TW202414814A

TW202414814A - 具有發光二極體陣列之顯示器及其製造方法

Info

Publication number: TW202414814A
Application number: TW112147525A
Authority: TW
Inventors: 謝明勳
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2024-04-01
Also published as: TWI827613B; TW202002338A

Abstract

一種顯示器，包括具有複數個電控元件之一基板；一發光二極體陣列，包括一半導體層和複數個發光單元形成於半導體層上；形成於半導體層上之複數個第一電極；形成於基板和發光二極體陣列之間的一黏結層；和複數個波長轉換元件，形成於半導體層上並與發光單元位於半導體層的不同側，波長轉換元件的位置與發光單元之位置相對應，其中波長轉換元件係彼此相距一距離。

Description

具有發光二極體陣列之顯示器及其製造方法

本發明是有關於一種顯示器及其製造方法，且特別是有關於一種具有發光二極體陣列之顯示器及其製造方法。

隨著發光二極體(LED)技術的成熟與演進，直接利用LED達到自發光顯示畫素的全彩LED 顯示器或微型(Micro) LED顯示器的技術也正蓬勃發展中，其應用領域相較於TFT-LCD更為廣泛，包含軟性、透明顯示器，為一可行性高的次世代平面顯示器技術。然而在商業化上，仍有不少的成本與技術瓶頸存在，亟待克服。例如，已知之一主動式發光二極體陣列之顯示器，利用於電極上製作接點(bumps)來電性連接一驅動基板與一發光二極體陣列。然而，此連接方式不但製程困難，接點與發光二極體的電極之間的對位也不容易。再者沒有底材支撐於驅動基板與發光二極體陣列之間，因此用以形成發光二極體陣列的基板(例如藍寶石基板)無法移除。而基板的存在會影響像素之間光訊號，造成互相干擾(cross-talk)，影響顯示品質。

本發明係有關於一種具有發光二極體陣列之顯示器及其製造方法，實施例中，利用於一驅動基板和一發光二極體陣列之間形成黏結層，使原先用以形成發光二極體陣列的長晶基板可以在設置黏結層之後移除，因而解決像素之間光訊號互相干擾的問題。

根據一實施例，係提出一種顯示器，包括具有複數個電控元件之一基板；一發光二極體陣列(LED array)，包括一半導體層和複數個發光單元形成於半導體層上；形成於半導體層上之複數個第一電極；形成於基板和發光二極體陣列之間的一黏結層；和複數個波長轉換元件，形成於半導體層上並與發光單元位於半導體層的不同側，波長轉換元件的位置與發光單元之位置相對應，其中波長轉換元件係彼此相距一距離。

根據一實施例，係提出一種顯示器，包括：具有複數個電控元件之一基板；一發光二極體陣列(LED array)，包括一半導體層和複數個發光單元形成於半導體層上；形成於半導體層上之複數個第一電極；和一黏結層，包括一黏結材料和複數個連接金屬位於黏結材料中，黏結材料填充於基板和發光二極體陣列之間，連接金屬包括：分別對應發光單元的多個第一部份，和對應於第一電極之至少一部分的多個第二部份，其中，該些第一部份之高度係不同於該些第二部份之高度。

根據一實施例，係提出一種顯示器之製造方法，包括：提供一基板，基板具有複數個電控元件；形成複數個連接導體於基板上，其中連接導體包括複數個第一部份和複數個第二部份；提供一發光二極體陣列，此發光二極體陣列包括一半導體層和複數個發光單元形成於半導體層上；對組發光二極體陣列和基板；形成一黏結層於基板和發光二極體陣列之間；和形成複數個波長轉換元件於半導體層上，且波長轉換元件與發光單元位於該半導體層的不同側，其中波長轉換元件的位置與發光單元之位置相對應，且波長轉換元件係彼此相距一距離。而前述形成黏結層的步驟可以在對組發光二極體陣列和基板的步驟之前或之後進行。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

在此揭露內容之實施例中，係提出具有發光二極體陣列之顯示器及其製造方法，利用於一驅動基板(例如CMOS基板)和一發光二極體陣列之間形成黏結層，黏結層包括連接金屬和黏結材料，連接金屬可以提供驅動基板和發光二極體陣列之間的電性連接，而黏結材料則填充於驅動基板和發光二極體陣列之間的空隙並提供支撐。因此，於實施例之顯示器中，原先用以形成發光二極體陣列的長晶基板(例如藍寶石基板)可以在設置黏結層之後移除，而後若依應用需求，可在半導體層上不同於發光單元所在的表面上形成波長轉換層(例如包括量子點螢光粉之波長轉換元件)，完成全彩化。因此，相較於傳統結構，實施例所提出之顯示器不但具有黏結材料可以提供驅動基板和發光二極體陣列之間的支撐力，提升整體結構的穩定度(reliability)。由於移除了長晶基板，除了可以減少顯示器的整體厚度，亦可增加顯示器之可撓性，使應用更為廣泛。若應用於微型發光二極體陣列製造(例如各微型發光二極體係相應於一子像素)，則如實施例提出之沒有長晶基板的顯示器結構可以避免子像素之間光訊號互相干擾(cross talk)。再者，實施例所提出之製造方法，可以適用於電極水平位置(/水平高度)相同或不同的發光二極體(特別是N電極與P電極有不同水平位置/水平高度)與驅動基板之間的充填與電性導通，而黏結層中連接金屬與黏結材料之形成也不會對結構中的相關層和組件造成損傷，也毋須採用耗時且昂貴的製造程序，因此實施例提出之結構與製法實適合量產。

此揭露內容之實施例其應用十分廣泛，以下實施例係以具有微型發光二極體陣列(micro-LED array)之顯示器做舉例說明，但本揭露並不以該些態樣為限。以下係提出相關實施例，配合圖示以詳細說明本揭露所提出之顯示器之相關結構及其製造方法。再者，實施例中相同或類似的標號係用以標示相同或類似之部分，以利清楚說明。然而所提出的實施態樣之敘述，如細部結構、製程步驟和材料應用等等，僅為舉例說明之用，本揭露欲保護之範圍並非僅限於所述之態樣。本揭露並非顯示出所有可能的實施例，相關領域者可在不脫離本揭露之精神和範圍內對實施例之結構和製程加以變化與修飾，以符合實際應用所需。因此，未於本揭露提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者，圖式係已簡化以利清楚說明實施例之內容，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此，說明書和圖示內容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本揭露保護範圍之用。

再者，說明書與請求項中所使用的序數例如”第一”、”第二”…等之用詞，是為了修飾請求項之元件，其本身並不意含及代表該請求元件有任何之前的序數，也不代表某一請求元件與另一請求元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一請求元件得以和另一具有相同命名的請求元件能作出清楚區分。另外，當述及一第一材料層位於一第二材料層上、之上或上方時，除非特別定義，否則可包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形。或者，亦可能間隔有一或更多其它材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。

第1圖係繪示根據本發明一實施例之一種發光二極體陣列與電極之上視圖。於此實施例中，係提出如矩陣排列之一發光二極體陣列，例如是但不限於是微型發光二極體陣列(micro-LED array)，如圖中所示之多個發光單元LU，並將N電極製作為一金屬網格(n-metal grid)為一示例；N電極例如包括：位於發光二極體陣列之外圍的多個導電接墊316P(例如N接墊，第1圖中以4個導電接墊316P為例，但並不限制於此)以及位於相鄰發光單元LU之間的複數個延伸部，包括沿著第一方向D1(例如X方向)延伸之金屬走線3161，和沿著第二方向D2(例如Y方向)上延伸之金屬走線3162，且該些延伸部係電性連接至相應的導電接墊316P。網格狀的N電極可以降低串連電阻值，並使各像素電流路徑的串連電阻值達到接近一致。但本揭露並不以此N電極態樣為限制。

另外，於實際製作時，此發光二極體陣列可以是從含有發光二極體之晶圓(LED wafer)切割出來，例如欲製作出1K*1K的發光二極體陣列時，就需要在陣列的兩個方向上各擺放上1000顆LED；切割後再與一驅動基板(例如一CMOS基板)對接。當然，本揭露並不限制於此，於另一製作例中，亦可整片具有發光二極體之晶圓(LED wafer)和驅動基板(例如CMOS基板)對接。第1圖中發光二極體陣列之外圍，如四個角落處係形成有例如十字形之對準記號(alignment marks)，供驅動基板與具有發光二極體之晶圓對接時作為對準之用；於此示例中，對準記號例如是(但不限制地)形成於鄰近導電接墊316P之末端處。

第2圖為本發明一實施例之顯示器之剖面示意圖，其發光二極體陣列與電極係沿第1圖之剖面線2-2所繪示。實施例之一顯示器包括一發光二極體陣列(LED array)31，與具有多個電控元件之一基板21接合而成。基板21例如是一互補式金氧半導體背板(CMOS backplane)或任何具有控制電路之基板，與發光二極體陣列電性連接後可控制各像素之電流。發光二極體陣列31具有一半導體層311和複數個發光單元LU形成於半導體層311上；且複數個第一電極316，例如N電極(N electrodes)係形成於半導體層311上。實施例之顯示器更包括一黏結層40形成於基板21和發光二極體陣列31之間。如第2圖所示，黏結層40包括一黏結材料41(例如非導電膠體)和複數個連接金屬42位於黏結材料41中，黏結材料41係填滿基板21和發光二極體陣列31之間的空隙，可提供基板21和發光二極體陣列31接合後之支撐力，並可適當阻隔水氣侵蝕電極與進入發光二極體之材料層中。

於實施例中，連接金屬42可包括與發光單元LU相對應之第一部份421，以及與第一電極316之至少一部分相對應之第二部份422。如第2圖所示，連接金屬42包括複數個第一部份421分別對應於發光單元LU，以及複數個第二部份422係對應第一電極316中位於發光二極體陣列31外圍的導電接墊316P。亦即，連接金屬42之第二部份422係對應導電接墊316P。其中，第一部份421之高度d1係不同於第二部份422之高度d2。

再者，實施例之顯示器更包括複數個第二電極317，例如P電極(P electrodes)分別形成於各發光單元LU上，其中連接金屬42之第一部份421係連接於第二電極317。於此微型發光二極體陣列之示例中，P電極(例如第二電極317)係形成於各發光單元LU，而N電極(例如第一電極316)則為複數個發光單元LU所共用。第一電極316與第二電極317的材料可以為透明導電材料或金屬材料。透明導電材料包括但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化錫鋅(ZTO)，氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、氮化鎵(GaN)、磷化鎵(GaP) 、砷化鎵(GaAs)、砷化鎵磷化物(GaAsP)、氧化銦鋅(IZO)、和類金剛石碳(DLC)。金屬材料包括但不限於鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)、錫(Sn)、金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、銻(Sb)、鈷(Co)、以及包含上述的合金。

於此示例中，基板21(具有控制電路)上例如具有複數個接墊22。黏結層40之連接金屬42的另一端係與基板21上的接墊22連接。如第2圖所示，基板21之接墊可包括複數個第一控制接墊221和複數個第二控制接墊222，其中連接金屬42之各第一部份421係分別電性連接第一控制接墊221和第二電極(例如P電極)317，連接金屬42之各第二部份422係分別電性連接第二控制接墊222和位於發光二極體陣列31外圍之導電接墊316P(亦即第一電極316，例如N電極)。於此示例中，導電接墊316P上例如還有連接部316C(connecting portion)，所以連接金屬42之第二部份422例如是透過連接部316C而與導電接墊316P(亦即第一電極316)電性連接。再者，於此示例中，連接部316C的厚度可以等於或是不等於第二電極317的厚度；例如第2圖所示，連接部316C的厚度係略大於第二電極317的厚度，但本揭露對此並不特別限制。

另外，於此示例中，第一電極316如導電接墊316P的水平位置與第二電極317的水平位置不同(例如導電接墊316P的水平位置更接近半導體層311)，而導電接墊316P上的連接部316C亦比第二電極317更接近半導體層311，因此如第2圖所示之黏結層40中，連接金屬42的第一部份421之高度d1係小於第二部份422之高度d2。不過，實施例中可應用之發光二極體的電極設置態樣並不僅限於此第2圖之示例，連接金屬42的第一部份421之高度d1與第二部份422之高度d2會受到實際應用時電極配置與相關層厚度之變化而有所調整，而本揭露之實施例實際上係適用高度d1與d2不同甚至相同的任何結構態樣。再者，雖然於此實施例中係以形成連接部316C為例做說明，但於其他實施例中，第一電極上(例如導電接墊316P上)，亦可能不具有連接部316C，本揭露對此並不多做限制。

再者，實施例中可應用之發光二極體結構態樣，包括相關半導體層與量子井層之層數與配置、電極設置、各層材料以及材料激發後所發出之光色等等，本揭露並不多做限制，第2圖僅簡單繪示其中一種可應用之發光二極體的結構態樣。如第2圖所示，一示例之半導體層311例如是一第一導電型半導體層，而各發光單元LU係包括一活性疊層312(例如多重量子井(Multiple Quantum Well， MQW)和一第二導電型半導體層313形成於活性疊層312上，其中第二電極317係分別形成於各發光單元LU之第二導電型半導體層313上。於一示例中，第一導電型和第二導電型例如分別是N型和P型。

實施例中，第一導電型半導體層311和第二導電型半導體層313例如為包覆層(cladding layer)或限制層(confinement layer)，可分別提供電子、電洞，使電子、電洞於活性疊層312中結合發光。第一導電型半導體層311、活性疊層312、及第二導電型半導體層313可包含Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，例如Al _xIn _yGa _(1-x-y)N或Al _xIn _yGa _(1-x-y)P，其中0≦x、 y≦1；（x+y）≦1。依據活性疊層312之材料，發光單元LU可發出一峰值介於580nm和700nm之間的紅光，峰值介於530 nm及570 nm之間的綠光，峰值介於450 nm及490 nm之間的藍光，或峰值介於380 nm及420 nm之間，例如是400 nm的UV光。於一示例中，第一導電型半導體層311係為N-GaN，活性疊層312係為多重量子井(MQW)，一第二導電型半導體層313係為P-GaN，各發光單元LU發出峰值介於450 nm及490 nm之間的藍光，之後可透過波長轉換元件例如包括量子點螢光粉(Quantum dot phosphors，QD phosphors)之紅色波長轉換元件和綠色波長轉換元件的設置，完成全彩化。

再者，於一示例中，顯示器更包括一絕緣層315覆蓋半導體層311和發光單元LU，且絕緣層315暴露出各發光單元LU之第二導電型半導體層313的部分表面313a，各第二電極317(例如 P電極)係形成於表面313a上與第二導電型半導體層313接觸，其中黏結層40之連接金屬42的第一部份421係分別連接各發光單元LU的第二電極317，如第2圖所示。

根據本揭露提出之實施例，除了黏結層40中的連接金屬42可提供基板21和發光二極體陣列31之間的電性連接，黏結層40中的黏結材料41則填充於基板21和發光二極體陣列31之間的空隙以提供支撐，因此，原先用以形成發光二極體陣列的長晶基板(例如藍寶石基板)可以在形成黏結層40後(包括形成連接金屬42)移除，而後可於半導體層311上不同於發光單元LU所在的表面上形成波長轉換元件45，例如量子點螢光粉(QD phosphors)，以完成全彩化。以下係提出一種顯示器之製作方法，以作示例說明。

第3A-3E圖係繪示本發明一實施例之顯示器的製作方法。第3A-3E圖與第2圖中相同之元件係沿用相同標號，以利清楚說明。如第3A圖所示，係分別提供一基板21(例如一CMOS背板)和一發光組件(例如一LED晶圓)，發光組件包括了一長晶基板310以及如前述之發光二極體陣列31、絕緣層315、第一電極316、第二電極317。基板21與發光二極體陣列31所包括之元件配置細節，請參照上述內容，在此不贅述。於一示例中，長晶基板310例如是圖形化之一藍寶石基板，可利用例如有機金屬化學氣相沈積(metal organic chemical-vapor deposition，MOCVD) 的方式生長出例如包含有氮化鎵(GaN) 的磊晶層。

之後，形成一黏結層40，包括黏結材料41和複數個連接金屬42，於基板21和發光二極體陣列31之間，如第3B圖所示。其中，連接金屬42包括對應發光單元LU的第一部份421，以及對應第一電極例如導電接墊316P的第二部份422。連接金屬42之配置細節，請參照上述內容，在此不贅述。

基板21和包括發光二極體陣列31的發光組件(例如LED晶圓)完成接合後，黏結材料41係填充基板21和發光組件之間的空隙，以做支撐。接著，如第3C圖所示，可移除長晶基板310。一示例中，可利用雷射剝離(Laser lift-off)方式移除長晶基板310。

之後，如第3D圖所示，由於有黏結材料41的支撐，可在半導體層311上於不同發光單元LU所在的表面上形成波長轉換元件45，其材料例如是量子點(Quantum dot，QD，為一種高效的螢光發光晶體)。於一示例中，當QD受到短波長（高能量）的藍光激發後，會放出長波長（低能量）的光子，放出的光子具有狹窄光譜分布與可調控性峰值，可藉由控制QD的製程控制尺寸大小、調整峰值及尺寸的分布，使其具有窄光譜分布特性，因而達到轉換不同光色。例如，在發光單元LU包括藍光GaN層之示例中，可包括多個紅色波長轉換元件45R和多個綠色波長轉換元件45G。其中一個紅色波長轉換元件45R(發出峰值介於580nm和700nm之間的紅光) 設置於一個發光單元LU之上、一個綠色波長轉換元件45G(發出峰值介於530 nm及570 nm之間的綠光) 設置於一個發光單元LU之上和沒有設置波長轉換元件於其上的一個發光單元LU(藍光GaN層發出峰值介於450 nm及490 nm之間的藍光)構成一個RGB像素，據此形成多個RGB像素，以完成全彩化顯示。於一示例中，半導體層311例如具有相對之第一表面311a和第二表面311b(亦即，上下表面)，其中第一表面311a係朝向基板21；而發光單元LU形成於第一表面311a上，波長轉換元件45(例如紅色波長轉換元件45R和綠色波長轉換元件45G)形成於第二表面311b上且分別與不同的發光單元LU之位置相對應，其中該些波長轉換元件45係彼此相距一距離。根據實施例，沒有長晶基板的顯示器結構，可以避免像素之間光訊號互相干擾(cross talk)，也可減少顯示器的整體厚度和增加可撓性。

接著，如第3E圖所示，係形成一防水層46於半導體層之第二表面311b上並覆蓋波長轉換元件45(45R/45G)。於一示例中，波長轉換元件45例如為量子點(QD)螢光粉材料層，防水層46係為一透明防水膜，其材質例如是環氧樹脂(epoxy)或其他可以阻絕水氣之具有高度透光性(例如對於發光單元所發出的光的穿透係數大於90％)的材料，以保護容易受水氣影響特性的量子點螢光粉材料。

再者，於上述如第3D圖所示之步驟中，可利用微影(lithography)製程形成波長轉換元件。請參照第4A-4C圖，其繪示本發明一實施例中一波長轉換元件的一種製法。如第4A圖所示，係形成一光阻PR於半導體層311上；接著，利用曝光顯影形成一圖案化光阻PR’，如第4B圖所示。其中，圖案化光阻PR’包括開口其對應後續形成紅色波長轉換元件45R之位置。然後，形成紅色波長轉換元件45R和去除圖案化光阻PR’，如第4C圖所示。同樣地，可利用如第4A-4C圖之步驟形成綠色波長轉換元件45G，以完成如第3D圖所示之波長轉換元件45之製作。

另外，雖然於上述示例中，係以發光單元LU包括藍光GaN層以及形成紅色波長轉換元件45R和綠色波長轉換元件45G為例做說明(如第2、3A-3E圖)，但本揭露並不限制於此態樣。於實際應用中，係依發光單元LU發出之光色做波長轉換元件的適當設置。例如於一應用例中，如發光單元LU包括紫外光(UV)LED，則需設置藍色波長轉換元件，以將非可見光的UV光轉換成藍光。第5圖係為本發明另一實施例之顯示器之剖面示意圖。第5圖與第3D圖中相同元件係標示相同標號，以利清楚說明，且該些元件之內容請參照如上，此處不重複贅述。如第5圖之示例中，於半導體層311上係形成紅色波長轉換元件45、綠色波長轉換元件45G和藍色波長轉換元件45B，據此形成RGB像素，完成全彩化顯示。

再者，於一些實施例中，更可於波長轉換元件外圍形成低透光性材料或非透光性材料，例如不透明材料。第6圖係為本發明又一實施例之顯示器之剖面示意圖。第6圖與第3D圖中相同元件係標示相同標號，以利清楚說明，且該些元件之內容請參照如上，此處不重複贅述。如第6圖之示例中，於半導體層311上該些波長轉換元件之外圍係形成不透明材料OM，例如圍繞紅色波長轉換元件45R和綠色波長轉換元件45G的四周，以減少光相互干擾(cross-talk)的情形。不透明材料例如是黑色、白色或其他不透明材料，如：黑色顏料、白色顏料，黑色顏料的材料例如炭黑（Carbon Black），白色顏料例如氧化鈦、二氧化矽、氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅、硫化鋅、氧化鋯。

另外，第7圖係為本發明再一實施例之顯示器之剖面示意圖。第7圖與第2圖中相同或類似之元件係標示相同或類似的標號，以利清楚說明。於此示例中，第一電極316(如導電接墊316P)的水平位置與第二電極317的水平位置不同(例如導電接墊316P的水平位置更接近半導體層311)。於此示例中，在第一電極上方，例如導電接墊316P上，並沒有形成連接部316C，因此如第7圖所示之連接金屬42，其第二部份422係直接連接導電接墊316P(亦即第一電極)與基板21之第二控制接墊222；換句話說，第7圖中之第二部份422之高度d2’係大於第2圖中第二部份422之高度d2。當然，實施例中可應用之連接金屬42的第一部份421與第二部份422之設置態樣，以及第一電極316與第二電極317的相對水平位置並不僅限於如第2、7圖之示例。連接金屬之高度d1與d2不同或者接近，以及第一電極316與第二電極317的水平位置不同或者接近，皆屬本揭露實施例可應用之結構態樣，然而對於第一電極316與第二電極317的水平位置有明顯落差(i.e.連接金屬之高度d1與d2不同)的結構態樣，實施例提出之製法更可以確保基板21和發光二極體陣列之電極的電性導通。以下係提出其中一種黏結層之製法示例。

第8A、8B圖係繪示本發明一實施例之一接合製程。其中，第8A圖為接合製程中加熱前之狀態，第8B圖為接合製程中加熱後之狀態。再者，第8A、8B圖與第3A、3B圖中相同之元件係沿用相同標號，以利清楚說明。於此示例中，係於接合製程中使用一自對組導電膠(self-assembly conductive paste，SAP)。

如前述，係在基板21(例如一CMOS背板)和一發光組件(例如一LED晶圓，包括了一長晶基板310、發光二極體陣列31、絕緣層315、第一電極316、第二電極317等部件)之間，填入一自對組導電膠(SAP)，自對組導電膠(SAP)包括一非導電膠體410和複數個導電粒子420，在未進行加熱前導電粒子420係近似均勻地分散於非導電膠體410中，如第8A圖所示；亦即，導電粒子420在非導電膠體410中對應於第一電極316和第二電極317區域的分布密度係與對應電極以外區域的分布密度相近。接著，於接合製程中對構裝件進行加熱，例如是在一低溫範圍(例如溫度約140℃～180℃)進行快速加熱(例如加熱時間約30秒～3分鐘)，則導電粒子420熔融，與電極接合導通，如第8B圖所示，導電粒子420聚集於對應第一電極316/第二電極317處與控制接墊221/222之間，而構成如上述實施例所述之連接金屬42的第一部份421與第二部份422。而非導電膠體410與未形成連接金屬42的導電粒子420則形成如上述實施例所述之黏結層40的黏結材料41。接合製程後的非導電膠體410亦因加熱而固化。

其中，導電粒子420包含有熔點低於300℃的金屬材料。金屬材料可以是元素、化合物、或合金，例如：鉍(Bi)、錫(Sn)、銀(Ag)、銦(In)、或其合金(例如：錫鉍銀合金)。當導電粒子21為合金時，導電粒子21的熔點是指合金的共晶點。非導電膠體410可以是熱固性聚合物，例如：環氧樹脂(epoxy)、矽氧樹脂(silicone)、聚甲基丙烯酸甲酯、以及環硫化物(episulfide)。非導電膠體410可以在固化溫度下固化。於示例中，導電粒子420的熔點例如低於非導電膠體410的固化溫度。如第8A圖所示，在加熱步驟之前，導電粒子420的粒徑被定義為導電粒子420的直徑，而兩個相鄰的第二電極317之間的最短距離優選地是導電粒子420的粒徑的兩倍以上。於一示例中，導電粒子420例如是錫球；於一示例中，錫球粒徑係在1μm至50μm範圍之間(1μm≤錫球粒徑≤50μm)。但該些數值僅提出做為舉例說明，而非用以限制本揭露之用。

對於第一電極316與第二電極317的水平位置不同(連接金屬之高度d1與d2不同)的結構態樣，若是使用異方性導電膜(ACF)壓合，以分別接合第一電極316/第二電極317與基板21上的控制接墊221/222，則不等高的第一電極316與第二電極317在壓合時可能會有受力不均的現象產生，導致第二電極317與控制基板之間導通不良。因此，相較於傳統於電極上鍍製接點(bumps)、或是使用異方性導電膜(ACF)接合的方式，實施例所提出之黏結層製法，例如利用上述SAP(加熱後可自對組之特性，無須加壓)，可以確保基板21和發光二極體電極之間的電性導通，也避免了受力不均的現象產生，特別是第一電極316與第二電極317的水平位置不同(連接金屬之高度d1與d2不同)的結構態樣。再者，也由於SAP具有加熱後可自行組裝之特性，沒有傳統用接點對位不易的問題，製作上亦快速容易，因此適合量產。

除了如上述示例之自對組異向性導電膠，亦可選用其他材料與製法，以完成實施例之黏結層40的設置。第9圖係繪示本發明另一實施例之顯示器的剖面示意圖。第9圖與第2圖中相同或相似之元件係沿用相同或相似標號，且相同元件之說明請參照上述，於此不贅述。如第9圖所示，於此示例中，黏結層50可包括黏結材料51和複數個連接金屬52，連接金屬52包括複數個第一部份521和複數個第二部份522，其中第一部份521對應發光單元LU(第二電極317)，第二部份522係對應導電接墊316P(第一電極316)。其連接和設置方式之詳細內容請參照上述如第2圖所示之第一部份421與第二部份422。如第2圖所示之一實施例中，連接金屬42例如是由導電粒子420於加熱步驟中熔融並聚集而形成。而如第9圖所示之一實施例中，連接金屬52例如是以曝光顯影方式形成金屬體或其他導電體。可應用之黏結層50的連接金屬52例如是金屬體(metal dots，例如：銦(In)、錫(Sn))或其他導電體(例如柱體、顆粒等不限形狀之導電物)，而黏結層50的黏結材料51例如是具有高度透光性的高分子，例如苯並環丁烯(Benzocyclobutene)類高分子(BCB-based polymers)或樹脂。BCB類高分子是具有低介電特性的熱固型高分子，其具有優良的接合能力、抗化學腐蝕性，以及良好接合強度。樹脂的材料例如包括熱固型高分子以及助焊劑，熱固型高分子例如是環氧樹脂。其他具有高度透光性(例如對於發光單元所發出的光的穿透係數大於90％)並具有黏結特性的材料，亦可以應用，並不僅限於BCB類高分子或樹脂。

關於形成如第9圖所示之顯示器，以下係提出其中兩種製法，以做示例說明。

第10A-10F圖係繪示如第9圖所示之顯示器的其中一種製法。第10A-10F圖與第3A-3E圖中相同元件係沿用相同標號，且相關元件之內容可以參考前述相關段落。如第10A圖所示，首先提供一基板21(具有控制電路，例如一CMOS背板)，其上例如具有複數個接墊22(例如第一控制接墊221和第二控制接墊222)。接著，形成光阻PR於基板21上方，如第10B圖所示。對光阻PR進行曝光顯影形成圖案化光阻PR’，而於對應後續欲形成之連接金屬52處形成多個開口，如第10C圖所示。之後，透過開口例如以蒸鍍方式形成金屬體(如銦、錫、銅、金、鋁、銀)或其他導電體，以形成連接金屬52的第一部份521和第二部份522，並移除圖案化光阻PR’，如第10D圖所示。接著，第10D圖中的結構與發光二極體陣列31對接，並於基板21及發光二極體陣列之間填入黏結材料51，如第10E圖所示。然後，形成波長轉換元件45(例如45R/45G或 45R/45G/45B，視發光單元的光色而定)，如第10F圖所示。

第11A-11G圖係繪示如第9圖所示之顯示器的其中另一種製法。第11A-11G圖與第3A-3E圖中相同元件係沿用相同標號，且相關元件之內容可以參考前述相關段落。如第11A圖所示，首先提供一基板21(具有控制電路，例如一CMOS背板)，其上例如具有複數個接墊22(例如第一控制接墊221和第二控制接墊222)。接著，形成光阻PR於基板21上方，如第11B圖所示。對光阻PR進行曝光顯影形成圖案化光阻PR’，而於對應後續欲形成之連接金屬52的第一部份521和第二部份522處形成多個開口，如第11C圖所示。之後，透過開口例如以蒸鍍方式形成金屬體(如銦、錫、銅、金、鋁、銀)或其他導電體，以形成第一部份521和第二部份522，並移除圖案化光阻PR’，如第11D圖所示。接著，將尚未固化的黏結材料51形成在基板21上並覆蓋連接金屬52，如第11E圖所示。第11E圖中的結構再與發光二極體陣列31對接，如第11F圖所示；於此步驟中係包含熔融第一部份521和第二部份522，因此，第一部份521和第二部份522例如分別與第二電極317和連接部316C接合。黏結材料51在第一部份521和第二部份522分別與第二電極317和連接部316C接合後被固化。

根據上述之示例，可先形成連接金屬42/52，再填入黏結材料41/51，並根據選用黏結材料的特性進行適當製程(例如加熱或照光等)以固化黏結材料41/51，完成實施例之黏結層40/50的設置接合。本揭露對於實施例之黏結層的材料與設置方式，例如黏結材料41/51是在基板21(具有控制電路)與發光二極體陣列31對接之前或之後而設置，並不特別限制。

再者，上述示例中，例如第2-9圖，其連接金屬42/52之側壁係直線繪製以做說明，但實際應用時連接金屬42/52的剖面形狀並不侷限於如第2-9圖中所繪之直線形側壁，連接金屬42/52之側壁(或最外側表面)可能呈彎曲形狀或其他例如不規則形狀，係視黏結層的材料選擇和/或製程步驟而定，例如選用SAP作為黏結層時導電粒子420受熱而熔融並聚集於電極處所構成的連接金屬42其側壁可能呈彎曲狀，或者固化黏結材料41/51時可能會使連接金屬42/52的剖面形狀產生變化。因此，實施例所例舉之圖示僅作說明之用，並非用以限制本揭露。

另外，上述示例，例如第2-9圖係以如第1圖所示之網格狀N電極為例，以做其中實施例之說明，但本揭露並不侷限於此。非網格狀之N電極亦可應用本揭露之實施例。以下係提出其中一種非網格狀之N電極態樣做另一示例之說明。

第12圖係繪示根據本發明另一實施例之發光二極體陣列與電極之上視圖。第13圖為本發明一實施例之顯示器之剖面示意圖，其發光二極體陣列與電極係沿第12圖之剖面線13-13所繪示。請同時參照第12、13圖。第12、13圖與第1、2圖中相同或相似之元件係沿用相同或相似標號，且相同元件之說明請參照上述，於此不贅述。不同於第1圖之網格狀第一電極(例如N電極)，如第12圖所示之第一電極係包含位於發光二極體陣列外圍的導電接墊316P(例如N接墊)，而沒有設置如第1圖之延伸部例如沿著第一方向D1、第二方向D2(例如X、Y方向)延伸之金屬走線3161、3162。因此如第13圖所示之發光二極體陣列中，並沒有延伸部位於兩兩相鄰的發光單元LU之間。雖然如第12圖示例之非網格狀N電極，其電阻值大於第1圖之網格狀N電極，但亦屬本揭露可應用之N電極態樣其中之一。本揭露並沒有對可應用之N電極態樣多做限制。

根據上述，實施例係提出具有發光二極體陣列之顯示器，包括一驅動基板(例如CMOS基板)、一發光二極體陣列和一黏結層形成於兩者之間，其中黏結層包括連接金屬和黏結材料，連接金屬可以提供驅動基板和發光二極體陣列之間的電性連接，而黏結材料則填充於驅動基板和發光二極體陣列之間的空隙以提供支撐，並可適當阻隔水氣侵蝕電極與進入發光二極體的材料層中。據此，原先用以形成發光二極體陣列的長晶基板(例如藍寶石基板)可以在設置黏結層之後移除，因此實施例之顯示器不具有長晶基板。若應用於微型發光二極體陣列製造，各微型發光二極體係相應於一子像素，則如實施例提出之沒有長晶基板的顯示器結構可以避免子像素之間光訊號互相干擾。而且沒有長晶基板亦可以減少顯示器的整體厚度，增加顯示器之可撓性，使應用更為廣泛。再者，實施例所提出之製造方法，特別適合用於電極水平位置(/水平高度)不同的發光二極體與驅動基板之間的充填與電性導通，而黏結層中連接金屬與黏結材料之形成也不會對結構中的相關層和組件造成損傷，也毋須採用耗時且昂貴的製造程序，因此實施例提出之結構與製法實適合量產。

如上述圖示之結構和步驟，是用以敘述本揭露之部分實施例或應用例，本揭露並不限制於上述結構和步驟之範圍與應用態樣。其他不同結構態樣之實施例，例如不同內部組件的已知構件都可能可以應用，其示例之結構和步驟可根據實際應用之條件需求或材料選擇而調整。因此圖示之結構僅為舉例說明之用，而非限制之用。通常知識者當知，應用本揭露之相關結構和步驟過程，例如發光二極體陣列、電極、控制基板等相關元件和層的配置，或是製造步驟等，都可能以依實際應用樣態所需而可能有相應的調整和變化。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

21:基板 22:接墊 221:第一控制接墊 222:第二控制接墊 31:發光二極體陣列 LU:發光單元 310:長晶基板 311、313:半導體層 311a:第一表面 311b:第二表面 313a:第二導電型半導體層之表面 312:活性疊層 315:絕緣層 316:第一電極 316P:導電接墊 316C:連接部 3161、3162:走線 317:第二電極 40、50:黏結層 41、51:黏結材料 42、52:連接金屬 421、521:第一部份 422、522:第二部份 d1:第一部份之高度 d2、d2’:第二部份之高度 45:波長轉換元件 45R:紅色波長轉換元件 45G:綠色波長轉換元件 45B:藍色波長轉換元件 46:防水層 410:非導電膠體 420:導電粒子 PR:光阻 PR’:圖案化光阻 OM:不透明材料

第1圖係繪示根據本發明一實施例之一種發光二極體陣列與電極之上視圖。第2圖為本發明一實施例之顯示器之剖面示意圖，其發光二極體陣列與電極係沿第1圖之剖面線2-2所繪示。第3A-3E圖係繪示本發明一實施例之顯示器的製作方法。第4A-4C圖繪示本發明一實施例中一波長轉換元件的其中一種製法示例。第5圖係為本發明另一實施例之顯示器之剖面示意圖。第6圖係為本發明又一實施例之顯示器之剖面示意圖。第7圖係為本發明再一實施例之顯示器之剖面示意圖。第8A、8B圖係繪示本發明一實施例之一接合製程。第9圖係繪示本發明另一實施例之顯示器的剖面示意圖。第10A-10F圖係繪示如第9圖所示之顯示器的其中一種製法。第11A-11G圖係繪示如第9圖所示之顯示器的其中另一種製法。第12圖係繪示根據本發明另一實施例之發光二極體陣列與電極之上視圖。第13圖為本發明一實施例之顯示器之剖面示意圖，其發光二極體陣列與電極係沿第12圖之剖面線13-13所繪示。

21:基板

221:第一控制接墊

31:發光二極體陣列

311、313:半導體層

311b:第二表面

312:活性疊層

316:第一電極

3162:走線

317:第二電極

41:黏結材料

421:第一部份

d1:第一部份之高度

45:波長轉換元件

45G:綠色波長轉換元件

22:接墊

222:第二控制接墊

LU:發光單元

311a:第一表面

313a:第二導電型半導體層之表面

315:絕緣層

316P:導電接墊

316C:連接部

40:黏結層

42:連接金屬

422:第二部份

d2:第二部份之高度

45R:紅色波長轉換元件

Claims

一種顯示器，包括：一基板，具有複數個接墊；一發光二極體陣列，位於該基板上，包括：一第一半導體層、複數個活性層彼此分離地形成於該第一半導體層之　下、以及複數個第二半導體層相應地形成於該複數個活性層之下；一第一電極，形成於該第一半導體層之下並與該第一半導體層電性連接；以及複數個第二電極，相應地形成於該複數個第二半導體層之下；一黏結層，形成於該基板和該發光二極體陣列之間；複數個波長轉換元件，彼此分離地形成於該發光二極體陣列上並覆蓋該複數個活性層中至少部分活性層；以及一不透明材料層，形成於該發光二極體陣列上用以分隔該複數個波長轉換元件。
如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該發光二極體陣列和該複數個波長轉換元件之間沒有長晶基板。
如請求項第1項所述之顯示器，其中，該黏結層包括一黏結材料以及複數個連接金屬，該複數個連接金屬被該黏結材料圍繞。
如請求項第3項所述之顯示器，其中，該黏結材料填充於該複數個連接金屬、該基板、以及該發光二極體陣列之間。
如請求項第1項所述之顯示器，還包括一透明層位於該複數個波長轉換元件之上。
如請求項第1項所述之顯示器，其中，該複數個活性層具有一個活性層未被該複數個波長轉換元件覆蓋。
如請求項第1項所述之顯示器，還包括一金屬層，形成於該複數個活性層中之兩相鄰的活性層之間，並位於該第一半導體層之下。
如請求項第1項所述之顯示器，還包括複數個連接金屬，分別覆蓋該複數個接墊；其中，複數個連接金屬中至少二者的高度不同。
如請求項第1項所述之顯示器，其中，該第一電極與該複數個第二電極具有不同的電性，且該第一電極較該複數個第二電極具有較大的厚度。