通过光刻方法被图案化。发光元件500-0和500-n可以被流体组装于井结构106-0和106-n中，并且如果电接口存在于井底层(未示出)，它们可以通过焊接工艺被连接至所述发光元件。

图9是被光吸收材料覆盖的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。所述吸收材料可以示例地为黑矩阵材料。基板102诸如玻璃被提供，于其上金属电极(未示出)通过标准光刻方法可选地被图案化。透明井图案层300被沉积为厚度几微米，具有由所述发光元件的厚度所决定的准确厚度。井层300通过光刻方法被图案化形成井106-0和106-n。吸收涂层900-0和900-n被分别沉积在井106-0和106-n上。所述吸收涂层通过光刻方法被图案化。发光元件500-0和500-n可以分别地被流体组装于井结构106-0和106-n中，并且如果电接口存在于所述井底层(未示出)，它们可以通过焊接工艺被连接至所述发光元件。

图10是描绘具有覆盖有光吸收层的发光元件的能够被作为井结构的光管理特征的局部横截面图。这些吸收材料1000可以示例地为黑矩阵材料。基板102诸如玻璃被提供,于其上金属电极通过标准光刻方法可选地被图案化(未示出)。透明井图案层300被沉积为厚度几微米，具有由所述发光元件的厚度所决定的准确厚度。井层300通过光刻方法被图案化形成井106-0和106-n。发光元件500-0和500-n可以分别地被流体组装于井结构106-0和106-n中，并且如果电接口存在于所述井底层(未示出)，它们可以通过焊接工艺被连接至所述发光元件。吸收涂层1000被沉积于井结构上。吸收涂层1000通过光刻方法被图案化。

图11是说明用于制造具有光管理系统的发光显示基板的方法的流程图。尽管为了清楚起见，该方法被描述为已编号的步骤的序列，但所述编号并不一定决定步骤的顺序。可以理解的是这些步骤中的一部分可以跳过、并行执行或者不要求严格维持序列的顺序地执行。然而通常所述方法遵循所描述的步骤的编号顺序。所述方法始于步骤1100。

步骤1102提供具有顶表面的透明第一基板。步骤1104形成多个发光元件井，且步骤1106以光阻挡材料形成井侧壁。如前所述，所述阻挡材料可以是光吸收材料，诸如黑色聚合物树脂、黑色光阻、包括炭黑的材料或者包括石墨烯氧化物的材料。在其他方面，所述光阻挡材料是光反射材料，诸如铝、钛、银、锡、铟、镍和金。在一方面，所述井直接形成在所述第一基板。在其他方面，步骤1104中形成所述发光元件井包括形成具有倾斜通道表面的井，并且步骤1106中形成井侧壁包括形成倾斜井侧壁。

在一方面，步骤1103a形成光阻挡材料膜层覆盖所述第一基板的顶表面。然后在步骤1106中形成井侧壁包括在所述光阻挡材料膜层中形成所述发光元件侧壁。在这一方面，步骤1108可以使用流体组装工艺来用发光元件占据发光元件井。可选地，拾取-放置工艺可以用于占据所述井。

在另一方面，步骤1103b形成透明第二基板覆盖所述第一基板的顶表面。然后在步骤1104中形成所述发光元件的井包括在所述第二基板中形成具有通道表面的发光元件的井，并且在步骤1106中形成所述井侧壁包括沉积光阻挡材料覆盖所述井通道表面。可选地，步骤1106可以在每一个井的底面形成光阻挡材料。如果步骤1102提供具有形成于所述第一基板的顶表面上的电接口的所述第一基板，然后在步骤1104中形成发光元件井包括蚀刻所述第二基板以暴露形成于每一个井的底面上的电接口。类似地，步骤1106中在每一个井的底面上形成光阻挡材料将包括图案化所述光阻挡材料以避开形成于所述井的底面上的所述电接口。在这一方面，步骤1108使用流体组装工艺来用发光元件占据所述发光元件井。可选地，拾取-放置工艺可以用于占据所述井。

在使用所述透明第二基板的其他方面，在沉积所述光阻挡材料之前，步骤1105使用流体组装工艺来用发光元件占据所述井。然后，以光阻挡材料成井侧壁包括多个子步骤。步骤1106a共形地沉积光吸收阻挡材料覆盖所述第二基板的上表面并填充所述井，并且步骤1106b蚀刻所述光吸收阻挡材料以暴露所述发光元件。

图12是说明用于管理来自发光显示基板发出的光的方向的方法的流程图。所述方法始于步骤1200。步骤1202提供透明基板和多个发光元件井。步骤1204形成光阻挡材料的井侧壁且步骤1206用流体(拾取和放置)组装工艺来用发光元件占据所述井。如图11的说明所述，在一些方面步骤1206可以在步骤1204之前被执行。响应于所述光阻挡材料侧壁，步骤1208阻止光在相邻的井之间传播。

一种发光显示器光管理系统被提供。特定材料、电路布局和工艺步骤的实施例被呈现以说明本发明。然而，本发明并不仅仅限制于这些实施例。本发明的其它的变更和实施例可以被本领域技术人员想到。

Claims (26)

1.一种具有光管理系统的发光显示基板,其包括:

透明第一基板；

第一基板的顶表面；

多个发光元件的井；以及

由光阻挡材料形成的井侧壁。

2.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于：所述光阻挡材料由包括光吸收材料和光反射材料的组合中选择。

3.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于：所述光阻挡材料形成覆盖所述第一基板的顶表面的膜层；以及

其中，所述井形成于所述光阻挡材料膜层。

4.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于，进一步包括：

覆盖所述第一基板的顶表面的透明第二基板；

其中，所述井形成于所述第二基板且具有井的通道表面；以及

其中，所述光阻挡材料的的侧壁覆盖所述井的通道表面。

5.如权利要求4所述的发光显示基板，其特征在于：所述光阻挡材料形成于每一个井的底面上。

6.如权利要求5所述的发光显示基板，其特征在于：所述井包括形成于每一个井的所述底面的电接口；以及

其中，在每一个井的底面的所述光阻挡材料被图案化以避开形成于所述井的底面上的所述电接口。

7.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于：所述井形成于所述第一基板且具有井的通道表面；以及

其中，所述光阻挡材料的侧壁覆盖所述井的通道表面。

8.如权利要求2所述的发光显示基板，其特征在于：所述光吸收材料选择自由黑色聚合物树脂、黑色光阻、包括炭黑的材料和包括石墨烯氧化物的材料组成的组。

9.如权利要求2所述的发光显示基板，其特征在于：所述光反射材料选择自由铝、钛、银、锡、铟、镍和金组成的组。

10.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于：所述井的侧壁是倾斜的。

11.如权利要求1所述的发光显示基板，其特征在于，进一步包括：

占据所述井的发光元件。

12.如权利要求11所述的发光显示基板，其特征在于：所述井包括形成于每一个井的底面上的电接口；以及

其中，每一个所述发光元件包括与形成于所述井的所述底面上的所述电接口连接的电接触部。

13.如权利要求11所述的发光显示基板，其特征在于，进一步包括：

具有上表面的透明第二基板覆盖所述第一基板的顶表面；

其中，所述井形成于所述第二基板；以及

其中，所述光阻挡材料是光吸收膜，所述光吸收膜覆盖所述第二基板的上表面且形成所述井的侧壁，并被图案化以暴露每一个发光元件的顶表面。

14.一种用于制造具有光管理系统的发光显示器基板的方法，所述方法包括：

提供具有顶表面的透明第一基板；

形成多个发光元件的井；以及

形成由光阻挡材料形成的井的侧壁。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于：所述光阻挡材料选择自由光吸收材料和光反射材料组成的组。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：

形成覆盖所述第一基板的顶表面的光阻挡材料膜层；以及

形成井的侧壁包括在所述光阻挡材料膜层中形成所述发光元件的井的侧壁。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于：形成覆盖所述第一基板的顶表面的透明第二基板；

其中，形成所述发光元件的井包括在所述第二基板中形成具有通道表面的所述发光元件的井；以及

其中，形成所述井的侧壁包括沉积所述光阻挡材料覆盖所述井的通道表面。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于：形成所述井侧壁另外包括形成所述光阻挡材料于每一个井的底面。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：提供所述第一基板包括提供具有形成于所述顶表面的电接口的基板；

其中，形成所述发光元件的井包括蚀刻所述第二基板以暴露形成于每一个井的底面的电接口；以及

其中，形成所述光阻挡材料于每一个井的底面包括图案化所述光阻挡材料以避开形成于所述井的底面的所述电接口。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在沉积所述光阻挡材料之前，使用流体组装工艺来用发光元件占据所述井；以及

其中，形成以所述光阻挡材料形成的井侧壁包括：共形地沉积光吸收阻挡材料覆盖所述第二基板的上表面和填充所述井，以及

蚀刻所述光吸收阻挡材料以暴露所述发光元件。

21.如权利要求14所述的方法，其特征在于：形成所述发光元件的井包括形成具有通道表面的发光元件的井于第一基板中；以及

形成所述井的侧壁包括沉积所述光阻挡材料覆盖所述井的通道表面。

22.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述光吸收材料选自由黑色聚合物树脂、黑色光阻、包括炭黑的材料和包括石墨烯氧化物的材料组成的组。

23.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述光反射材料选自由铝、钛、银、锡、铟、镍和金组成的组。

24.如权利要求14所述的方法，其特征在于：形成所述发光元件的井包括形成具有倾斜的通道表面的井；以及

其中，形成井的侧壁包括形成倾斜的井的侧壁。

25.如权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包括：

使用流体组装工艺，用发光元件占据所述发光元件井。

26.一种用于管理由发光显示基板发出的光的方向的方法，所述方法包括：

提供透明基板和多个发光元件的井；

形成光阻挡材料的井的侧壁；

使用流体组装工艺，用发光元件占据所述井；以及

响应于所述光阻挡材料侧壁，阻止光在相邻的井之间传播。