TWI769065B - 顯示裝置及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種顯示裝置，包括：電路基板、二氧化矽圖案以及多個發光元件。二氧化矽圖案位於電路基板上，且具有多個開口。多個發光元件位於電路基板上，且電性連接電路基板，其中多個發光元件分別位於多個開口中，且鄰接二氧化矽圖案。此外，還提出一種顯示裝置的製造方法。

Description

顯示裝置及其製造方法
本發明是有關於一種顯示裝置及其製造方法，且特別是有關於一種具有改善的顯示品質的顯示裝置及其製造方法。
由於微型發光二極體（Micro LED）的尺寸極小，且微型發光二極體顯示裝置所需的發光二極體間距不一，目前製作微型發光二極體顯示裝置的方法是採用巨量轉移（Mass Transfer）技術，亦即利用微機電陣列技術進行發光二極體晶粒取放，以將大量的發光二極體晶粒搬運到具有畫素電路的電路基板上，同時調整晶粒的間距。
然而，由於轉移載板的支撐力不足，造成單次轉移的晶粒數量受限，目前只能以多區塊轉移及拼接的方式來設置顯示裝置所需的微型發光二極體晶粒，導致拼接所致的亮度不均（Mura）現象出現，因而顯示品質不佳。
本發明提供一種顯示裝置，具有改善的顯示品質。
本發明的一個實施例提出一種顯示裝置，包括：電路基板；二氧化矽圖案，位於電路基板上，且具有多個開口；以及多個發光元件，位於電路基板上，且電性連接電路基板，其中多個發光元件分別位於多個開口中，且鄰接二氧化矽圖案。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置還包括離型層，其中二氧化矽圖案及發光元件位於電路基板與離型層之間。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置還包括隔離結構，其中離型層位於隔離結構與二氧化矽圖案之間。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置還包括色轉換結構，位於隔離結構之間。
在本發明的一實施例中，上述的發光元件的頂面面積與底面面積不同。
在本發明的一實施例中，上述的電路基板具有多個凹槽，且二氧化矽圖案位於多個凹槽中。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置還包括光吸收圖案，其中二氧化矽圖案覆蓋光吸收圖案。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置還包括反射圖案，其中二氧化矽圖案覆蓋反射圖案。
在本發明的一實施例中，上述的反射圖案靠近離型層側的寬度小於反射圖案遠離離型層側的寬度。
本發明的一個實施例提出一種顯示裝置的製造方法，包括：提供生長基板；形成離型層於生長基板上；形成二氧化矽圖案於離型層上，且二氧化矽圖案具有多個第一開口；以及形成多個發光元件於離型層上，且多個發光元件分別位於多個第一開口中。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置的製造方法還包括提供電路基板，且將發光元件與電路基板電性連接。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置的製造方法還包括移除生長基板，以露出離型層。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置的製造方法還包括形成隔離結構於離型層上。
在本發明的一實施例中，上述的顯示裝置的製造方法還包括形成色轉換結構於隔離結構之間。
在本發明的一實施例中，上述的形成二氧化矽圖案於離型層上的步驟包括：形成光吸收圖案於離型層上，且光吸收圖案具有多個第二開口；以及形成二氧化矽圖案覆蓋光吸收圖案。
在本發明的一實施例中，上述的形成二氧化矽圖案於離型層上的步驟包括：形成反射圖案於離型層上，且反射圖案具有多個第三開口；以及形成二氧化矽圖案覆蓋反射圖案。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的元件。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反地，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接。再者，「電性連接」或「耦合」可為二元件間存在其它元件。
應當理解，儘管術語「第一」、「第二」、「第三」等在本文中可以用於描述各種元件、部件、區域、層及/或部分，但是這些元件、部件、區域、層及/或部分不應受這些術語的限制。這些術語僅用於將一個元件、部件、區域、層或部分與另一個元件、部件、區域、層或部分區分開。因此，下面討論的第一「元件」、「部件」、「區域」、「層」或「部分」可以被稱為第二元件、部件、區域、層或部分而不脫離本文的教導。
此外，諸如「下」或「底部」和「上」或「頂部」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一元件的關係，如圖所示。應當理解，相對術語旨在包括除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其他元件的「下」側的元件將被定向在其他元件的「上」側。因此，示例性術語「下」可以包括「下」和「上」的取向，取決於附圖的特定取向。類似地，如果一個附圖中的裝置翻轉，則被描述為在其它元件「下」或「下方」的元件將被定向為在其它元件「上方」。因此，示例性術語「下」或「下方」可以包括上方和下方的取向。
本文參考作為理想化實施例的示意圖的截面圖來描述示例性實施例。因此，可以預期到作為例如製造技術及/或公差的結果的圖示的形狀變化。因此，本文所述的實施例不應被解釋為限於如本文所示的區域的特定形狀，而是包括例如由製造導致的形狀偏差。例如，示出或描述為平坦的區域通常可以具有粗糙及/或非線性特徵。此外，所示的銳角可以是圓的。因此，圖中所示的區域本質上是示意性的，並且它們的形狀不是旨在示出區域的精確形狀，並且不是旨在限制權利要求的範圍。
圖1A至圖1L為本發明一實施例的顯示裝置10的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。首先，請參照圖1A，提供生長基板GS。在本實施例中，生長基板GS可以是砷化鎵（GaAs）基板、磷化鎵（GaP）基板、磷化銦（InP）基板、藍寶石基板、碳化矽（SiC）基板、氮化鎵（GaN）基板或其他適用於磊晶製程的生長基板，但不以此為限。
接著，形成離型層（release layer）RL於生長基板GS的表面上，離型層RL可以有助於後續移除生長基板GS，同時還有助於後續進行磊晶製程。在本實施例中，離型層RL的材質可以是氮化鋁（AlN），但不以此為限。
接著，請參照圖1B，形成毯覆的二氧化矽層SB於離型層RL上。接著，請參照圖1C，形成毯覆的光阻層R1於二氧化矽層SB上。接著，請參照圖1D，將光阻層R1圖案化，以形成光阻圖案R1P。接著，請參照圖1E，移除未被光阻圖案R1P覆蓋的二氧化矽層SB，以形成二氧化矽圖案SP，且二氧化矽圖案SP具有多個開口O1。由上述步驟可知，圖1B至圖1E的步驟是為了形成具有多個開口O1的二氧化矽圖案SP於離型層RL上，且其中可以視需要使用薄膜沉積製程、微影製程以及蝕刻製程中之一者或多者來進行。
接著，請參照圖1F，形成發光元件的半導體疊層SS於二氧化矽圖案SP的多個開口O1中，且半導體疊層SS可以藉由磊晶製程、微影製程以及蝕刻製程形成於離型層RL上。由於晶格匹配的緣故，用於形成半導體疊層SS的半導體材料不會生長在二氧化矽圖案SP上，因此，二氧化矽圖案SP的開口O1即可用以預先界定半導體疊層SS的位置，且開口O1之間的間距可用以界定半導體疊層SS之間的間距。
在本實施例中，半導體疊層SS可以包括第一型半導體層S1、第二型半導體層S2以及夾置於第一型半導體層S1與第二型半導體層S2之間的發光層EL。第一型半導體層S1與第二型半導體層S1中的一者可以為N型摻雜半導體，且另一者可以為P型摻雜半導體。此外，第一型半導體層S1和第二型半導體層S2可以包括Ⅱ-Ⅵ族材料（例如：鋅化硒（ZnSe））或Ⅲ-Ⅴ氮族化物材料（例如：氮化鎵（GaN）、砷化鎵、氮化銦（InN）、氮化銦鎵（InGaN）、氮化鋁鎵（AlGaN）、氮化鋁銦鎵（AlInGaN））或鋁鎵銦磷化物（AlGaInP）。舉例而言，在本實施例中，第一型半導體層S1例如是N型摻雜半導體層，N型摻雜半導體層的材料例如是N型氮化鎵（n-GaN），第二型半導體層S2例如是P型摻雜半導體層，P型摻雜半導體層的材料例如是P型氮化鎵（p-GaN），但本發明不以此為限。另外，發光層EL的結構例如是多層量子井結構（Multiple Quantum Well, MQW），多重量子井結構可以包括交替堆疊的多層氮化銦鎵（InGaN）以及多層氮化鎵（GaN），藉由設計發光層EL中銦或鎵的比例，還可調整發光層的發光波長範圍，但本發明不以此為限。
接著，請參照圖1G，形成發光元件LD的電極E1、E2，其中電極E1電性連接第一型半導體層S1，且電極E2電性連接第二型半導體層S2。至此，完成了發光元件LD的製作，且發光元件LD包括第一型半導體層S1、第二型半導體層S1、發光層EL以及電極E1、E2。接著，還可以視需要切割出所需數量的發光元件LD及其上的生長基板GS、或者是所需尺寸或形狀的生長基板GS及其上的發光元件LD，以進行巨量轉移（Mass transfer）製程。
請參照圖1H，在一些實施例中，還可以提供電路基板CS，且將發光元件LD轉置於電路基板CS上。電路基板CS可以是硬性基板或軟性基板，且電路基板CS可以包括顯示裝置需要的元件或線路，例如驅動元件、開關元件、儲存電容、電源線、驅動訊號線、時序訊號線、電流補償線、檢測訊號線等等。
電路基板CS可以包括多個陣列排列於其表面上的接墊P1、P2。在進行巨量轉移製程時，可以將前述的生長基板GS倒置，且使發光元件LD的電極E1、E2分別對準接墊P1、P2。然後，將電路基板CS與生長基板GS壓合，以使電極E1電性連接接墊P1，且電極E2電性連接接墊P2。在一些實施例中，可以藉由銲料、導電膠或其他導電材料來電性連接電極E1與接墊P1以及電極E2與接墊P2。
接著，請參照圖1I，在一些實施例中，還可以移除生長基板GS，以露出離型層RL。移除生長基板GS的方式可以採用雷射剝離（Laser Lift Off）製程、拋光或其他適當的方式。舉例而言，可以將波長193 nm的氟化氬（ArF）準分子雷射脈衝聚焦於生長基板GS與離型層RL的界面，使得離型層RL的材料分解而與生長基板GS分離。由於離型層RL的存在，生長基板GS不會同時接觸二氧化矽圖案SP以及發光元件LD的半導體疊層SS兩種材料界面，因此生長基板GS的移除能夠更為容易。
接著，請參照圖1J，在一些實施例中，還可以藉由類似圖1C至圖1D的方式形成具有多個開口O2的光阻圖案R2P於離型層RL上。接著，請參照圖1K，在一些實施例中，還可以形成隔離結構IS於光阻圖案R2P的開口O2中，再移除光阻圖案R2P，即可形成隔離結構IS於離型層RL上。
接著，請參照圖1L，在一些實施例中，還可以形成色轉換結構CT於離型層RL上，且色轉換結構CT可以位於隔離結構IS之間。色轉換結構CT可以包括螢光粉或量子點等類似性質的波長轉換材料，且發光元件LD所發出的光線可通過色轉換結構CT轉換成不同色彩的光線，以實現全彩化的顯示效果。舉例而言，圖1L所示的兩個相鄰的色轉換結構CT可以具有不同的波長轉換材料，當發光元件LD皆為藍色發光二極體時，其中一個色轉換結構CT可以將發光元件LD發出的藍光轉換成紅光，且另一個色轉換結構CT可以將發光元件LD發出的藍光轉換成綠光，使得圖1L所示的三個發光元件LD可以構成顯示裝置10的一個畫素。
在圖1L所示的顯示裝置10中，顯示裝置10可以包括：電路基板CS；二氧化矽圖案SP，位於電路基板CS上，且具有多個開口O1；以及多個發光元件LD，位於電路基板CS上，且電性連接電路基板CS，其中多個發光元件LD分別位於多個開口O1中，且鄰接二氧化矽圖案SP。
在一些實施例中，顯示裝置10還可以包括離型層RL，其中二氧化矽圖案SP及發光元件LD可以位於電路基板CS與離型層RL之間。
在一些實施例中，顯示裝置10還可以包括隔離結構IS，其中離型層RL可以位於隔離結構IS與二氧化矽圖案SP之間。
在一些實施例中，顯示裝置10還可以包括色轉換結構CT，且色轉換結構CT可以位於隔離結構IS之間。
以下，使用圖2至圖5繼續說明本發明的其他實施例，並且，沿用圖1A至圖1L的實施例的元件標號與相關內容，其中，採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明，可參考圖1A至圖1L的實施例，在以下的說明中不再重述。
圖2是依照本發明一實施例的顯示裝置20的剖面示意圖。與如圖1L所示的顯示裝置10相比，圖2所示的顯示裝置20的不同之處在於：顯示裝置20的發光元件LD2的頂面面積與底面面積不同。
舉例而言，在本實施例中，二氧化矽圖案SP2可以具有頂面FT及底面FB，且頂面FT的面積可以大於底面FB的面積。因此，位於二氧化矽圖案SP2之間的發光元件LD2的第一型半導體層S1的寬度可小於第二型半導體層S2的寬度，使得較為靠近第二型半導體層S2的發光層EL能夠具有較大的發光面積。
圖3是依照本發明一實施例的顯示裝置30的剖面示意圖。與如圖2所示的顯示裝置20相比，圖3所示的顯示裝置30的不同之處在於：顯示裝置30的電路基板CS還可以包括多個凹槽RS。
舉例而言，在本實施例中，凹槽RS可以位於電路基板CS的表面，且凹槽RS的位置可以與電路基板CS上的接墊P1、P2錯開，使得二氧化矽圖案SP2的底面FB可以位於凹槽RS中。如此一來，在前述將電路基板CS與生長基板GS壓合以使電極E1、E2分別電性連接接墊P1、P2的步驟中，能夠避免壓合的力量導致位置偏移，從而提高對位精準度。
圖4A至圖4D為本發明一實施例的顯示裝置40的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。與如圖1A至圖1L所示的顯示裝置10的製造方法相比，圖4A至圖4D所示的顯示裝置40的製造方法的不同之處在於：以圖4A至圖4C所示的步驟取代圖1B至圖1E所示的步驟，也就是說，以不同的方式形成二氧化矽圖案SP4，進而製作出圖4D所示的顯示裝置40。
以下說明圖4A至圖4C所示的步驟。請參照圖4A，在本實施例中，可以形成光吸收圖案AM於如圖1A所示的生長基板GS及離型層RL上，且光吸收圖案AM具有多個開口O3。在一些實施例中，光吸收圖案AM的材質可以包括例如黑色樹脂或聚醯亞胺系光阻、丙烯酸系光阻等可吸收可見光的材料。
接著，請參照圖4B，形成毯覆的二氧化矽層SB4於離型層RL及光吸收圖案AM上，使得二氧化矽層SB4覆蓋光吸收圖案AM且填入開口O3中。接著，請參照圖4C，移除開口O3中的大部分二氧化矽層SB4，僅留下覆蓋光吸收圖案AM的二氧化矽圖案SP4，使得二氧化矽圖案SP4具有多個開口O4。接著，可以繼續進行如圖1F至圖1L所示的步驟，而獲得圖4D所示的顯示裝置40。
在本實施例中，顯示裝置40可以包括：電路基板CS；二氧化矽圖案SP4，位於電路基板CS上，且具有多個開口O4；多個發光元件LD，位於電路基板CS上，且電性連接電路基板CS，其中多個發光元件LD分別位於多個開口O4中，且鄰接二氧化矽圖案SP4；離型層RL，其中二氧化矽圖案SP4及發光元件LD可以位於電路基板CS與離型層RL之間；隔離結構IS，其中離型層RL可以位於隔離結構IS與二氧化矽圖案SP4之間；以及色轉換結構CT，位於隔離結構IS之間。
與如圖1L所示的顯示裝置10相比，圖4D所示的顯示裝置40的不同之處在於：顯示裝置40還包括光吸收圖案AM，其中二氧化矽圖案SP4可以覆蓋光吸收圖案AM，且光吸收圖案AM可以吸收發光元件LD的側向出光，以避免發光元件LD之間的混光串擾（Crosstalk）以及光暈效應（Halo effect）。
圖5A至圖5D為本發明一實施例的顯示裝置50的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。與如圖4A至圖4D所示的顯示裝置40的製造方法相比，圖5A至圖5D所示的顯示裝置50的製造方法的不同之處在於：以反射圖案RM取代光吸收圖案AM。
請參照圖5A，在本實施例中，可以形成反射圖案RM於如圖1A所示的生長基板GS及離型層RL上，其中反射圖案RM靠近離型層RL側的寬度小於反射圖案RM遠離離型層RL側的寬度，且反射圖案RM具有多個開口O5。在一些實施例中，反射圖案RM的材質可以包括例如鋁（Al）或銀（Ag）等具高反射率的材料。
接著，請參照圖5B，形成毯覆的二氧化矽層SB5於離型層RL及反射圖案RM上，使得二氧化矽層SB5覆蓋反射圖案RM且填入開口O5中。接著，請參照圖5C，移除開口O5中的大部分二氧化矽層SB5，僅留下覆蓋反射圖案RM的二氧化矽圖案SP5，使得二氧化矽圖案SP5具有多個開口O6。接著，可以繼續進行如圖1F至圖1L所示的步驟，而獲得圖5D所示的顯示裝置50。
在本實施例中，顯示裝置50可以包括：電路基板CS；二氧化矽圖案SP5，位於電路基板CS上，且具有多個開口O6；多個發光元件LD，位於電路基板CS上，且電性連接電路基板CS，其中多個發光元件LD分別位於多個開口O6中，且鄰接二氧化矽圖案SP5；離型層RL，其中二氧化矽圖案SP5及發光元件LD可以位於電路基板CS與離型層RL之間；隔離結構IS，其中離型層RL可以位於隔離結構IS與二氧化矽圖案SP5之間；以及色轉換結構CT，位於隔離結構IS之間。
與如圖4D所示的顯示裝置40相比，圖5D所示的顯示裝置50的不同之處在於：顯示裝置50還包括反射圖案RM，二氧化矽圖案SP5可以覆蓋反射圖案RM，且二氧化矽圖案SP5可以具有上窄下寬的剖面輪廓。如此一來，反射圖案RM的側面輪廓能夠局部改變發光元件LD的光線射出角度，且將發光元件LD發出的光線更多地導向正上方，從而有助於提高顯示裝置50的出光效率及減少混光串擾（Crosstalk）。
綜上所述，本發明的顯示裝置利用二氧化矽圖案界定發光元件的位置及間距，因此，可以視需要形成所需尺寸、間距以及數量的發光元件。再者，本發明的顯示裝置藉由將離型層設置於發光元件及二氧化矽圖案與生長基板之間，可避免生長基板同時接觸二種材料界面，從而便利生長基板的移除。如此一來，顯示裝置所需的發光元件能夠單次轉移完成，從而改善顯示裝置的顯示品質。
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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30、40、50:顯示裝置 AM:光吸收圖案 CS:電路基板 CT:色轉換結構 E1、E2:電極 EL:發光層 FB:底面 FT:頂面 GS:生長基板 IS:隔離結構 LD、LD2:發光元件 O1、O2、O3、O4、O5、O6:開口 P1、P2:接墊 R1:光阻層 R1P、R2P:光阻圖案 RL:離型層 RM:反射圖案 RS:凹槽 S1:第一型半導體層 S2:第二型半導體層 SB、SB4、SB5:二氧化矽層 SP、SP2、SP4、SP5:二氧化矽圖案 SS:半導體疊層
圖1A至圖1L為本發明一實施例的顯示裝置10的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。 圖2是依照本發明一實施例的顯示裝置20的剖面示意圖。 圖3是依照本發明一實施例的顯示裝置30的剖面示意圖。 圖4A至圖4D為本發明一實施例的顯示裝置40的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。 圖5A至圖5D為本發明一實施例的顯示裝置50的製造方法的步驟流程的剖面示意圖。
10:顯示裝置
CS:電路基板
CT:色轉換結構
E1、E2:電極
EL:發光層
IS:隔離結構
LD:發光元件
O1:開口
P1、P2:接墊
RL:離型層
S1:第一型半導體層
S2:第二型半導體層
SP:二氧化矽圖案

Claims (16)

  1. 一種顯示裝置，包括： 電路基板； 二氧化矽圖案，位於所述電路基板上，且具有多個第一開口；以及 多個發光元件，位於所述電路基板上，且電性連接所述電路基板，其中所述多個發光元件分別位於所述多個第一開口中，且鄰接所述二氧化矽圖案。
  2. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括離型層，其中所述二氧化矽圖案及所述發光元件位於所述電路基板與所述離型層之間。
  3. 如請求項2所述的顯示裝置，還包括隔離結構，其中所述離型層位於所述隔離結構與所述二氧化矽圖案之間。
  4. 如請求項3所述的顯示裝置，還包括色轉換結構，位於所述隔離結構之間。
  5. 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述發光元件的頂面面積與底面面積不同。
  6. 如請求項1所述的顯示裝置，其中所述電路基板具有多個凹槽，且所述二氧化矽圖案位於所述多個凹槽中。
  7. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括光吸收圖案，其中所述二氧化矽圖案覆蓋所述光吸收圖案。
  8. 如請求項1所述的顯示裝置，還包括反射圖案，其中所述二氧化矽圖案覆蓋所述反射圖案。
  9. 如請求項8所述的顯示裝置，其中所述反射圖案靠近所述離型層側的寬度小於所述反射圖案遠離所述離型層側的寬度。
  10. 一種顯示裝置的製造方法，包括： 提供生長基板； 形成離型層於所述生長基板上； 形成二氧化矽圖案於所述離型層上，且所述二氧化矽圖案具有多個第一開口；以及 形成多個發光元件於所述離型層上，且所述多個發光元件分別位於所述多個第一開口中。
  11. 如請求項10所述的顯示裝置的製造方法，還包括提供電路基板，且將所述發光元件與所述電路基板電性連接。
  12. 如請求項10所述的顯示裝置的製造方法，還包括移除所述生長基板，以露出所述離型層。
  13. 如請求項12所述的顯示裝置的製造方法，還包括形成隔離結構於所述離型層上。
  14. 如請求項13所述的顯示裝置的製造方法，還包括形成色轉換結構於所述隔離結構之間。
  15. 如請求項10所述的顯示裝置的製造方法，其中所述形成二氧化矽圖案於所述離型層上的步驟包括： 形成光吸收圖案於所述離型層上，且所述光吸收圖案具有多個第二開口；以及 形成所述二氧化矽圖案覆蓋所述光吸收圖案。
  16. 如請求項10所述的顯示裝置的製造方法，其中所述形成二氧化矽圖案於所述離型層上的步驟包括： 形成反射圖案於所述離型層上，且所述反射圖案具有多個第三開口；以及 形成所述二氧化矽圖案覆蓋所述反射圖案。
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