TWI523267B - 發光二極體陣列的製作方法以及發光二極體顯示裝置的製作方法 - Google Patents

Description

發光二極體陣列的製作方法以及發光二極體顯示裝置的製作 方法

本發明係關於一種發光二極體陣列以及發光二極體顯示裝置的製作方法，尤指一種利用先於一基板之表面上生成無機發光材料，再將此基板與另一基板進行貼合以進行後續之圖案化製程而形成發光二極體之發光二極體陣列與發光二極體顯示裝置的製作方法。

發光二極體(light emitting diode,LED)因具有環保特性、高光電轉換效率、體積小、壽命長、波長固定與低發熱等優點，已經廣泛的運用於生活環境中。例如，大至城市中的大型顯示看板、街道上的交通號誌，小至電器開關指示燈、螢幕的背光源等，都可以看見逐漸由發光二極體取代傳統光源的趨勢。

目前LED在顯示器方面的主要應用是用於液晶面板之背光模組，也就是用以提供所謂的白光光源。現行的LED白光光源一般係以藍色或紫外光LED搭配磷光材料來產生白光或是以三原色的LED進行混色來達到白光發光的效果。然而，上述之方式仍存在製程困難與成本較高等問題待克服。此外，目前業界亦有發表直接使用RGB LED構成顯示畫素之LED顯示器，由於其中各種顏色的發光二極體係分別製作完成 後再藉由取放(pick and place)方式鑲嵌於基板上，故造成製程繁瑣、重工不易以及製程設備成本過高等問題而不利於量產化。

本發明之主要目的之一在於提供一種發光二極體陣列以及發光二極體顯示裝置的製作方法。利用先於一基板之表面上生成無機發光材料，再將此基板與另一基板進行貼合以進行後續之圖案化製程而形成發光二極體。藉此達到簡化製程與降低生產成本的效果。

為達上述目的，本發明之一較佳實施例提供一種發光二極體陣列的製作方法，包括下列步驟。首先，提供第一基板與第二基板。於第一基板之第一表面形成無機發光材料，並於無機發光材料上形成透明導電層。將形成有無機發光材料之第一基板之第二表面與第二基板進行貼合。接著，將至少部分之第一基板移除以形成複數個下電極，將至少部分之無機發光材料移除以形成複數個發光材料單元，以及將至少部分之透明導電層移除以形成複數個上電極。各發光材料單元係形成於對應之上電極與下電極之間，且各發光材料單元係與對應之上電極與下電極形成發光二極體。

為達上述目的，本發明之一較佳實施例提供一種發光二極體顯示裝置的製作方法，包括下列步驟。首先，提供第一基板與第二基板。於第一基板之第一表面形成無機發光材料，並於無機發光材料上形成透明導電層。將形成有無機發光材料之第一基板之第二表面與第二基板進行貼合。接著，將至少部分之第一基板移除以形成複數個下電極，將至少部分之無機發光材料移除以形成複數個發光材料單元，以及將至少部分之透明導電層移除以形成複數個上電極。各發光材料單元係形成於對應之上電極與下電極之間，且各發光材料單元係與對應之上電極與下電 極形成發光二極體。然後，形成複數個彩色濾光單元，且各彩色濾光單元係與至少一發光二極體互相對應。

100‧‧‧發光二極體陣列

110‧‧‧第一基板

110A‧‧‧第一表面

110B‧‧‧第二表面

111‧‧‧下電極

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧無機發光材料

131‧‧‧n型氮化鎵奈米棒

132‧‧‧氮化銦鎵奈米盤

133‧‧‧p型氮化鎵奈米棒

134‧‧‧阻擋層

139‧‧‧發光材料單元

140‧‧‧透明導電層

141‧‧‧上電極

150‧‧‧發光二極體

161‧‧‧第一絕緣層

162‧‧‧第二絕緣層

171‧‧‧下電極導線

172‧‧‧上電極導線

200‧‧‧發光二極體顯示裝置

210‧‧‧第三基板

220‧‧‧彩色濾光單元

221‧‧‧第一彩色濾光單元

222‧‧‧第二彩色濾光單元

223‧‧‧第三彩色濾光單元

230‧‧‧黏合層

L1‧‧‧第一色光

L2‧‧‧第二色光

L3‧‧‧第三色光

PX‧‧‧畫素區

V1‧‧‧第一開口

V2‧‧‧第二開口

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

Z‧‧‧垂直投影方向

第1圖至第8圖繪示了本發明之較佳實施例之發光二極體陣列之製作方法的示意圖。

第9圖繪示了本發明之較佳實施例之發光二極體陣列的上視示意圖。

第10圖繪示了本發明之較佳實施例之發光二極體顯示裝置之製作方法的示意圖。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考第1圖至第9圖。第1圖至第8圖繪示了本發明之較佳實施例之發光二極體陣列之製作方法的示意圖。第9圖繪示了本實施例之發光二極體陣列的上視示意圖。為了方便說明，本發明之各圖式僅為示意以更容易了解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。本實施例提供一種發光二極體陣列的製作方法，包括下列步驟。首先，如第1圖所示，提供第一基板110，並於第一基板110之第一表面110A形成無機發光材料130。本實施例之第一基板110較佳可包括含重摻雜的N型矽基板，但本發明並不以此為限而亦可視需要使用其他種類之導電基板、半導體基板以及非絕緣基板。無機發光材料130可包括氮化鎵(gallium nitride,GaN)、氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)或其他適合之無機發光材料。舉例來說，本實施例之無機發光材料130較佳 可包括複數個n型氮化鎵奈米棒(nanorod)131、複數個p型氮化鎵奈米棒133以及複數個氮化銦鎵奈米盤(nanodisk)132，且氮化銦鎵奈米盤132係形成於n型氮化鎵奈米棒131與p型氮化鎵奈米棒133之間。換句話說，n型氮化鎵奈米棒131、氮化銦鎵奈米盤132以及p型氮化鎵奈米棒133較佳係沿垂直於第一基板110之垂直投影方向Z上依序堆疊形成於第一基板110之第一表面110A上，但並不以此為限。上述之n型氮化鎵奈米棒131、p型氮化鎵奈米棒133以及氮化銦鎵奈米盤132較佳係以分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)方式形成於第一基板110上，但並不以此為限。各氮化銦鎵奈米盤132可藉由不同製程溫度形成，用以獲得所需之搭配效果。此外，n型氮化鎵奈米棒131與氮化銦鎵奈米盤132之間、氮化銦鎵奈米盤132與p型氮化鎵奈米棒133之間以及各氮化銦鎵奈米盤132之間亦可視需要形成阻擋層134，而阻擋層134亦可由氮化鎵形成，但並不以此為限。

然後，如第2圖所示，於無機發光材料130上形成透明導電層140，並提供第二基板120，且將形成有無機發光材料130之第一基板110之第二表面110B與第二基板120進行貼合。第二表面110B係相對於第一表面110A之另一表面。透明導電層140較佳可包括透明導電材料例如氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)與氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)或其他適合之透明導電材料。值得說明的是，本實施例之透明導電層140可視製程搭配考量於第一基板110與第二基板120進行貼合之前或之後形成。接著，如第3圖所示，將至少部分之透明導電層140以及無機發光材料130移除，以部分暴露出第一基板110。然後，如第3圖與第4圖所示，進一步將至少部分之透明導電層140移除以形成複數個上電極141，將至少部分之無機發光材料130移除以形成複數個發光材料單元139，以及將至少部分之第一基板 110移除以形成複數個下電極111，如此，可形成複數個發光二極體150並定義出複數個畫素區PX。另請注意，上述之將部分之第一基板110、無機發光材料130以及透明導電層140移除的方式較佳可藉由黃光微影製程與蝕刻製程來進行，但並不以此為限。此外，考量第一基板110、無機發光材料130以及透明導電層140依據其材料選擇及蝕刻特性的不同，第一基板110、無機發光材料130以及透明導電層140可藉由同一蝕刻製程一起達到部分移除的效果或是亦可視需要以複數次不同的蝕刻製程分別部分移除第一基板110、無機發光材料130以及透明導電層140。各發光材料單元139係形成於對應之上電極141與下電極111之間，且各發光材料單元139係與對應之上電極141與下電極111形成發光二極體150。換句話說，本實施例之發光二極體陣列之製作方法係為利用蝕刻製程形成下電極111後於第二基板120上定義出以陣列方式排列之複數個畫素區PX，且各發光二極體150係形成於各畫素區PX內。

如第5圖所示，本實施例之發光二極體陣列之製作方法更包括於各發光二極體150形成之後形成絕緣層於第二基板120上，覆蓋發光二極體150與第二基板120。然後，將部分絕緣層移除以形成具有複數個第一開口V1的第一絕緣層161，且各第一開口V1係部分暴露出各下電極111。接著，如第6圖所示，形成複數條下電極導線171，且各下電極導線171係透過第一開口V1與對應之下電極111電性連接。然後，如第7圖所示，形成另一絕緣層於第二基板120上，覆蓋第一絕緣層161與下電極導線171，並將部分絕緣層以及部分之第一絕緣層161移除以形成具有複數個第二開口V2之第二絕緣層162。各第二開口V2係同時貫穿第二絕緣層162與第一絕緣層161而部分暴露出各上電極141。之後，如第8圖所示，形成複數條上電極導線172，且各上電極導線172係透過第二開口V2與對應之上電極141電性連接。藉由上述各步驟可 完成如第8圖所示之發光二極體陣列100。

如第8圖與第9圖所示，第9圖繪示發光二極體陣列的上視示意圖，在本實施例之發光二極體陣列100中，下電極導線171較佳係沿第一方向X延伸，上電極導線172較佳係沿第二方向Y延伸，且第一方向X較佳係垂直於第二方向Y，但並不以此為限。第一絕緣層161與第二絕緣層162可各別包括無機材料例如氮化矽(silicon nitride)、氧化矽(silicon oxide)、氮氧化矽(silicon oxynitride)或氮摻雜碳化矽(nitrogen-doped silicon carbide,SiCN)、有機材料例如丙烯酸類樹脂(acrylic resin)或其它適合之絕緣材料。下電極導線171與上電極導線172較佳可包括非透明導電材料例如銀、鋁、銅、鎂或鉬、透明導電材料例如氧化銦錫、氧化銦鋅與氧化鋁鋅、上述材料之複合層或上述材料之合金，但並不以此為限。值得說明的是，本實施例之發光二極體150較佳係利用發光材料單元139中的n型氮化鎵奈米棒131、氮化銦鎵奈米盤132以及p型氮化鎵奈米棒133的堆疊結構形成白光發光效果，但並不以此為限。此外，本實施例之發光二極體陣列100可視需要設置複數個控制元件(圖未示)以分別控制各發光二極體150的發光狀況來達到主動陣列(active matrix)的驅動效果，但本發明並不以此為限而亦可視需要以被動陣列(passive matrix)的方式驅動發光二極體陣列100。

請參考第10圖，並請一併參考第1圖至第8圖。第10圖繪示了本發明之較佳實施例之發光二極體顯示裝置及其製作方法的示意圖。本實施例提供一種發光二極體顯示裝置的製作方法，包括下列步驟。首先，如第1圖至第4圖所示，提供第一基板110與第二基板120。於第一基板110之第一表面110A形成無機發光材料130，並於無機發光材料130上形成透明導電層140。將形成有無機發光材料130之第一基板 110之第二表面110B與第二基板120進行貼合。將至少部分之第一基板110移除以形成複數個下電極111，將至少部分之無機發光材料130移除以形成複數個發光材料單元139，以及將至少部分之透明導電層140移除以形成複數個上電極141。各發光材料單元139係形成於對應之上電極141與下電極111之間，且各發光材料單元139係與對應之上電極141與下電極111形成各發光二極體150於各畫素區PX。接著，如第5圖至第8圖所示，依序形成第一絕緣層161、下電極導線171、第二絕緣層162以及上電極導線172，以形成如第8圖所示之發光二極體陣列100。關於發光二極體陣列100之製作方式各步驟的特徵以及各部件的形成位置與材料特性已於上述內容中詳述，故在此並不再贅述。

本實施例之發光二極體顯示裝置的製作方法係於發光二極體陣列100形成之後，形成複數個彩色濾光單元220，且各彩色濾光單元220係與至少一發光二極體150互相對應，以形成如第10圖所示之發光二極體顯示裝置200。更明確地說，本實施例之發光二極體顯示裝置的製作方法可更包括提供第三基板210，且彩色濾光單元220係形成於第三基板210上。如第10圖所示，本實施例之發光二極體顯示裝置的製作方法可更包括於第二基板120與第三基板210之間形成黏合層230，用以結合第二基板120與第三基板210，但本發明並不以上述方式為限，在本發明之其他較佳實施例中，亦可將彩色濾光單元220直接形成於第二基板120上，形成一種彩色濾光陣列基板(color filter on array,COA)結構。在本實施例中，彩色濾光單元220可包括不同顏色例如分別為紅色、綠色以及藍色之第一彩色濾光單元221、第二彩色濾光單元222以及第三彩色濾光單元223相鄰設置並分別對應不同的發光二極體150。發光二極體150所產生之光線穿過第一彩色濾光單元221、第二彩色濾光單元222以及第三彩色濾光單元223即可分別形成第一色光L1、第二色光 L2以及第三色光L3。藉由控制各發光二極體150所產生之光線大小即可使第一色光L1、第二色光L2以及第三色光L3形成不同之混色效果，進而可達到全彩顯示之目的。值得說明的是，本實施例之發光二極體150可藉由發光材料單元139中的n型氮化鎵奈米棒131、氮化銦鎵奈米盤132以及p型氮化鎵奈米棒133之堆疊結構形成全可見光波段之白光發光效果，故可在搭配彩色濾光單元220的狀況下提高發光二極體顯示裝置200的演色性與色彩飽和度。此外，相較於傳統液晶顯示器中的發光二極體背光模組，本實施例之發光二極體顯示裝置200由於並無液晶層以及偏光片等光學膜之設置，故各發光二極體150可以較低的電壓驅動即可達到所需之亮度，進而可達到提高整體效能與節能省電的效果。

綜上所述，本發明之發光二極體陣列以及發光二極體顯示裝置的製作方法係先於基板之表面上生成無機發光材料，再將此基板與另一基板進行貼合以進行後續之圖案化製程而形成發光二極體，藉此達到簡化製程與降低生產成本的效果。此外，本發明之發光二極體陣列以及發光二極體顯示裝置的製作方法更利用n型氮化鎵奈米棒、氮化銦鎵奈米盤以及p型氮化鎵奈米棒等無機發光材料之堆疊結構形成發光二極體，藉以形成全可見光波段之白光發光效果，而可在搭配彩色濾光片的狀況下提高發光二極體顯示裝置的演色性與色彩飽和度。

100‧‧‧發光二極體陣列

110‧‧‧第一基板

111‧‧‧下電極

120‧‧‧第二基板

131‧‧‧n型氮化鎵奈米棒

132‧‧‧氮化銦鎵奈米盤

133‧‧‧p型氮化鎵奈米棒

139‧‧‧發光材料單元

140‧‧‧透明導電層

141‧‧‧上電極

150‧‧‧發光二極體

161‧‧‧第一絕緣層

162‧‧‧第二絕緣層

171‧‧‧下電極導線

172‧‧‧上電極導線

PX‧‧‧畫素區

V1‧‧‧第一開口

V2‧‧‧第二開口

Z‧‧‧垂直投影方向

Claims (16)

1. 一種發光二極體陣列之製作方法，包括：提供一第一基板以及一第二基板；於該第一基板之一第一表面形成一無機發光材料；於該無機發光材料上形成一透明導電層；將形成有該無機發光材料之該第一基板之一第二表面與該第二基板進行貼合；將至少部分之該第一基板移除以形成複數個下電極；將至少部分之該無機發光材料移除以形成複數個發光材料單元；以及將至少部分之該透明導電層移除以形成複數個上電極，其中各該發光材料單元係形成於對應之該上電極與該下電極之間，各該發光材料單元係與對應之該上電極與該下電極形成一發光二極體，且該等發光材料單元及該等下電極係於該第一基板與該第二基板進行貼合之後形成。
2. 如請求項1所述之製作方法，更包括於該等下電極形成後於該第二基板上定義出以一陣列方式排列之複數個畫素區，且各該發光二極體係形成於各該畫素區內。
3. 如請求項1所述之製作方法，更包括：形成一圖案化之第一絕緣層，覆蓋該等發光二極體與該第二基板，且該第一絕緣層具有複數個第一開口，其中各該第一開口係部分暴露出各該下電極；形成複數條下電極導線，其中各該下電極導線係透過該等第一開口與對應之該等下電極電性連接；形成一圖案化之第二絕緣層，覆蓋該第一絕緣層與該等下電極導 線，且該第二絕緣層具有複數個第二開口，其中各該第二開口係部分暴露出各該上電極；以及形成複數條上電極導線，其中各該上電極導線係透過該等第二開口與對應之該等上電極電性連接。
4. 如請求項1所述之製作方法，其中該無機發光材料係以一分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)方式形成於該第一基板上。
5. 如請求項1所述之製作方法，其中該第一基板包括含重摻雜的N型矽基板。
6. 如請求項1所述之製作方法，其中該無機發光材料包括氮化鎵(gallium nitride,GaN)以及氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)。
7. 如請求項1所述之製作方法，其中該無機發光材料包括至少一n型氮化鎵奈米棒(nanorod)、至少一p型氮化鎵奈米棒以及至少一氮化銦鎵奈米盤(nanodisk)，且該氮化銦鎵奈米盤係形成於該n型氮化鎵奈米棒與該p型氮化鎵奈米棒之間。
8. 一種發光二極體顯示裝置之製作方法，包括：提供一第一基板以及一第二基板；於該第一基板之一第一表面形成一無機發光材料；於該無機發光材料上形成一透明導電層；將形成有該無機發光材料之該第一基板之一第二表面與該第二基板進行貼合；將至少部分之該第一基板移除以形成複數個下電極；將至少部分之該無機發光材料移除以形成複數個發光材料單元； 將至少部分之該透明導電層移除以形成複數個上電極，其中各該發光材料單元係形成於對應之該上電極與該下電極之間，各該發光材料單元係與對應之該上電極與該下電極形成一發光二極體，且該等發光材料單元及該等下電極係於該第一基板與該第二基板進行貼合之後形成；以及形成複數個彩色濾光單元，其中各該彩色濾光單元係與至少一該發光二極體互相對應。
9. 如請求項8所述之製作方法，更包括提供一第三基板，其中該等彩色濾光單元係形成於該第三基板上。
10. 如請求項9所述之製作方法，更包括於該第二基板與該第三基板之間形成一黏合層，用以結合該第二基板與該第三基板。
11. 如請求項8所述之製作方法，更包括於該等下電極形成後於該第二基板上定義出以一陣列方式排列之複數個畫素區，且各該發光二極體係形成於各該畫素區內。
12. 如請求項8所述之製作方法，更包括：形成一圖案化之第一絕緣層，覆蓋該等發光二極體與該第二基板，且該第一絕緣層複數個第一開口，其中各該第一開口係部分暴露出各該下電極；形成複數條下電極導線，其中各該下電極導線係透過該等第一開口與對應之該等下電極電性連接；形成一圖案化之第二絕緣層，覆蓋該第一絕緣層與該等下電極導線，且該第二絕緣層具有複數個第二開口，其中各該第二開口係部分 暴露出各該上電極；以及形成複數條上電極導線，其中各該上電極導線係透過該等第二開口與對應之該等上電極電性連接。
13. 如請求項8所述之製作方法，其中該無機發光材料係以一分子束磊晶方式形成於該第一基板上。
14. 如請求項8所述之製作方法，其中該第一基板包括含重摻雜的N型矽基板。
15. 如請求項8所述之製作方法，其中該無機發光材料包括氮化鎵以及氮化銦鎵。
16. 如請求項8所述之製作方法，其中該無機發光材料包括至少一n型氮化鎵奈米棒、至少一p型氮化鎵奈米棒以及至少一氮化銦鎵奈米盤，且該氮化銦鎵奈米盤係形成於該n型氮化鎵奈米棒與該p型氮化鎵奈米棒之間。