TW201826490A - 發光顯示器的流體組裝的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用於製造發光顯示器的流體組裝方法。提供具有頂表面的發光基板，該頂表面中形成有複數個井。每個井具有帶有第一電介面的一底表面。同時提供發光元件的液體懸浮液。該懸浮液流過該發光基板而發光元件被捕獲在所述井中。對發光基板進行退火使得每個發光元件與其對應的井的第一電介面之間形成電連接。在該基板或該發光元件上使用共晶焊料介面金屬以及在熱退火之前使用助熔劑都是可取的。所述發光元件可以是其頂面（靠近井的底表面）具有兩個電接觸部的表面貼裝發光二極體（SMLED）。

Description

發光顯示器的流體組裝的系統和方法
本發明總體涉及積體電路（IC），尤其涉及用於製造發光顯示器的流體組裝方法。
將微加工電子裝置、光電裝置和次系統自母基板/晶片向大面積且/或非常規的基板的流體轉移為擴展電子和光電裝置的應用範圍提供了新的機會。例如，顯示圖元尺寸的發光二極體（LED）微結構，如棒、片、或盤，可以首先在小尺寸晶片上製造然後轉移到大面板玻璃基板上以實現直接的發光顯示。轉移該等LED微結構的一種傳統手段是藉由撿取-放置工藝。然而，對於包含數百萬個元件的顯示器，這樣的工藝可能需要幾個小時才能完成，因此效率低。
電子裝置，如LED和聚光太陽能電池，的流體自組裝，經常藉由在熔融焊料毛細管介面處表面能最小化來實現，使得在組裝期間可以同時實現與電極的機械連接和電性連接，如美國第7,774,929號專利所述。在一方面，電子設備被捕獲在形狀匹配的井結構中，電性集成工藝跟隨其後，如美國第6,316,278號專利所述。
常規的流體組裝工藝尚待解決的一些問題，與大規模的分配方法、在大面積上將微元件集成至驅動電路、以及用於有缺陷的微型元件的修復的潛在結構有關。大規模的情況下，常規的流體組裝到井中受到用於微元件捕獲的最大速度和用於高速陣列組裝的最小分配速度的雙重要求的挑戰。類似地，實現在超過釐米級的整體組裝基板上高成品率所需的微元件分配方案和流速均勻性變得非常具有挑戰性。
組裝的微元件的集成主要藉由對微元件的光蝕刻形成的電極沉積來實現，或者接近第一電極接觸部作為組裝方案的一部分的位置疊層第二電接觸部。然而，由於基板表面上任何剩餘微元件的污染，流體組裝後的大基板的光蝕刻可能被抑制。疊層的頂部接觸部未被證實出足夠可靠的電性連接至用於顯示應用的微元件。
最後，電激發微元件的缺陷檢測是用於維修前檢查的最可靠和有效的方法。具有頂部接觸電極的組裝的微元件至少部分地保持在一種絕緣基質中。任何涉及從該基質中去除缺陷微組件的修復是非常困難的。此外，被添加到陣列中以補償有缺陷的微元件的任何類似的集成的微元件均要求重複電極接觸工藝。雖然技術方面的解決辦法可能存在，但預計它們將更昂貴，更耗時，更不可靠。
如果一種流體組裝工藝可以被使用以具有最少的工藝步驟有效地將發光元件轉移到顯示器基板，這將是有利的。
本發明揭露的流體組裝和取向方法使用施加在各個微型元件上的高變數的局部應力。該高變數的應力導致速度的高變數，從而作為用於捕獲的最大組裝速度存在的範圍，各個元件的速度可能低於該最大閾值並沉降到井中。高變數的第二個好處是在大型（米級）基板上的組件排布相對較快。一旦沉入井中，最大的應力為使組裝的元件不會從正確的方向移開，而是錯位的部件被移開。這提供了一種低成本且高速的組裝方法，其實現預測組裝速度達每小時超過5600萬個微型元件。該組裝方法是一種可以適用於任何數量的基板的通用方法，但是非常適合於具有有限表面形貌的低填充因數和高面積的陣列。
因此，提供了一種用於製造發光顯示器的流體組裝方法。該方法提供具有一個頂表面的一個發光基板，該頂表面上形成有複數個井。每個井具有帶有第一電介面的一個底表面，以及複數個列走線和複數個行走線形成的矩陣，所述複數個列走線和複數個行走線形成複數個列/行交叉點。每個列/行交叉點與相應的一個井相關聯。還提供了發光元件的一種液體懸浮液。該液體可以是例如乙醇、多元醇、酮、鹵代烴或水。該方法將該懸浮液流過該發光基板的頂表面，而發光元件被捕獲於所述複數個井中。經對該發光基板進行退火，使得每個發光元件與與其對應的井的第一電介面之間電連接。該液體懸浮液可含有焊料助熔劑，或者焊劑助熔劑可以應用於一個在捕獲發光元件於所述複數個井中之前或之後且在基板退火之前的單獨步驟中。附加的工藝步驟可以在選定的井上形成顏色改變機構和光擴散機構。
在該基板或該發光元件上使用共晶焊料介面金屬以及在熱退火之前使用助熔劑都是可取的。例如，二甲基氯化銨、二乙醇胺和甘油溶液可以溶解在異丙醇中。該溶液可用作組裝流體（懸浮液），也可以在藉由清掃和蒸發除去組裝流體後引入。
在一些方面，該發光元件是一個表面貼裝發光二極體（SMLED），其頂面上具有兩個電接觸部（SMLED頂面面向井，靠近井的底表面）。然後實現所述發光元件與井的第一電介面之間的電性連接，不需要形成覆蓋金屬層和附加導電走線，或在退火之後在基板上引線邦定（bonding）。否則，如果發光元件是垂直LED（具有一個電接觸部在頂面和一個電接觸部在底面），則在退火之後可能需要額外的金屬化步驟。通常，隨著發光元件被捕獲在複數個井中，未捕獲的發光元件被同時收集並重新配置以用於隨後的發光顯示器製造。
一方面，採用一個輔助機構被用於將發光元件分佈在基板上。該輔助機構的一些示例包括刷子（旋轉或非旋轉）、刮水器、旋轉圓筒、加壓流體和機械振動（例如聲學或超聲波）。該輔助機構藉由與懸浮液中的發光元件或發光基板的頂表面接觸或配合而有助於發光元件在基板表面的分佈。例如，假設該發光基板具有長度和寬度，該方法使懸浮液在該發光基板的頂表面沿該發光基板的長度的第一方向以第一速度流動。一個輔助機構刷，其具有一個轉軸和一個至少等於發光基板的寬度的刷子長度，刷子長度沿跨越該發光基板的長度的第一方向平移。刷子平移的第一遍的同時，刷子旋轉以產生第一速度的第一區域變數。一方面，該刷子旋轉產生的第一區域變數大於第一速度。該方法還可進一步沿第一方向或其相反的方向上重複平移刷子，和刷子旋轉可產生大於或小於第一速度的區域變數。該刷子可以以速度在120至300轉/分鐘（RPM）的範圍內旋轉，並且以速度在3至10釐米每秒（cm/s）的範圍內在該發光基板的頂表面上平移。
在一個方面，所述表面貼裝發光元件被製造為具有從底面延伸的柱，或垂直的發光元件被製造為具有從頂面延伸的柱。然後，當該液體懸浮液流過該基板的頂表面時發光元件移動，至少部分地是響應於在發光元件的柱上產生的扭矩。也許更重要的是，從底面延伸的柱可助於表面定向，並將發光元件的頂面直接覆蓋在井的底表面上，所以該等柱有助於捕獲發光元件於井中。
下面將提供上述方法的附加細節以及用於將不同形狀的發光元件轉移到發光基板的方法。
圖1是用於製造發光顯示器的一種流體組裝方法的流程圖。儘管為了清楚起見，該方法被描述為具有編號次序的複數個步驟，但編號並不一定決定步驟的次序。可以理解的，該等步驟中的一些可以被跳過，並存執行，或者執行而不要求維持嚴格的先後次序。然而，通常，該方法遵循所示步驟的數位順序。該方法從步驟100開始。步驟102提供發光基板。
圖2A和圖2B分別是一個，例如可能提供在圖1的步驟102中的，示例性發光基板的局部橫截面圖和局部平面圖。該發光基板200具有一個頂表面202，以及形成於該頂表面202上的第一複數個井204(如圖所示的井204-0至204-2)。基本上，所述基板頂表面202為平坦的，且所述複數個井204是唯一影響流體組裝的表面形貌特徵。每個井204包括一個具有第一電介面208的底表面206，第一電介面208可選擇性地被焊接劑塗覆。圖中示出了第一電介面208-0至208-2。該發光基板200通常是透明的，並且可以是包括玻璃基板及覆蓋於該玻璃基板上的電介質材料的多層結構（圖未示），所述複數個井形成於該電介質材料中。該發光基板200還包括一個具有複數個列走線210和複數個行走線212的矩陣，該等列走線210和行走線212形成複數個列/行交叉點214。圖中示出了行走線212-0至212-3和列/行交叉點214-0至214-3。每個列/行交叉點214和與其對應的井204相關聯。例如，列/行交叉點214-0與井204-0相關聯。列走線210和行走線212可以形成一個簡單的被動型矩陣，以選擇性地激發發光元件，或者如下面更詳細地描述的作為用於相同目的的主動型矩陣的一部分。因此，本圖中未示出列、行和電介面之間的互連的細節。
圖11A和圖11B分別是，例如可能提供至圖1的步驟102中的，第二示例性發光基板的局部橫截面圖和局部平面圖。在這方面，所述發光元件是如圖4A和圖4B詳細所示的表面貼裝發光二極體（SMLED）。如下麵所闡述，所述SMLED在其頂面上形成有兩個電接觸部，該頂面為與井的底表面206對向的表面。因此，井的底表面206上形成有兩個電介面，分別為第一電介面208-0至208-2和第二電介面209-0至209-2。在這方面，該發光基板200被形成為具有含列走線和行走線的被動型矩陣，以選擇性地激發所述複數個SMLED。如圖所示，列走線210與井204-0至204-2的列中的第一電介面（208-0至208-2）連接，行走線212-0至212-2分別與井204-0至204-2的列中的第二電介面（209-0至209-2）連接。
回到圖1，步驟104提供發光元件的一種液體懸浮液，並且步驟106將該懸浮液流過該發光基板的頂表面。步驟104中的液體可以是醇類、多元醇類、酮類、鹵代烴類或水的多種類型中的一種。步驟108捕獲發光元件於所述複數個井中。一方面，步驟104提供包含助焊劑的發光元件的一種液體懸浮液。或者或另外的，捕獲發光元件於所述複數個井中（步驟108）之後並且對基板進行退火（步驟110）之前，步驟109a採用焊劑助熔劑填充已有發光元件進入的井中。
圖3是實施圖1的步驟104至108的各個方面的局部橫截面圖。液體懸浮液300含有發光元件302，其中的一些發光元件302被捕獲於井204中，且具有至少一個發光元件第一電接觸部304。圖中還示出了發光元件第二電接觸部306。接觸部304和306均形成在發光元件302的頂面308上。同樣地，在每個井的底表面206上形成有一個第二電介面310。
回到圖1，步驟110對發光基板進行退火。由於退火，步驟112將每個發光元件和與其對應的井的第一電介面電性連接。如上所述，井的第一電介面可以被焊接劑所塗覆。或者或另外，發光元件上的一個電接觸部或複數個電接觸部可以被焊接劑所塗覆。所述退火在足夠高的溫度下進行以熔化所使用的焊接劑。
在基板或發光元件上使用共晶焊料介面金屬以及在熱退火之前使用助熔劑均是必要的。使用原子濃度（at％），Au28/Ge62焊料共晶體具有的熔點（MP）為361˚C，而In49/Sn51焊料具有的熔點為120˚C。純銦的熔點為156˚C，但其具有在無壓力的情況下無法邦定（bonding）的缺點。助熔劑可以是溶解在異丙醇、有機酸、或松香型流體中的二甲基氯化銨、二乙醇胺、和甘油溶液。該溶液可用作組裝流體（懸浮液），或在藉由清掃和蒸發除去組裝流體後被引入。
圖4A和是4B分別是呈現示例性的表面貼裝發光二極體（SMLED）的局部橫截面圖和局部平面圖。圖3所示的發光元件，例如，可以是SMLED。該SMLED302包括具有n-摻雜劑或p-摻雜劑的第一半導體層402。第二半導體層404中含有未用於第一半導體層402中的摻雜劑。一個多量子阱（MQW）層406位於第一半導體層402和第二半導體層404之間。該MQW層406通常可以是圖未示的一系列的量子阱層（代表性的，為5層，例如，圖未示的交替設置的5nm的氮化銦鎵（InGaN）和9nm的n摻雜GaN（n-GaN））。在該MQW層和p摻雜的半導體層之間還可設置有氮化鋁鎵（AlGaN）電子阻擋層（圖未示）。外層可以是約200nm厚的p摻雜的GaN（Mg摻雜）。如果較高的銦含量使用在MQW中，則可以形成高亮度的藍色LED或綠色LED。最實用的第一半導體層和第二半導體層的材料是能夠發藍色或綠色光的氮化鎵（GaN）或能夠發紅光的鋁鎵銦磷（AlGaInP）。
一方面，該第一電接觸部304設置為環形，且該第二半導體層404為圓盤形狀，其邊緣位於該第一電接觸部304環的下方。該第二電接觸部306形成在該第一電接觸部304環邊緣內，且該第一半導體層402和該MQW層406層疊於該第二電接觸部306下方。在該第一電接觸部304環邊緣和該第二電接觸部306之間形成一個壕溝，所述壕溝內填充有電絕緣體408。該SMLED的附加細節在由Schuele等人發明的題為“DISPLAY WITH SURFACE MOUNT EMMISIVE ELEMENT”的專利申請（申請號：15/410,001，申請日：2017/1/19）中有提供，此處該專利申請作為參考文獻引用。有利地，如果使用SMLED，則在步驟112中的每個發光元件與第一電介面之間的電性連接可以無需形成覆蓋金屬層、附加導電走線、和退火之後對基板進行引線邦定，也無需在發光元件上施加外部壓力而實現每個發光元件與第一電介面之間的電性連接。在所示的一個方面，該SMLED包括用於對準和定向的柱410。
更明確地，該步驟102提供具有井的發光基板，其中井的底表面上具有第一電介面和第二電介面。如果使用被動型矩陣（PM），則該列走線和行走線被連接至該第一電介面和該第二電介面。如果使用主動型矩陣（AM），則列走線和行走線用於啟動與每個井相關聯的驅動電路，其該驅動電路的輸出端連接該第一電介面。在使用AM的情況下，該發光基板中的走線矩陣還將包括一個將直流電源連接到每個驅動電路的線。該發光基板還包括連接到每個井的第二電介面的電介面參考電壓網路。該AM和PM實施的更多細節在母案專利申請15/410,001中有提供。
接著，步驟104提供含表面貼裝發光元件（例如SMLED）的液體懸浮液，該表面貼裝發光元件具有一個底面和一個頂面，且該頂面上形成有第一電接觸部和第二電接觸部。在步驟108中捕獲發光元件於井中包括捕獲每個表面貼裝發光元件的頂面直接覆蓋於相應的井的底表面。藉由退火處理（步驟112）使每個發光元件的第一電接觸部和與其對應井的第一電介面電連接，包括將每個表面貼裝發光元件的第一電接觸部和與其對應井的第一電介面電連接，以及將每個發光元件的第二電接觸部和與其對應井的第二電介面電連接。
在一個不同的方面，該步驟104提供垂直發光元件的液體懸浮液，該垂直的發光元件包括具有第一電接觸部的底面和具有第二電接觸部的頂面。該步驟108捕獲該發光元件的底面直接覆蓋與其對應井的底表面，並且該步驟112將每個發光元件的第一電接觸部和與其對應井的第一電介面電連接。在這方面，在將發光元件第一電接觸部和與其對應井的第一電介面電連接的步驟112之後，步驟114形成覆蓋該發光基板的頂表面上的參考電壓介面層。如本領域中可理解的，這樣的步驟可能需要在該基板的頂表面上沉積一層隔離層，並且蝕刻以開設貫穿該隔離層的接觸孔，以使隨後形成的參考電壓介面層可以電連接至該第二電接觸部。步驟116將每個垂直發光元件的第二電接觸部與該參考電壓介面層連接。例如，可以使用薄膜工藝以在該發光基板的頂表面上形成金屬化互連。在使用垂直發光元件的被動型矩陣設計的情況下，列/行矩陣的一部分（例如，列線）可如所述以被提供在步驟102中，並且列/行矩陣的一部分（例如，行走線）被提供在步驟114中。
一方面，步驟107選擇性地使用輔助機構用於分配發光元件。例如，該輔助機構可以是刷子（旋轉的或非旋轉的）、擦拭器、旋轉圓筒、加壓流體或機械振動。該“流體”可以是氣體或液體。該機械振動的例子包括聲波振動和超聲波振動。然後，步驟108捕獲發光元件，至少部分地，是由於輔助機構對懸浮液中發光元件的作用或對發光基板頂表面的作用。
圖5是呈現一示例性刷子輔助機構的立體圖。參考圖1和圖5所示，步驟102提供具有長度500和寬度502的一個發光基板200。步驟106提供在跨越發光基板200的長度500的第一方向504上具有第一速度的懸浮液。然後，步驟107使用一個刷子506，該刷子506具有轉軸508和刷子長度510，該刷子長度510至少等於後續子步驟中的發光基板200的寬度502。步驟107a中，在第一遍中，該刷子長度510在第一方向平移跨越該發光基板200的長度500。一方面，步驟107a中刷子以速度在3至10釐米每秒（cm/s）的範圍內平移。第一遍刷子平移的同時，步驟107b旋轉刷子以產生第一速度中的第一區域變數。如圖所示，第一區域變數是比第一速度更大的速度。或者，第一區域變數可以比第一速度更小的速度。一方面，步驟107b以120至300轉每分鐘（RPM）的速度旋轉刷子。在一個實施例中，刷子在基板表面的線速度為35cm/s，並且在刷子推動懸浮液移動的前部出現低速捕獲區域。
例如，作為輔助機構使用的圓柱形刷可具有50mm的外徑，並且由75微米直徑的尼龍或聚丙烯刷毛形成的複數個3mm的毛簇組成，所述複數個毛簇可排布為緊密堆積的螺旋圖案或雙向螺旋圖案，中心點至中心點的毛簇間距為6mm。上面給出該等尺寸是為了說明一種圓柱形刷，其具有由非污染材料製成的精細的緊密堆積的刷毛，並且與微元件和載體流體都具有較佳的相互作用。
在一個具體示例中，刷子從基板的第一邊緣開始。在第一步中，該刷子朝該基板的第二邊緣移動，並逆時針旋轉以增加區域變數。在第二步中，該刷子在與該第二邊緣的短距離處停止，並且旋轉反向為順時針。在第三步中，刷子繼續移動到該第二邊緣，但隨後反向朝該第一邊緣移動，仍然保持順時針旋轉。在第四步中，該刷子在與該第一邊緣的短距離處停止，並且反向旋轉為逆時針轉動。 在第五步中，該刷子完成移動到第一邊緣。可選地，可以重複上述步驟。
如果基板以一定角度傾斜設置，則第一速度的流速可以是被重力驅動的。流速也可能是振盪或脈衝。還應當理解的是，懸浮液中的發光元件的速度不一定與液體的速度相同。如本申請中的第一速度是指液體速度。
在一個方面，該液體懸浮液為在異丙醇中配置高濃度的2至8微米厚的複數個LED，該LED直徑或最大橫截面尺寸為20至150微米。在基板表面上存在低厚度的異丙醇，並且具有尼龍或聚丙烯刷毛的水準軸刷接近基板表面旋轉。該刷子在長度上與基板的一個尺寸相等以使平移跨過時刷子能夠完全覆蓋基板的表面。在平移時，旋轉最初使得與液體懸浮液接觸的刷毛的線速度與平移具有相同方向並具有較高的幅度。以這種方式，該刷子迫使跨越基板表面的發光元件彙聚。單個發光元件通常從其移動點迅速移動並以較大的初始速度（接近於刷子的線速度）行進，並且在再次沉降在表面之前自刷子移動一段距離。通常這種沉降使得其被組裝到井中。
圖13A至圖13C是呈現捕獲速度對發光元件的流體組裝的影響的局部橫截面圖。當發光元件速度（VO ）小於或等於臨界捕獲速度（VCRIT ），發光元件302移動得足夠慢以被捕獲於井204中。該臨界捕獲速度表現在用於發光元件接近捕獲井位置、並結合流體動力學，發光元件和局部的基板形貌以及相對於井的初始元件位置等的初始條件中，其定義一個速度量級，大於該速度量級則發光元件不能被捕獲，小於該速度量級則發光元件被捕獲。一個決定性的因素是井側壁和發光元件之間的相互作用是否在發光元件上提供阻力。這樣，即使發光元件的主要部分下沉到了基板頂表面的平面之下，進一步的流體力將發光元件驅出井外如果發光元件引導側壁邊緣為完全在基板頂表面的平面上。相反，如果發光元件的前緣被井側壁捕獲，則其動量被轉移到基板並且其可能沉降到井中。作用在發光元件上的固定的向下的力（不包括流體動力學的作用力）是與由在流體中產生的浮力相反的重力。因此，VCRIT 由流體密度以及幾何和初始條件來確定。
該臨界捕獲速度在二維圖中示出，而實際上，發光元件行進的路徑可能不會穿過井中心，並且因此包括移入或移出該二維圖的組件。因為在接觸較遠的井側壁之前的發光元件的下降決定了發光元件是否被捕獲，並且途經中心的路徑表示發光元件可以在不接觸側壁的情況下可以採取的最長路徑，所以可以理解的是，需要明顯降低的速度來捕獲沿著井的偏心行進的發光元件。換句話說，臨界捕獲速度的大小被描述針對在井的中心上方行進的發光元件的，並且描述了組裝的最大極限值（一級）。為了在實踐中實現高產量，最小發光元件速度是顯著低於此處描述的VCRIT 。
圖14是呈現組裝過程中流體組裝懸浮液阻力對發光元件速度的影響的局部橫截面圖。當載體流體速度（V）大於臨界載體流體速度（VCRIT ），該刷子506可能將發光碟向上推動離開基板的表面202。如圖所示，作用在發光元件302上的力也可能是刷子506的橫向速度1400和刷子506的轉速1402的函數。流體可能是湍流的，並且在一定程度上發光元件的移動獨立於總體的流體流動（超出初始的刷子衝程）。通常，在刷子區域附近存在高密度的發光元件，然後發光元件在基板上向前分散，依靠流體流動並經歷阻力，減速，並且最終在前進的刷子到達它們之前沉降在表面上並進入井中。因此，刷子的初始速度必然非常高，但發光元件302減速並穩定在低於VCRIT 的速度，這是採用的刷子方法的主要優點。較高速度的刷毛會使定向不正確的發光碟脫落，並推動發光元件前高密度波浪於其前方，從而使他們有機會在刷子前方定位。刷毛速度（主要來自刷子轉速）是藉由用於定向發光碟的釋放力窗選擇，並且刷子的線性行進速度是藉由液體中發光元件的沉降時間來選擇。以這種方式，該組裝方法將各個發光元件組裝速度（其受VCRIT 限制）自總體顯示元件組裝速度（其是快速的）相分離。
裝配較少能藉由一遍完成，因此通常需要進行多遍改變方向的平移和旋轉。然而，平移和旋轉不需要同時變向。為了節省基板表面上未組裝部件的所占（即，不在井中），旋轉首先變向，同時刷子沿著與之前相同的方向平移，直到所有未組裝的部件朝著組裝區域被引回為止，此時刷子的平移方向也進行變換。
在一個方面，組裝時的發光元件最大局部密度約為部件的0.3-0.8單層，以允許具有用於捕獲的大量機會的沉降的空間。當發光元件被捕獲時，期望補充位於移動中的刷子前面的未捕獲（未對準）發光元件的數量和附加劑量的懸浮液流體。藉由過量的組分可獲得良好的結果，也就是說，在組裝區域上方的液體懸浮液中的元件數量超過捕集點的數量至少為50％，以提高捕獲產量並減少組裝時間。在所有位置（井）被正確定向的發光元件佔據之後，使用相同的刷塗工具但是使用不同的方案（例如，以統一的旋轉方向將刷子平移到超過基板區域的程度）掃除多餘的未組裝的元件。掃除的元件被收集在儲存器中用於再利用（步驟109a和109b）。
突出這種方法的一個因素是部件的電接觸不會發生在組裝期間或者在組裝後僅藉由沉積的金屬實現，而是發生在超出該發光元件至基板交界面金屬的共晶熔融溫度的退火期間。雖然一些現有技術的方法在用於熔融焊料組裝的水性懸浮液中包含助熔劑（如HCl），但是該方法會逐漸溶解焊料接觸部，使得與微元件的一致的電連接困難。本申請中使用的助熔劑的濃度最初足夠低而不是腐蝕性的，但是在退火期間，殘留的異丙醇首先揮發，然後甘油揮發。在每個步驟中，助熔劑的濃度增加，去除表面氧化物和污染物，以使金屬表面乾淨便於邦定。與撿取-放置方法不同，該方法實現了良好的電接觸，而不需要對部件介面施加任何的外部壓力。
在一個方面，步驟106使發光元件在懸浮液中流動，在發光基板頂表面處發光元件具有比液體更高的體積百分比。在相關的變更實施例中，步驟106在0.3至0.8單層的範圍內，藉由產生懸浮液中的發光元件的最大局部密度，將懸浮液流過發光基板頂表面。
圖6是被具有柱的發光元件佔據的發光基板的局部橫截面圖。參考圖1和圖6，步驟104提供發光元件302的液體懸浮液，該發光元件302具有從表面602延伸的柱600。在本實施例中，該發光元件是表面貼裝發光元件。步驟106流動液體懸浮液是藉由移動發光元件跨過基板的頂表面的方式，至少部分地，是響應於該發光元件的柱600上產生的扭矩。進一步，捕獲發光元件於井中（步驟108）可以包括藉由發光元件的柱600，表面定向表面貼裝發光元件頂面308直接覆蓋井的底表面。
圖12A和圖12B是呈現在發光元件的表面定向上柱的功能的局部橫截面圖。在流體組裝期間，液體流（由箭頭1200指示）導致曳力穿過基板200的表面作用在發光元件302的柱600上。由於柱600從發光元件表面602延伸，所以曳力具有對面二極體的表面取向的不對稱影響。特別地，曳力導致圍繞旋轉的固定轉動點（例如，與基板200的表面接觸的發光元件的邊緣）的正力矩，其將倒置的發光元件302翻轉成非倒置的取向。相反，由於液體流動導致的作用在非倒置的發光元件302上的曳力主要是由於周圍柱600的擾動引起的，並且施加在發光元件302上的力導致負的淨力矩。該負淨力矩迫使發光元件的前緣（即，沿箭頭1200的方向引導的邊緣）向下並使發光元件在非倒置的方向穩定。
曳力的相似的不對稱的影響發生在以非倒置的取向沉積在井204中的發光元件302（參見圖12A）以及以倒置的取向沉積在井204中的發光元件302（參見圖12B）之間。如圖12A所示，由液體流引起的周圍發光元件302的右下角的任何力矩被藉由施加在表面602上的力抵消，導致負的淨力矩趨於維持發光元件沉積在井204中。如圖12B所示，當發光元件302在井204中反轉時，表面602作為從液體流產生提升力的水翼，使得正的淨力矩作用在圍繞在發光元件302的與井204的一側接觸的右側。這個正的淨力矩傾向於使得發光元件302沿箭頭1202所示的方向翻轉，使得發光元件被驅出於井204外並且當液體流使發光元件朝另一個可能重新沉積的下游井移動時，可能成為非倒置的取向。
在一個方面，捕獲發光元件於井中（步驟108）的同時，步驟109b收集未捕獲的發光元件，並且步驟109c重新懸浮收集的發光元件以用於隨後的發光顯示器的製造。在另一方面，步驟118形成覆蓋相應的複數個發光元件的暴露的表面的複數個顏色改變機構。或者或另外，步驟118形成覆蓋相應的複數個發光元件的複數個光擴散機構。
如果發光元件具有兩個底部接觸部（例如SMLED），退火（步驟110）是最後的處理步驟，可以節省顏色改變整合和鈍化處理。如果如垂直的發光元件的情況下電極在相對的表面上，一個鈍化層被沉積被在發光元件頂面接觸部上並露出該接觸部，且圖案化的金屬實現與發光元件的電性連接（步驟114和116）。
圖7是製備發光顯示器的流體組裝方法的第一變更實施例的流程圖。該方法從步驟700開始。步驟702提供一個具有一個頂表面的發光基板，該頂表面上形成有複數個井。每個井包括具有第一電介面的底表面，並且該基板還包括由複數個列走線和行走線形成的矩陣，複數個列走線和行走線形成複數個列/行交叉點。每個列/行交叉點和與其對應的井相關聯。步驟704提供含有第一類型的發光元件的第一液體懸浮液。步驟706第一懸浮液流過發光基板的頂表面。步驟708捕獲第一類型發光元件於井中。步驟710提供含有第二類型的發光元件的第二液體懸浮液。步驟712第二懸浮液流過發光基板的頂表面。步驟714進行發光基板的最終退火。藉由最終退火，步驟716發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接。一方面，在第二懸浮液流動之前，步驟709進行初始退火以將已被捕獲在井中的第一類型的發光元件與電介面電連接。製造方法的具體細節可以在前述圖1的說明中找到，為了簡潔起見，這裡不再重複。一方面，捕獲的第二類型的發光元件位於其中的井形成在步驟708之後且在步驟712之前。
一個方面，在步驟714中的最終退火之前，步驟713a提供含有第三類型的表面貼裝發光元件的第三液體懸浮液。步驟713b第三懸浮液流過發光基板的頂表面。雖然沒有示出，但步驟713b之後的一個附加步驟為可對第三類型的發光元件進行退火以使第三類型的發光元件與已捕獲其的井的電介面連接。雖然未示出，但是該方法可以擴展為將任何數量的發光元件類型沉積在相應數量的不同懸浮液中。
圖8是支持圖7所示的方法的一個實施例版本的平面圖。此處，步驟702提供具有複數個具有第一直徑806的圓形井804和複數個具有第二直徑802的圓形井800的發光基板，其中第二直徑802小於第一直徑806。然後，步驟704的第一液體懸浮液提供第一類型的發光元件盤812，該第一類型的發光元件盤812為具有大於第二直徑802且小於第一直徑806的第三直徑814的圓形形狀。步驟710提供含有第二類型的發光元件盤808的第二液體懸浮液，該第二類型的發光元件盤808為具有小於第二直徑802的第四直徑810的圓形形狀。
圖9是支持圖7所示的方法的第二實施例版本的平面圖。在這方面，步驟702提供發光基板，該發光基板具有具第一形狀900的複數個井和具第二形狀902的複數個井，該第二形狀902與第一形狀900不同。在該實施例中，該第一形狀900是正方形，該第二形狀902是圓形。然而，該方法不限於任何特定形狀或形狀的組合。步驟704提供含有第一種類型的發光元件的第一液體懸浮液，該第一種類型的發光元件具有第三形狀904，第三形狀904能夠填充於第一形狀井900中，但不能填充於第二形狀井902中。步驟710提供含有第二種類型的發光元件的第二液體懸浮液，第二種類型的發光元件具有第四形狀906，第四形狀906能夠填充於第二形狀井902中。在一個方面，具有第四形狀906的發光元件不能填充於第一形狀井900中。
圖10是製備發光顯示器的流體組裝方法的第二變更實施例的流程圖。該方法從步驟1000開始。步驟1002提供一個發光基板，其具有一個頂表面、具有第一形狀的複數個井和具有不同於第一形狀的第二形狀的複數個井。每個井包括一個具有第一電介面的底表面。步驟1002還提供複數個列走線和複數個行走線形成的矩陣，所述複數個列走線和複數個行走線形成複數個列/行交叉點。每個列/行交叉點和與其對應的一個井相關聯。步驟1004提供含有第一類型的發光元件的液體懸浮液，該第一類型的發光元件具有第三形狀，第三形狀能夠填充於第一形狀井中，但不能填充於第二形狀井中。步驟1004的液體懸浮液也含有第二類型的發光元件，該第二類型的發光元件具有第四形狀，第四形狀能夠填充於第二形狀井中，但不能填充於第一形狀井中。步驟1006懸浮液流過發光基板頂表面。步驟1008捕獲第一類型的發光元件於第一形狀井中並捕獲第二類型的發光元件於第二形狀井中。步驟1010對發光基板進行退火。藉由退火，步驟1012將發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接。
本申請提供用於製造發光顯示器的流體裝配工藝。具體材料，尺寸和電路佈局的示例已提供來說明本發明。然而，本發明不限於該等實施例。本領域技術人員將想到本發明的其它變型和實施例。
200‧‧‧發光基板
202‧‧‧頂表面
204‧‧‧井
208，208-0，208-1，208-2‧‧‧第一電介面
206‧‧‧底表面
210‧‧‧列走線
212，212-0，212-1，212-2‧‧‧行走線
214‧‧‧列/行交叉點
209-0，209-1，209-2，310‧‧‧第二電介面
300‧‧‧液體懸浮液
302‧‧‧發光元件
304‧‧‧第一電接觸部
308‧‧‧頂面
306‧‧‧第二電接觸部
402‧‧‧第一半導體層
404‧‧‧第二半導體層
406‧‧‧多量子阱層
408‧‧‧電絕緣體
500‧‧‧長度
502‧‧‧寬度
504‧‧‧第一方向
506‧‧‧刷子
508‧‧‧轉軸
510‧‧‧刷子長度
1400‧‧‧橫向速度
1402‧‧‧轉速
602‧‧‧表面
600‧‧‧柱
804，800‧‧‧圓形井
808,812‧‧‧發光元件盤
806‧‧‧第一直徑
802‧‧‧第二直徑
814‧‧‧第三直徑
810‧‧‧第四直徑
900‧‧‧第一形狀
902‧‧‧第二形狀
904‧‧‧第三形狀
906‧‧‧第四形狀
圖1是製備發光顯示器的流體組裝方法的流程圖。
圖2A和2B分別是例如可提供在圖1的步驟102中的一個示例性發光基板的局部橫截面和局部平面圖。
圖3是實施圖1的步驟104至步驟108的各個方面的局部橫截面圖。
圖4A和4B分別是示例性的表面貼裝發光二極體（SMLED）的部分橫截面圖和平面圖。
圖5是一個示例性的刷子輔助機構的立體圖。
圖6是被具有柱的發光元件佔據的發光基板的局部橫截面圖。
圖7是製備發光顯示器的流體組裝方法的第一變更實施例的流程圖。
圖8是支持圖7所示的方法的一個實施例版本的平面圖。
圖9是支持圖7所示的方法的第二實施例版本的平面圖。
圖10是製備發光顯示器的流體組裝方法的第二變更實施例的流程圖。
圖11A和圖11B分別是例如可提供於圖1的步驟102中的第二示例性發光基板的局部橫截面圖和局部平面圖。
圖12A和圖12B是呈現發光元件的柱在發光元件表面定向中的功能的局部橫截面圖。
圖13A、圖13B和圖13C是呈現捕獲速度在發光元件的流體組裝上的影響的局部橫截面圖。
圖14是呈現組裝過程中流體組裝懸浮液阻力對發光元件速度的影響的局部橫截面圖。
無

Claims (25)

  1. 一種用於製造發光顯示器的流體組裝方法，改良在於，所述方法包括： 提供發光基板，該發光基板具有頂表面以及複數個列走線和複數個行走線形成的矩陣，該頂表面上形成有複數個井，每個井包括具有第一電介面的底表面，所述複數個列走線和所述複數個行走線形成複數個列/行交叉點，其中每個列/行交叉點與相應的一個井相關聯； 提供發光元件的液體懸浮液； 使該懸浮液流過該發光基板的頂表面； 捕獲所述發光元件於所述複數個井中； 對所述發光基板進行退火；以及 藉由所述退火使每個發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接。
  2. 如請求項1所述的方法，其中：電連接每個發光元件包括將每個發光元件與第一電介面連接，無需形成覆蓋金屬層、附加導電走線、或在基板上引線邦定。
  3. 如請求項1所述的方法，其中：該方法還包括： 使用輔助機構用於分配所述發光元件，所述輔助機構選自由旋轉或非旋轉的刷子、擦拭器、旋轉圓筒、加壓流體和機械振動構成的群； 其中所述捕獲所述發光元件於所述井中包括：藉由所述輔助機構配合所述懸浮液中的發光元件或所述發光基板頂表面，捕獲所述發光元件。
  4. 如請求項3所述的方法，其中：提供所述發光基板包括提供具有長度和寬度的發光基板； 其中使所述懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面包括沿著跨越所述發光基板的長度的第一方向以第一速度供應所述懸浮液； 其中採用所述輔助機構包括採用刷子，所述刷子具有轉軸和至少等於所述發光基板的所述寬度的刷子長度，該刷子的使用如下： 在第一遍中，將沿著所述第一方向平移所述刷子長度以跨越所述發光基板的長度； 所述刷子平移的第一遍的同時，旋轉所述刷子以產生在所述第一速度中的第一區域變數。
  5. 如請求項4所述的方法，其中：使用所述輔助機構包括：以在120至300轉/分鐘（RPM）的範圍的速率旋轉所述刷子；並且以在3至10釐米每秒（cm/s）的範圍的速度平移刷子。
  6. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光基板包括焊料塗覆的第一電介面。
  7. 如請求項1所述的方法，其中：使所述懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面包括形成發光元件在該懸浮液中最大的局部密度為0.3-0.8單層。
  8. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供垂直發光元件，所述垂直發光元件具有帶有第一電接觸部的底面和帶有第二電接觸部的頂面， 其中捕獲所述發光元件於所述複數個井中包括捕獲帶有發光元件的底面直接覆蓋與其對應的井的底表面； 其中將每個所述發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接包括將每個所述發光元件的所述第一電接觸部和與其對應井的第一電介面電連接。
  9. 如請求項1所述的方法，其中：電連接每個所述發光元件包括將每個所述發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接，而不需要在所述發光元件上施加外部壓力。
  10. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供具有從表面延伸的柱的發光元件； 其中使所述液體懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面包括使所述發光元件移動穿過所述基板的頂表面至少部分地是受到在所述發光元件的柱所產生的扭矩的影響。
  11. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供具有從表面延伸的柱的發光元件； 其中捕獲所述發光元件於所述複數個井中包括藉由所述發光元件的柱使表面定向所述發光元件的第一電接觸部直接覆蓋所述井的底表面。
  12. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光基板包括每個所述井包括具有第一電介面和第二電介面的底表面； 其中提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供具有底面和頂面的表面貼裝發光元件，且所述表面貼裝發光元件具有形成在所述頂面的第一電接觸部和第二電接觸部； 其中捕獲所述發光元件於所述複數個井中包括捕獲每一個表面貼裝發光元件的頂面直接覆蓋與其對應的井的底表面； 藉由所述退火使每個所述發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接包括將每個所述表面貼裝發光元件的所述第一電接觸部和與其對應的井的第一電介面電連接，並且將每個所述發光元件的所述第二電接觸部和與其對應的井的第二電介面電連接。
  13. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供含有助焊劑的懸浮液。
  14. 如請求項1所述的方法，其中：該方法還包括： 在捕獲所述發光元件於所述複數個井中之後且在對所述發光基板進行退火之前，用助焊劑填充已被發光元件填充的井。
  15. 如請求項1所述的方法，其中：該方法還包括： 捕獲所述發光元件於所述複數個井的同時，收集未被捕獲的發光元件； 且重新懸浮收集的所述發光元件用於隨後的發光顯示器的製造。
  16. 如請求項1所述的方法，其中：該方法還包括： 形成複數個顏色改變機構，並覆蓋於相對應的複數個發光元件的暴露的表面。
  17. 如請求項1所述的方法，其中：該方法還包括： 形成複數個光擴散機構，並覆蓋於相應的複數個發光元件。
  18. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供一種液體，該液體選自由乙醇、多元醇、酮、鹵代烴和水組成的組。
  19. 如請求項1所述的方法，其中：提供所述發光元件的液體懸浮液包括提供具有被焊料塗覆的電接觸部的發光元件。
  20. 一種用於製造發光顯示器的流體組裝方法，改良在於，所述方法包括： 提供發光基板，所述發光基板具有頂表面以及複數個列走線和複數個行走線形成的矩陣，所述頂表面上形成有複數個井，每個井包括具有第一電介面的底表面，所述複數個列走線和所述複數個行走線形成複數個列/行交叉點，其中每個所述列/行交叉點與相應的一個井相關聯； 提供含有第一類型發光元件的第一液體懸浮液； 使第一懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面； 捕獲所述第一類型發光元件於所述複數個井中； 提供含有第二類型發光元件的第二液體懸浮液； 使第二懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面； 對所述發光基板進行最後的退火；以及 藉由最後的退火使發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接。
  21. 如請求項20所述的方法，其中：該方法還包括： 在最終退火之前，提供含有第三類型表面貼裝發光元件的第三液體懸浮液；以及 使第三懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面。
  22. 如請求項20所述的方法，其中：提供所述發光基板的井包括提供具有第一直徑的複數個圓形的井，並且提供具有小於所述第一直徑的第二直徑的複數個圓形的井； 其中提供所述第一液體懸浮液包括提供具有第三直徑的圓形的第一類型的發光元件盤，所述第三直徑大於所述第二直徑且小於所述第一直徑； 其中提供所述第二液體懸浮液包括提供具有第四直徑的圓形的第二類型的發光元件盤，所述第四直徑小於所述第二直徑。
  23. 如請求項20所述的方法，其中：提供所述發光基板的井包括提供具有第一形狀的複數個井，並且提供具有不同於所述第一形狀的第二形狀的複數個井； 其中提供所述第一液體懸浮液包括提供第一類型的發光元件，所述第一類型的發光元件具有第三形狀，所述第三形狀能夠填充於所述第一形狀的井中但不能填充於所述第二形狀的井中； 其中提供所述第二液體懸浮液包括提供第二類型的發光元件，所述第二類型的發光元件具有第四形狀，所述第四形狀能夠填充於所述第二形狀的井中。
  24. 如請求項20所述的方法，其中：該方法還包括： 在使所述第二懸浮液流動之前，進行初始退火。
  25. 一種用於製造發光顯示器的流體組裝方法，改良在於，所述方法包括： 提供發光基板，所述發光基板具有頂表面、具第一形狀的複數個井和具不同於所述第一形狀的第二形狀的複數個井，每個井包括具有第一電介面的底表面，並提供複數個列走線和複數個行走線形成的矩陣，所述複數個列走線和所述複數個行走線形成複數個列/行交叉點，其中每個所述列/行交叉點與相應的一個井相關聯； 提供含有第一類型發光元件和第二類型發光元件的液體懸浮液，所述第一類型發光元件具有第三形狀，所述第三形狀能夠填充於所述第一形狀的井中但不能夠填充於所述第二形狀的井中，所述第二類型發光元件具有第四形狀，所述第四形狀能夠填充於所述第二形狀的井中但不能夠填充於所述第一形狀的井中； 使所述懸浮液流過所述發光基板的所述頂表面； 捕獲所述第一類型發光元件於所述第一形狀的井中，捕獲所述第二類型發光元件於所述第二形狀的井中； 對所述發光基板進行退火；以及 藉由退火使所述發光元件和與其對應的井的第一電介面電連接。
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