TWI682436B - 微型發光二極體巨量轉移的方法及該方法所製作的發光面板組件 - Google Patents

微型發光二極體巨量轉移的方法及該方法所製作的發光面板組件 Download PDF

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Abstract

一種微型發光二極體巨量轉移的方法，包含微型發光二極體製作步驟、連接步驟、移除步驟、螢光粉層形成步驟、及濾光片形成步驟。微型發光二極體製作步驟是形成微型發光二極體於晶圓基板上，各微型發光二極體包含第一電極及第二電極。連接步驟是將包晶圓基板與電路載板連接。電路載板上包含第一電性連接部及第二電性連接部，第一電性連接部分別與微型發光二極體之第一電極連接，第二電性連接部分別與微型發光二極體之第二電極連接。接著，移除晶圓基板、在微型發光二極體的出光面形成螢光粉層、以及貼附複數個濾光片於螢光粉層上。

Description

微型發光二極體巨量轉移的方法及該方法所製作的發光面板組件
本申請案涉及顯示領域，特別是一種微型發光二極體巨量轉移的方法及該方法所製作的發光面板組件。
數位顯示螢幕已滲透到生活中的各種領域，現行以液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)最為普及，但使用者的需求上，更期望能夠達到更高亮度、更高彩度的效能。以現行來看，雖然有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)能夠具有高亮度、高彩度等優點，但是OLED有其壽命上的限制。例如，現有應用OLED的顯示器、手機或手錶，都因為OLED本身有機材料的特性，在使用一段時間(例如2000小時後)，會產生「烙印」的現象，而縮減了產品的使用年限。
LED同樣可達到高亮度、高彩度的效果，但是首先要滿足發光源的尺寸、以及色塊排列的問題，現行技術上，是將R、G、B的發光二極體都分開製作，再透過轉移，例如，以沾黏等方式裝設到電路板上。但是為了提升解析度，必須伴隨著隨著LED尺寸縮小。在現行的LED轉移的方式，最大的缺點在於排列的精度無法提升。另外，隨著LED尺寸縮小，將LED晶粒從晶圓切割時，亦可能可能會因為切割或是轉移上的問題，而 造成LED晶粒的損傷、或是電性特性不佳等問題，而影響了後續產品的良率。
在此，提供一種微型發光二極體巨量轉移的方法。微型發光二極體巨量轉移的方法，包含微型發光二極體製作步驟、連接步驟、移除步驟、螢光粉層形成步驟、以及濾光片形成步驟。微型發光二極體製作步驟是形成複數個微型發光二極體於晶圓基板上，各微型發光二極體包含第一電極及第二電極。連接步驟是將包含微型發光二極體的晶圓基板與電路載板連接。電路載板上包含複數個第一電性連接部及複數個第二電性連接部，第一電性連接部分別與微型發光二極體之第一電極連接，第二電性連接部分別與微型發光二極體之第二電極連接。移除步驟是移除晶圓基板。螢光粉層形成步驟是在微型發光二極體的表面形成螢光粉層。濾光片形成步驟是貼附複數個濾光片於螢光粉層上，各濾光片對應於各微型發光二極體的出光面。
在一些實施例中，微型發光二極體製作步驟包含摻雜半導體層形成步驟、圖案化步驟、絕緣層形成步驟、及電極形成步驟。摻雜半導體層形成步驟是在晶圓基板上依序形成第一型摻雜半導體材料層及第二型摻雜半導體材料層。圖案化步驟是將第一型摻雜半導體材料層及第二型摻雜半導體材料層圖案化形成複數個半導體圖案，各半導體圖案中具有第一摻雜層及第二摻雜層，第二摻雜層的長度小於第一摻雜層的長度。絕緣層形成步驟是形成絕緣層於第一摻雜層及第二摻雜層之上。絕緣層包含第一穿孔及第二穿孔，第一穿孔及第二穿孔分別曝露出第一摻雜層及第二摻 雜層的一部分。電極形成步驟是形成第一電極及第二電極於絕緣層上。第一電極的一部分填入第一穿孔中並與第一摻雜層連接，第二電極的一部分填入第二穿孔中並與第二摻雜層連接，第一電極及第二電極藉由絕緣層彼此分隔。
進一步地，在一些實施例中，第一電極更遮蔽第一摻雜層的第一側表面。第二電極更遮蔽第一摻雜層及第二摻雜層的第二側表面，第二側表面相對於第一側表面。
進一步地，在一些實施例中，出光面為第一摻雜層設置於晶圓基板的表面，各微型發光二極體的出光面實質上位於同一平面。
在一些實施例中，電路載板為特用晶片。
在一些實施例中，微型發光二極體巨量轉移的方法更包含晶片連接步驟，晶片連接步驟係將電路載板的接線區與特用晶片連接。
在此，還提供一種發光面板組件。發光面板組件包含電路載板、複數個微型發光二極體、螢光粉層、以及複數個濾光片。電路載板包含複數個第一電性連接部及複數個第二電性連接部。各微型發光二極體包含第一摻雜層、第二摻雜層、第一電極及第二電極。第一摻雜層與第二摻雜層相互堆疊，第一摻雜層的第一表面為出光面，且第一摻雜層的長度大於第二摻雜層的長度。第一電極與第二電極彼此分隔，各第一電極與第一摻雜層的連接面以及第一電性連接部之一連接，各第二電極與第二摻雜層及第二電性連接部之一連接，連接面相對於出光面，且微型發光二極體的出光面實質上位於同一平面。螢光粉層位於微型發光二極體之出光面之上。複數個濾光片設置於螢光粉層上，各濾光片對應於各微型發光二極體 的出光面。
在一些實施例中，第一電極與第二電極之間以絕緣層相互隔絕。進一步地，在一些實施例中，第一電極更遮蔽第一摻雜層的第一側表面。第二電極更遮蔽第一摻雜層及第二摻雜層的第二側表面，第二側表面相對於第一側表面。
在一些實施例中，電路載板為特用晶片。
在一些實施例中，發光面板組件更包含特用晶片，特用晶片連接電路載板的接線區。
在一些實施例中，各濾光片的長度大於對應之出光面的長度。
在此，微型發光二極體巨量轉移的方法是藉由直接將晶圓基板上的微型發光二極體，直接對應地連接電路載板的電性連接部，來完成電性連接，再將晶圓基板移除。從而，轉移精度及產品良率能大幅提升、進一步還可以達到製程快速的優點。
1‧‧‧發光面板組件
2‧‧‧半導體圖案
3‧‧‧微型發光二極體
10‧‧‧第一摻雜層
11‧‧‧出光面
131‧‧‧第一側表面
133‧‧‧第二側表面
17‧‧‧連接面
20‧‧‧第二摻雜層
233‧‧‧第二側表面
30‧‧‧絕緣層
41‧‧‧第一電極
43‧‧‧第二電極
157‧‧‧組接面
60‧‧‧螢光粉層
65‧‧‧螢光粉
70R、70B、70G‧‧‧濾光片
100‧‧‧第一型摻雜半導體材料層
200‧‧‧第二型摻雜半導體材料層
150‧‧‧電路載板
151‧‧‧第一電性連接部
153‧‧‧第二電性連接部
155‧‧‧接線區
170‧‧‧特用晶片
500‧‧‧晶圓基板
V1‧‧‧第一穿孔
V2‧‧‧第二穿孔
S1‧‧‧微型發光二極體巨量轉移的方法
S10‧‧‧微型發光二極體製作步驟
S20‧‧‧連接步驟
S11‧‧‧摻雜半導體層形成步驟
S13‧‧‧圖案化步驟
S15‧‧‧絕緣層形成步驟
S17‧‧‧電極形成步驟
S30‧‧‧移除步驟
S40‧‧‧螢光粉層形成步驟
S50‧‧‧濾光片形成步驟
S60‧‧‧晶片連接步驟
圖1為微型發光二極體巨量轉移的方法的流程圖。
圖2至圖10為微型發光二極體巨量轉移的方法的剖面示意圖。
圖11為發光面板組件另一實施例的剖面示意圖。
圖1為微型發光二極體巨量轉移的方法的流程圖。圖2至圖10為微型發光二極體巨量轉移的方法的剖面示意圖。如圖1所示，微型發 光二極體巨量轉移的方法S1包含微型發光二極體製作步驟S10、連接步驟S20、移除步驟S30、螢光粉層形成步驟S40、以及濾光片形成步驟S50。
在一些實施例中，微型發光二極體製作步驟S10包含摻雜半導體層形成步驟S11、圖案化步驟S13、絕緣層形成步驟S15、及電極形成步驟S17。如圖2所示，摻雜半導體層形成步驟S11是在晶圓基板500上依序形成第一型摻雜半導體材料層100及第二型摻雜半導體材料層200。例如，晶圓基板500為藍寶石晶圓基板、第一型摻雜半導體材料層100為n型摻雜半導體、第二型摻雜半導體材料層200為p型半導體層。然而，以上僅為示例，而非限於此。
如圖3所示，圖案化步驟S13是將第一型摻雜半導體材料層100及第二型摻雜半導體材料層200圖案化形成複數個半導體圖案2，各半導體圖案2中具有第一摻雜層10及第二摻雜層20，第二摻雜層20的長度小於第一摻雜層10的長度。也就是，可以透過微影、蝕刻等方式，將第一型摻雜半導體材料層100圖案化為複數個第一摻雜層10、將第二型摻雜半導體材料層200圖案化為複數個第二摻雜層20。在此，各半導體圖案2的第一摻雜層10及第二摻雜層20的連接面17，形成一p-n接面(p-n junction)。
如圖4所示，絕緣層形成步驟S15是形成絕緣層30於第一摻雜層10及第二摻雜層20之上。絕緣層30包含第一穿孔V1及第二穿孔V2，第一穿孔V1及第二穿孔V2分別曝露出第一摻雜層10及第二摻雜層20的一部分。在此，可以利用滾塗的方式形成絕緣材料層，再以微影技術、或是電漿蝕刻的方式開設出第一穿孔V1及第二穿孔V2，而完成絕緣層30的製作。
如圖5所示，電極形成步驟S17是形成第一電極41及第二電極43於絕緣層30上。第一電極41的一部分填入第一穿孔V1中並與第一摻雜層10連接，第二電極43的一部分填入第二穿孔V2中並與第二摻雜層20連接，第一電極41及第二電極43藉由絕緣層30彼此分隔，且第一電極41與第二電極43具有不同的高度。如此，形成複數個相同的微型發光二極體(micro light-emitting diode，Micro LED)3於晶圓基板500上。然而，以上步驟僅為示例，而不限於此，微型發光二極體製作步驟S10適用於在晶圓製程中製作微型發光二極體3於晶圓基板500的方法。
如圖6及圖7所示，連接步驟S20是將包含微型發光二極體3的晶圓基板500與電路載板150連接。電路載板150上包含複數個第一電性連接部151及複數個第二電性連接部153，第一電性連接部151及第二電性連接部153係位於電路載板150的組接面157上，且具有不同的高度，以分別對應連接第一電極41及第二電極43，組接面157面對微型發光二極體3。第一電性連接部151分別與微型發光二極體3之第一電極41連接，第二電性連接部153分別與微型發光二極體3之第二電極43連接。在此，第一電性連接部151及第二電性連接部153可以為錫球、或是導電柱(bump)，第一電性連接部151及第二電性連接部153可具有不同的高度，以利於第一電極41及第二電極43連接。但這僅為示例，而非用以限制。
如圖8所示，移除步驟S30是移除晶圓基板500。使得第一摻雜層10與晶圓基板500交接表面，可以做為微型發光二極體3的出光面11。在此，出光面11與連接面17位於第一摻雜層10相對的兩面，此外，由於第一摻雜層10是形成在平坦的晶圓基板500上，經移除晶圓基板500 後，各微型發光二極體3的出光面11實質上位於同一平面，在此，「實質上」是表示巨觀上位於同一平面，但微觀上容許有製程上的公差存在。
如圖9所示，螢光粉層形成步驟S40是在微型發光二極體3的表面形成連續的螢光粉層60。在此，微型發光二極體3可以全為白光二極體，或是全為藍光二極體，透過螢光粉層60中的複數個螢光粉65，可以使得由出光面11射出的光線，進一步激發螢光粉65，而使得色域更擴大。在此，螢光粉65也可以是量子點。在此僅為示例，而非限於此。
如圖10所示，濾光片形成步驟S50是貼附複數個濾光片70R、70G、70B於螢光粉層60上，各濾光片70R、70G、70B對應於各微型發光二極體3的出光面11。70R、70G、70B是表示紅、綠、藍三原光的濾光片，如此，可以形成畫素的排列。在此，濾光片70R、70G、70B的排列順序僅為示例，而非限於此，依據畫素排列的設計而定。貼附的方式可以利用現有各種方式來將濾光片70R、70G、70B貼附到特定位置。在此，若是微型發光二極體3為白光二極體，特定的位置也可以不貼附濾光片，以提高像素亮度。如此，完成發光面板組件1。此外，濾光片70R、70G、70B的長度大於對應之出光面11的長度，如此，以避免漏光。
在此，電路載板150可以為特用晶片(Application specific integrated circuit，ASIC)。另外，如圖10所示，微型發光二極體3的第一電極41更遮蔽第一摻雜層10的第一側表面131；第二電極43更遮蔽第一摻雜層10及第二摻雜層20的第二側表面133、233，第二側表面133、233相對於第一側表面131。由於第一電極41、第二電極43為金屬材料，可以達到遮光及反射的功效，能將由第一側表面131或第二側表面133、233發出 的光線反射，而朝向出光面11發出。
圖11為發光面板組件另一實施例的剖面示意圖。同時參見圖1及圖11，微型發光二極體巨量轉移的方法S1更包含晶片連接步驟S60，晶片連接步驟S60係將電路載板150的接線區155與特用晶片170連接。如此，特用晶片170的尺寸可以做得更小。在此，接線區155與特用晶片170的位置僅為示例，而非限於此。另外，晶片連接步驟S60的順序，亦可以在連接步驟S20之前，並非一定在最後才進行。
綜上所述，微型發光二極體巨量轉移的方法S1是藉由直接將晶圓基板500上的微型發光二極體3直接對應地連接電路載板150的電性連接部151、153完成電性連接，再將晶圓基板500移除。如此，不需透過切割晶粒、黏膠轉移等步驟，而直接以晶圓等級的技術進行，以此達到高精度、高良率、製程快速的優點。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，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。
2‧‧‧半導體圖案
10‧‧‧第一摻雜層
11‧‧‧出光面
131‧‧‧第一側表面
133‧‧‧第二側表面
17‧‧‧連接面
20‧‧‧第二摻雜層
233‧‧‧第二側表面
30‧‧‧絕緣層
41‧‧‧第一電極
43‧‧‧第二電極
150‧‧‧電路載板
151‧‧‧第一電性連接部
153‧‧‧第二電性連接部
500‧‧‧晶圓基板
3‧‧‧微型發光二極體

Claims (11)

  1. 一種微型發光二極體巨量轉移的方法，包含：一微型發光二極體製作步驟，形成複數個微型發光二極體於一晶圓基板上，其中各該微型發光二極體(Micro LED)均相同，且各該微型發光二極體包含一第一摻雜層、一第二摻雜層、一第一電極及一第二電極，該第一摻雜層與該第二摻雜層相互堆疊，該第一摻雜層的一第一表面為一出光面，且該第一摻雜層的長度大於該第二摻雜層的長度，該第一電極與該第二電極彼此分隔，且各該微型發光二極體的該出光面實質上位於同一平面，該第一電極與該第二電極具有不同的高度；一連接步驟，將包含該等微型發光二極體的該晶圓基板與一電路載板連接，該電路載板上包含複數個第一電性連接部及複數個第二電性連接部，該等第一電性連接部及該等第二電性連接部位於該電路載板的一組接面上，該組接面面對該等微型發光二極體，該等第一電性連接部分別與該等微型發光二極體之該第一電極連接，該等第二電性連接部分別與該等微型發光二極體之該第二電極連接，各該第一電性連接部及各該第二電性連接部的高度不同，以分別對應連接該第一電極及該第二電極；一移除步驟，移除該晶圓基板；一螢光粉層形成步驟，在該等微型發光二極體的表面形成連續的一螢光粉層；以及一濾光片形成步驟，貼附複數個濾光片於該螢光粉層上，各該濾 光片對應於各該微型發光二極體的該出光面。
  2. 如請求項1所述之微型發光二極體巨量轉移的方法，其中該微型發光二極體製作步驟包含：一摻雜半導體層形成步驟，在該晶圓基板上依序形成一第一型摻雜半導體材料層及一第二型摻雜半導體材料層；一圖案化步驟，將該第一型摻雜半導體材料層及該第二型摻雜半導體材料層圖案化，形成複數個半導體圖案，在各該半導體圖案中具有該第一摻雜層及該第二摻雜層；一絕緣層形成步驟，形成一絕緣層於該第一摻雜層及該第二摻雜層之上，該絕緣層包含一第一穿孔及一第二穿孔，該第一穿孔及該第二穿孔分別曝露出該第一摻雜層及該第二摻雜層的一部分；以及一電極形成步驟，形成該第一電極及該第二電極於該絕緣層上，該第一電極的一部分填入該第一穿孔中並與該第一摻雜層連接，該第二電極的一部分填入該第二穿孔中並與該第二摻雜層連接，該第一電極及該第二電極藉由該絕緣層彼此分隔。
  3. 如請求項2所述之微型發光二極體巨量轉移的方法，其中該第一電極更遮蔽該第一摻雜層的一第一側表面；該第二電極更遮蔽該第一摻雜層及該第二摻雜層的一第二側表面，該第二側表面相對於該第一側表面。
  4. 如請求項1所述之微型發光二極體巨量轉移的方法，其中該電路載板為一特用晶片。
  5. 如請求項1所述之微型發光二極體巨量轉移的方法，更包 含一晶片連接步驟，該晶片連接步驟係將該電路載板的一接線區與一特用晶片連接。
  6. 一種發光面板組件，包含：一電路載板，包含複數個第一電性連接部及複數個第二電性連接部，該等第一電性連接部及該等第二電性連接部位於該電路載板的一組接面上，且各該第一電性連接部及各該第二電性連接部的高度不同；複數個微型發光二極體，各該微型發光二極體相同，並面向該組接面，各該微型發光二極體包含一第一摻雜層、一第二摻雜層、一第一電極及一第二電極，其中該第一摻雜層與該第二摻雜層相互堆疊，該第一摻雜層的一第一表面為一出光面，且該第一摻雜層的長度大於該第二摻雜層的長度，該第一電極與該第二電極彼此分隔，各該第一電極與該第一摻雜層的一連接面以及該等第一電性連接部之一連接，各該第二電極與該第二摻雜層及該等第二電性連接部之一連接，各該第一電極與各該第二電極高度不相同，以對應連接各該第一電性連接部與各該第二電性連接部，其中該連接面相對於該出光面，其中該等微型發光二極體的該出光面實質上位於同一平面；一螢光粉層，連續地位於該等微型發光二極體之該出光面之上；以及複數個濾光片，設置於該螢光粉層上，各該濾光片對應於各該微型發光二極體的該出光面。
  7. 如請求項6所述之發光面板組件，其中該第一電極與該第 二電極之間以一絕緣層相互隔絕。
  8. 如請求項7所述之發光面板組件，其中該第一電極更遮蔽該第一摻雜層的一第一側表面；該第二電極更遮蔽該第一摻雜層及該第二摻雜層的一第二側表面，該第二側表面相對於該第一側表面。
  9. 如請求項6所述之發光面板組件，其中該電路載板為一特用晶片。
  10. 如請求項6所述之發光面板組件，更包含一特用晶片，該特用晶片連接該電路載板的一接線區。
  11. 如請求項6所述之發光面板組件，其中各該濾光片的長度大於對應之該出光面的長度。
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