TWI820033B

TWI820033B - 整合於系統基板中之微裝置

Info

Publication number: TWI820033B
Application number: TW107124809A
Authority: TW
Inventors: 格拉姆瑞札查吉; 伊莎諾拉法西
Original assignee: 加拿大商弗瑞爾公司
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2023-11-01
Also published as: TW202406172A; TW201911603A

Abstract

本發明係關於用於將微裝置整合於系統(受體)基板中或在轉移之後改良該等微裝置之效能之後處理步驟。可使用諸如反射層、填料、黑色矩陣或其他層之額外結構之後處理步驟以改良所產生之LED光之輸出耦合或限制。在另一實例中，可使用介電層及金屬層以將一光電薄膜裝置與該經轉移微裝置整合於該系統基板中。在另一實例中，將色彩轉換層整合於該系統基板中以產生來自該等微裝置之不同輸出。

Description

整合於系統基板中之微裝置

本發明係關於將經轉移微裝置系統整合至一受體基板上。更具體言之，本發明係關於用於在轉移至一受體基板中之後增強微裝置之效能之後處理步驟，包含光學結構之顯影、光電薄膜裝置之整合、色彩轉換層之添加及一施體基板上之裝置之恰當圖案化。

本發明之一目的係藉由提供整合於一相同受體基板上之一發光微裝置及一薄膜光電發光裝置而克服先前技術之缺點。

因此，本發明係關於一種整合式光學系統，其包括複數個像素，各像素包括：一受體基板；一發光微裝置，其整合於該受體基板上；一平坦化或堤岸區，其包圍該微裝置；及一薄膜發光光電裝置，其之至少一部分安裝於該平坦化或堤岸區上。

100:受體基板

101a:接觸墊

101b:接觸墊

102a:微裝置/微發光二極體(LED)裝置

102b:微裝置/微發光二極體(LED)裝置

201:保形介電層

202:反射層

203:黑色矩陣/黑色矩陣層

301:透明導電層/共同接觸件

302:光學組件

303:共同電極

501:透明填料

601a:子像素

601b:子像素

602:光學組件

702a:接合墊

702b:接合墊/接觸墊結構

801:微裝置

901:介電層

902:底部電極

902a:第一部分

902b:主要平坦區段

903:堤岸層/鈍化層/平坦化層

904:薄膜光電裝置/薄膜發光裝置結構

905:頂部電極

1001:上裝置電極

1005:開口

1301:開口

1401:反射層

1501:基板/微裝置基板

1502:犧牲/緩衝層

1503:微裝置

1504:微裝置

1505:微裝置

1506:系統基板

1507:接觸墊

1509:反射層

2001:填料介電塗層

2002:共同透明電極

2101:介電填料層

2102:機械支撐層

2701:介電層

2901:絕緣膜/絕緣層

3001:導電材料

3101:前接觸件

3301:微裝置

3302:微裝置

3303:微裝置

3304:微陣列

3305:節距

3401:微裝置

3402:節距

3403:接觸墊

3404:節距

3701:填料層

3702:保形導電層

3801:緩衝層

3901:填充材料

4001:靜電夾持機構

4100:陣列

4101:節距

4102:節距

4103:節距

4501:導電半透明共同基板

4502:系統基板

4503:微裝置

4601:平坦化層

4602:共同電極

4701:堤岸結構/堤岸

4702:色彩轉換材料/色彩轉換層

5301:平坦化層

5302:囊封層

5401:單獨基板

5502:填料

5504:間隔件或光限制結構

5601:反射或光限制結構

5620:上電極

5810:彩色濾光器

5812:反射層

5814:鈍化層

5910:透明保護層

參考表示本發明之較佳實施例之附圖更詳細描述本發明，其中：

圖1展示具有接觸墊之一受體基板及附接至受體基板之經轉移微裝置之一陣列。

圖2A展示具有接觸墊之一受體基板、附接至受體基板之經轉移微裝置之一陣列及頂部上之保形介電及反射層。

圖2B展示具有接觸墊之一受體基板、附接至受體基板之經轉移微裝置之一陣列及經圖案化之保形介電及反射層。

圖2C展示具有接觸墊之一受體基板、附接至受體基板之經轉移微裝置之一陣列、經圖案化之保形介電及反射層及形成於相鄰微裝置之間的一黑色矩陣層。

圖3A展示具有接觸墊之一受體基板、附接至受體基板之經轉移微裝置之一陣列、經圖案化之保形介電及反射層、一黑色矩陣層及沈積於基板上之一透明導電層。

圖3B展示具有附接至其之經轉移微裝置之一整合陣列之一受體基板及用於光輸出耦合增強之光學反射組件。

圖3C展示具有附接至其之經轉移微裝置之一整合陣列之一受體基板及用於光輸出耦合增強之凹形接觸墊。

圖3D展示具有以一底部發射組態附接至其之經轉移微裝置之一整合陣列之一受體基板。

圖3E展示具有附接至其之經轉移微裝置之一整合陣列之一受體基板。

圖4A展示具有經轉移微裝置之一受體基板、一保形介電層及一經連接反射層。

圖4B展示具有經轉移微裝置、保形介電層、經連接反射層之一受體基板及沈積於基板上之一透明導電層。

圖5展示具有經轉移微裝置之一受體基板及界定像素(或子像素)之一經圖案化填料。

圖6A展示覆蓋至少一個像素中之所有子像素(例如，覆蓋由兩個子像素組成之一像素之兩個子像素)之一像素化填料結構。

圖6B展示由兩個子像素組成之一像素、經圖案化以界定該像素之一填料層及該像素周圍之經圖案化保形介電及反射層。

圖6C展示由兩個子像素組成之一像素、經圖案化以界定該像素之一填料層、該像素周圍之經圖案化保形介電及反射層以及捲繞該像素之一黑色矩形層。

圖6D展示由兩個子像素組成之一像素、經圖案化以界定該像素之一填料層、該像素周圍之經圖案化保形介電及反射層、捲繞該像素之一黑色矩形層及沈積於基板上之一透明導電層。

圖6E展示由兩個子像素組成之一像素，其具有受體基板上之反射光學組件以用於更佳光輸出耦合。

圖6F展示由兩個子像素組成之一像素，其具有受體基板上之凹形接觸墊。

圖6G展示具有一底部發射組態之由兩個子像素組成之一像素。

圖6H展示具有一底部發射組態之由兩個子像素組成之一像素、一共同頂部電極及側反射器。

圖7展示具有兩個接觸墊之一受體基板。

圖8展示具有接合至接觸墊之一者之一經轉移微裝置之一受體基板。

圖9展示在一混合結構中將一經轉移微裝置與一光電薄膜裝置整合。

圖10展示在一混合結構中將一經轉移微裝置與一光電薄膜裝置整合之另一實例。

圖11展示在具有一共同頂部電極之一混合結構中將一經轉移微裝置與一光電薄膜裝置整合之一實例。

圖12展示在具有頂部及底部透明電極兩者之一雙表面混合結構中將一經轉移微裝置與一光電薄膜裝置整合之一實施例。

圖13A展示一系統基板及具有薄膜光電裝置之一整合微裝置之另一實施例。

圖13B展示一系統基板及與具有一薄膜光電裝置之一整合微裝置之另一實施例。

圖14A展示一系統基板及具有兩個薄膜光電裝置之一整合微裝置之一實施例。

圖14B展示一系統基板及具有兩個薄膜光電裝置及受體基板上之一反射層之一整合微裝置之一實施例。

圖14C及圖14D展示微LED及光電裝置之實例，其中光通過光電裝置。

圖14E、圖14F及圖14G展示與系統基板上之光電裝置整合之微LED之另一實例。

圖14H及圖14I展示與系統基板上之光電裝置及彩色濾光器整合之微LED之另一實例。

圖14J展示與系統基板上之光電裝置及彩色濾光器整合之微LED之另一實例。

圖15繪示一系統基板及一微裝置基板之一橫截面。

圖16展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之對準步驟。

圖17展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之接合步驟。

圖18展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之微裝置基板移除步驟。

圖19展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之犧牲層移除步驟。

圖20展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之共同電極形成步驟。

圖21係具有一(若干)填料層之一微裝置基板之一橫截面。

圖22係使用一支撐層覆蓋之一微裝置基板之一橫截面。

圖23展示一轉移程序中之一微裝置基板之微裝置基板移除步驟。

圖24A及圖24B展示一轉移程序中之一微裝置基板之犧牲層移除步驟。亦展示具有接觸墊之一系統基板。

圖25展示一轉移程序中之一系統基板及一微裝置基板之接合步驟。

圖26A及圖26B展示一轉移程序中之一微裝置基板之支撐層移除步驟。亦展示具有接觸墊及經轉移微裝置之一系統基板。

圖27係使用一填料層覆蓋之一微裝置基板之一橫截面。

圖28A及圖28B係具有基板中之導通孔及犧牲層之一微裝置基板之橫截面。

圖29係具有基板中之導通孔及由一絕緣層覆蓋之犧牲層之一微裝置基板之一橫截面。

圖30係具有基板中之一經導電層填充之導通孔及犧牲層之一微裝置基板之一橫截面。

圖31係具有一共同頂部電極之一微裝置基板之一橫截面。

圖32係具有一共同頂部電極之一整合系統基板之一橫截面。

圖33A展示一施體基板上之微裝置之一二維配置。

圖33B係一系統基板及一微裝置基板之一橫截面。

圖34係一經接合系統基板及微裝置基板之一橫截面。

圖35展示一轉移程序中之一微裝置基板之雷射剝離步驟。

圖36係選擇性轉移程序之後之一系統基板及一微裝置基板之一橫截面。

圖37係具有一共同頂部電極之一整合系統基板。

圖38A及圖38B係具有擁有不同高度之微裝置之一微裝置基板之橫截面。

圖39係具有一填料層之一微裝置基板之一橫截面。

圖40展示一轉移程序中之具有夾持機構之一系統基板及一微裝置基板之對準步驟。

圖41A展示一施體基板上之微裝置之一二維配置。

圖41B係具有不同節距之一系統基板及一微裝置基板之一橫截面。

圖42展示具有不同節距之一系統基板及一微裝置基板之選擇性微裝置轉移程序。

圖43係具有不同節距之一系統基板及一微裝置基板之一橫截面。

圖44展示具有不同節距之一系統基板及一微裝置基板之選擇性微裝置轉移程序。

圖45展示一整合微裝置基板。

圖46A及圖46B展示微裝置至具有一平坦化層、一共同頂部電極、堤岸結構及色彩轉換元件之一系統基板之轉移程序。

圖47展示具有用於界定像素之色彩之色彩轉換之一結構。

圖48展示具有由一堤岸層分離之保形共同電極及色彩轉換之一結構。

圖49展示具有由一堤岸層分離之保形色彩轉換之一結構。

圖50展示具有無堤岸層之共同電極上之色彩轉換元件之一結構。

圖51展示具有保形共同電極及色彩轉換之一結構。

圖52展示具有直接形成於微裝置上之保形色彩轉換元件之一結構。

圖53A及圖53B展示具有用於定義像素色彩之色彩轉換、一平坦化層及一共同透明電極之一結構。

圖54A及圖54B展示具有用於定義像素色彩之色彩轉換之一結構及用於囊封之一單獨基板。

圖55A、圖55B、圖55C及圖55D展示具有用於定義像素色彩之色彩轉換之一結構，而使用當前限制方法完成像素化。

相關申請案之交叉參考

此申請案主張2017年7月18日申請之美國專利申請案第15/653,120號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。

雖然結合各種實施例及實例描述本教示，但不希望本教示限於此等實施例。相反，如熟習此項技術者將瞭解到，本教示涵蓋各種替代及等效物。

產生基於微裝置之一系統之程序包括：在一施體基板(或一臨時基板)上預處理裝置；將微裝置從施體基板轉移至受體基板；及後處理以實現裝置功能性。預處理步驟可包含圖案化及添加接合元件。轉移程序可涉及將微裝置之一預選定陣列接合至受體基板，接著移除施體基板。已針對微裝置產生若干不同選擇性轉移程序。在將微裝置整合至接收基板中之後，可執行額外後處理以製成所需功能連接。

在本發明中，使用發射裝置以描述不同整合及後處理方法。然而，熟習此項技術者將瞭解，在此等實施例中可使用其他裝置(諸如感測器)。例如，在感測器微裝置的情況中，光學路徑將類似於發射微裝置，但在相反方向上。

本發明之一些實施例係關於用於改良微裝置之效能之後處理步驟。例如，在一些實施例中，微裝置陣列可包括微發光二極體(LED)、有機LED、感測器、固態裝置、積體電路、(微機電系統)MEMS及/或其他電子組件。接收基板可為但不限於一印刷電路板(PCB)、薄膜電晶體底板、積體電路基板或(在光學微裝置(諸如LED)之一個情況中)一顯示器之一組件(例如，一驅動電路底板)。在此等實施例中，除了使微裝置互連之外，可使用額外結構(例如，反射層、填料、黑色矩陣或其他層)之後處理步驟來改良所產生之LED光之輸出耦合。在另一實例中，可使用介電層及金屬層以將一光電薄膜裝置與經轉移微裝置整合於系統基板中。

在一項實施例中，藉由使用填料(或介電質)將像素(或子像素)之作用區域延展為大於微裝置。此處，圖案化填料以界定像素之作用區域(作用區域係發射光或吸收輸入光之區域)。在另一實施例中，使用反射層以將光限制在作用區域內。

在一項實施例中，反射層可為微裝置電極之一者。

在另一實施例中，作用區域可包括若干子像素或像素。

作用區域之大小可大於、小於或相同於像素(子像素)區域。

在另一實施例中，在將微裝置整合於受體基板中之後，將薄膜光電裝置沈積於受體基板中。

在一項實施例中，針對微裝置產生一光學路徑以透過光電裝置之所有或一些層發射(吸收)光。

在另一實施例中，微裝置之光學路徑未通過光電裝置之所有或一些層。

在一項實施例中，光電裝置係一薄膜裝置。

在另一實施例中，使用光電裝置之電極以界定像素(或子像素)之作用區域。

在另一實施例中，至少一個光電裝置電極與微裝置電極共用。

在一項實施例中，色彩轉換材料覆蓋表面且部分(或完全)包圍微裝置之主體。

在一項實施例中，堤岸結構分離色彩轉換材料。

在另一實施例中，色彩轉換材料覆蓋表面(及/或部分或完全)覆蓋作用區域(之主體)。

在一項實施例中，施體基板上之微裝置經圖案化以匹配受體(系統)基板中之陣列結構。在此情況中，施體基板之部分(或全部)中之所有裝置經轉移至受體基板。

在另一實施例中，在施體基板中產生通孔(VIA)以將施體基板上之微裝置與受體基板耦合。

在另一實施例中，施體基板具有一個以上微裝置類型且至少在一個方向上，施體基板上之微裝置類型之圖案部分或完全匹配系統基板上之對應區域(或墊)之圖案。

在另一實施例中，施體基板具有一個以上微裝置類型且至少在一個方向上，施體基板中之不同微裝置類型之間的節距係系統基板上之對應區域(或墊)之節距之一倍數。

在另一實施例中，施體基板具有一個以上微裝置類型。至少在一個方向上，兩個不同微裝置之間的節距匹配受體(或系統)基板上之對應區域(或墊)之節距。

在一項實施例中，施體基板上之不同微裝置類型之圖案產生各類型之一二維陣列，其中不同類型之各陣列之間的節距匹配系統基板上之對應區域之節距。

在另一實施例中，施體基板上之不同微裝置類型之圖案產生一維陣列，其中陣列之節距匹配系統基板上之對應區域(或墊)之節距。

圖1展示一受體基板100、接觸墊101a及101b及微裝置102a及102b，其等在附接至受體基板100之一陣列中。微裝置102a及102b已經轉移至其等上之接觸墊101a及101b定位在平行於受體基板100且安裝於受體基板100上之一陣列中。微裝置102a及102b自一施體基板轉移且接合至接觸墊101a及101b。微裝置102a及102b可為通常可按平面批次製造之任何微裝置，包含但不限於LED、OLED、感測器、固態裝置、積體電路、MEMS及/或其他電子組件。

如在圖2A中描繪，在其中微裝置102a及102b為微LED之一項實施例中，在經接合之微LED 102a及102b上方形成一保形介電層201及一反射層202。在一些實施例中，保形介電層201為約0.1μm至1μm厚，且可藉由數個不同薄膜沈積技術之任一者沈積。保形介電層201將微LED 102a及102b之側壁與反射層202隔離。另外，介電層201鈍化且保護微LED 102a及102b之側壁。保形介電層201亦可覆蓋相鄰微LED裝置102a及102b之間的受體基板100之頂部表面。保形反射層202可經沈積於介電層201上方。反射層202可為一單一層或由多個層組成。各種導電材料可用作反射層202。在一些實施例中，保形反射層202可為具有高達0.5μm之一總厚度之一金屬雙層。

參考圖2B，可接著藉由使用(例如)微影圖案化及蝕刻而圖案化介電層201及反射層202以部分曝露微LED 102a及102b之頂部表面。在其中微LED 102a及102b整合於一顯示器系統之一背板中(亦參考圖2C)之一項實施例中，可在相鄰微LED 102a及102b之間且在反射層202上形成一黑色矩陣203以降低環境光之反射。在一個實例中，黑色矩陣203可為一樹脂層(諸如聚醯亞胺或聚丙烯酸)，其中已分散有黑色顏料(諸如碳黑)之顆粒。在一些實施例中，黑色矩陣層203之厚度可為0.01μm至2μm。黑色矩陣層203可經圖案化及蝕刻以曝露微LED 102a及102b之頂部表面，如在圖2C中展示。視情況，黑色矩陣203之厚度可經設計以平坦化整合基板100。在另一實施例中，可由有機絕緣材料製成之一平坦化層經形成及圖案化以平坦化背板基板。

參考圖3A，可在基板100上方保形沈積一透明導電層301，從而覆蓋黑色矩陣203及微LED 102a及102b之頂部表面。在一些實施例中，透明電極301可為0.1um至1um厚之氧化物層，包含(但不限於)铟锡氧化物(ITO)及摻雜鋁之氧化鋅。在其中整合總成係一顯示結構之一情況中，透明電極301可為微LED裝置102a及102b之共同電極。

視情況，反射層202可用作透明電極301之一導電率增強劑。在此情況中，反射層202之部分可不使用黑色矩陣203或其他平坦化層覆蓋，使得透明電極層301可連接至反射層202。

在圖3B中展示之另一實施例中，可在基板100上形成反射或其他類型之光學組件302以增強由微裝置102a及102b產生之光之輸出耦合。共同接觸件301係透明的以容許光透過此層輸出。此等結構可稱為頂部發射結構。

參考圖3C，接觸墊101a及101b可形成以具有一凹形或其他形狀結構以增強由微裝置102a及102b產生之光之輸出耦合。接觸墊101a及101b之形式不限於凹形形式且可取決於微裝置光發射特性而具有其他形式。

在一實施例中，參考圖3D，結構經設計以從基板100輸出光。在此等底部發射結構中，基板100可為透明的且共同電極303經設計為反射性以用於更佳光提取。

在圖3E中展示之另一實施例中，反射層202可經延展以覆蓋微裝置102a及102b且亦充當共同頂部電極。

參考圖4A，在另一實施例中，可在形成反射層202之前沈積且圖案化介電層201，此可容許微LED 102a及102b與反射層202之間的一直接接觸。因此，反射層202可用作微裝置102a及102b之一共同頂部接觸件。可使用黑色矩陣203或替代地一平坦化層。

參考圖4B，在其他實施例中，可在基板100之頂部上沈積一共同透明電極301及/或其他光學層以增強導電率及/或光輸出耦合。

微光電裝置之主要挑戰之一者係相鄰微裝置102a與102b之間的空白空間。具有此結構特性之顯示系統可產生稱為「紗門效應」之一影像假影。在一項實施例中，微裝置大小可在光學上延展以相同於或大於微裝置大小。在圖5中展示之一項實施例中，在將微裝置102a及102b之陣列自施體轉移至受體基板100之後，可沈積且圖案化一透明填料501以界定像素(或子像素)。在一項實施例中，填料501之大小可為一像素(或子像素)區域中可能的較小或最大之大小。在另一實例中，填料501大小可大於像素或子像素區域。填料501可具有與系統基板100上之像素區域不同或類似之一形狀。可接著應用圖3及圖4中提及之程序以改良自微裝置102a 及102b之光提取。

參考圖6A，在其中像素601包括兩個子像素601a及601b之一實施例中，填料501經圖案化以界定像素601之作用區域(作用區域係定義為顯示器自其發射光之區域)。此處，作用區域之大小可小於、大於或相同於像素(子像素)區域。如在圖6B、圖6C及圖6D中展示，可應用圖2及圖3中提及之程序。此組態管理歸因於子像素601a與601b之間的分離之邊緣處之變色。

參考圖6B，可在像素601周圍形成一介電層201及一反射層202。

亦參考圖6C，可在相鄰像素601之間且在各子像素601a及601b周圍形成一黑色矩陣203以降低環境光之反射。

參考圖6D，可在基板100之頂部上沈積一透明導電層301，從而覆蓋黑色矩陣203及微LED 601a及601b之頂部表面。

在圖6E中展示之另一實施例中，可在基板100上形成反射或其他光學組件602以增強由微裝置601a及601b產生之光之輸出耦合。共同接觸件301係透明的以使光透過此層輸出。此等結構可稱為頂部發射結構。

參考圖6F，接觸墊101a及101b可經形成以具有一凹形結構以增強由微裝置101a及101b產生之光之輸出耦合。接觸墊101a及101b之形式不限於凹形形式且可取決於微裝置光發射特性而具有其他形式。

參考圖6G，在另一實施例中，結構經設計以從基板100輸出光。在此等底部發射結構中，基板100可為透明的且共同電極303可包括一反射材料一用於更佳光提取。

在圖6H中展示之另一實施例中，反射層202可經延展以覆蓋微裝置601a及602b且亦充當共同頂部電極。

在其他實施例中，前述像素界定結構可覆蓋一個以上像素(或子像素)601a及601b。

在另一情況中，可使用接收基板100上之一反射層或接觸墊101a及101b以覆蓋接收基板100且在轉移微裝置601a及601b之前產生一反射區域以用於更佳光輸出耦合。

在所有前述實施例中，反射層亦可為不透明的。另外，反射層可用作微裝置601a及601b之電極之一者或用作系統基板連接之一者(電極、信號或電力線)。在另一實施例中，反射層可用作一觸控電極。可圖案化反射層以充當一觸控螢幕電極。在一個情況中，其等可在垂直及水平方向上圖案化以形成觸控螢幕交叉電極。在此情況中，吾人可使用垂直及水平跡線之間的一介電質。

混合結構

在另一實施例中，在微裝置801之一陣列已經轉移至受體基板100之後，將一薄膜光電裝置904整合於受體基板100中。

圖7繪示受體基板100及下電極接觸件或接合墊702a及702b(微裝置801陣列經轉移至其等上且在數個混合結構實施例中，一薄膜光電裝置904經整合於其等中)。

參考圖8，可將微裝置801之一者轉移且接合至受體基板100之接合墊702a。在一個情況中，如在圖9中展示，可在受體基板100上方形成一介電層901以覆蓋曝露之電極702a及702b及任何其他導電層。可使用微影術及蝕刻來圖案化介電層901。接著沈積且圖案化一導電層902 以形成薄膜光電裝置904之一底部電極。若底部電極902與受體基板100中之其他導電層之間不存在非所要耦合之風險，則可消除介電層901。然而，介電層901亦可充當一平坦層以提供光電裝置904之更佳製造。

仍參考圖9，可在受體基板100上例如在介電層901及微裝置801上方沈積一堤岸層903以覆蓋底部電極902及微裝置801之邊緣。可接著在堤岸層903及底部電極902結構上方形成薄膜光電裝置904。有機LED(OLED)裝置係此一薄膜光電裝置904之一實例，其可使用不同技術形成，諸如但不限於陰影遮罩、微影術及印刷圖案化。最後，視需要沈積且圖案化光電薄膜裝置904之一頂部電極905。

在其中微裝置801之厚度極高之一實施例中，底部電極902內可出現裂縫或其他結構問題。在此等實施例中，一平坦化層903可結合介電層901或在無介電層901的情況下使用來解決此問題。

在圖10中展示之另一實施例中，微裝置801可具有一上裝置電極1001。上裝置電極1001在系統基板100中或上之其他微裝置801之間可係共同的。在此情況中，平坦化層901(若存在)及/或堤岸結構903覆蓋上裝置電極1001以將上電極1001與光電薄膜裝置904及頂部及底部電極902、905絕緣，以避免光電裝置904與裝置電極1001之間的任何短路。

參考圖11，在一項實施例中，薄膜光電裝置904之頂部電極905可透過堤岸(平坦化)層903及光電薄膜裝置904中之一開口1005連接至微裝置801。在此情況中，光電薄膜裝置904可選擇性地形成使得其並不覆蓋開口1005。

在另一情況中，微裝置801之下電極702a可在薄膜光電裝置904與經轉移微裝置801之間共用。

參考圖12，在另一實例中，薄膜光電裝置904之底部電極902可在微裝置801上方延伸，使得薄膜光電裝置904可疊置在微裝置801上方或周圍。若微裝置801需要具有通過其頂部電極1001至外部之一透明路徑，則底部電極902(若不透明)需要在微裝置801上方具有一開口(例如，如圖13A中結合另一實施例展示)。在此情況中，可亦由堤岸層903覆蓋開口。開口不限於圖12中繪示之特定結構且可使用不同方法產生。

仍參考圖12，若下電極702a係透明的，則微裝置801可具有通過基板100之一透明路徑。在其中需要通過上電極1001之一透明路徑之一情況中，底部電極902及微裝置上電極1001需要係透明的或需要上電極1001及底部電極902之一者或兩者中之開口與上電極1001及底部電極902之一者或兩者中之透明度之一組合。

圖13A展示一佈局結構，其中底部電極902具有一開口1301以容許通至頂部電極905之一透明路徑。開口1301亦可延伸穿過共同頂部電極905之堤岸層903。若不存在共同頂部電極905且若堤岸層903係透明的，則不需要堤岸層903中之開口1301。在一些實施例中，若頂部電極905亦係不透明的，則亦需要頂部電極905中之開口1301以用於頂部發射。

參考圖13B，在另一實施例中，為提供微裝置801之一透明路徑，底部電極902不覆蓋微裝置801。針對一共同頂部電極905，堤岸層903中可存在一開口1301。若不存在共同頂部電極905且堤岸層903係透明的，則不需要堤岸層903中之開口1301。

在另一情況中，薄膜光電裝置904之接觸墊結構702b可延伸以充當反射層。如在圖14A中可見，具有接觸件702b之兩個並排像素可用來側向限制由像素中之微裝置801產生之光。在圖14B中展示之另一實施例中，安裝於基板100之一頂部表面上之一反射層1401可反射更多光朝向頂部電極905。因此，增強由微裝置801產生之光之輸出耦合。在此情況中，最佳實踐係使薄膜光電裝置904之頂部及底部電極902及905透明，或在電極902及905係不透明之情況下製成開口。

在另一實施例中，薄膜光電裝置904及微裝置801可在系統基板100之兩個相對側上。在此情況中，系統基板電路可在系統基板100之一個側上且透過接觸孔連接至另一側，或電路可在系統基板100之兩個側上。

在另一情況中，微裝置801可在系統基板100上且薄膜光電裝置904在另一系統基板上。此兩個基板可接著經接合在一起。在此情況中，電路可在系統基板之一者上或兩個基板上。

圖14C及圖14D展示其中微裝置(LED)801及薄膜光電裝置904經整合以產生一半導體裝置之不同結構。此處，使用理想地安裝於基板100上沿著基板100在微裝置801及薄膜光電裝置904兩者下方延伸之一反射或光限制結構5601以引導微裝置801之光輸出。反射結構5601可與微裝置電極702a相同或可使用一單獨電極702a。如在圖14D中展示，從接觸墊702b延伸至平行於光電裝置904之一主要平坦區段902b之底部電極902之一第一部分902a可包括能夠用作一光限制或反射結構之一反射材料，其用於將光引導在所要方向上(例如，穿過基板100或頂部電極905)且防止光進入相鄰像素。可首先沈積底部電極902之第一部分902a，接著可在主要平坦區段902b之後沈積底部電極之剩餘部分902b或第一部分902a。又，其他電極可經沈積以連接微裝置801。理想地，薄膜光電裝置904之底部及頂部電極902及905兩者係透明的，使得來自微裝置801及光電裝置904之光經發射穿過頂部電極905。未向外發射之任何離散光可藉由反射結構5601及902a向外重導引穿過頂部電極905。可在堤岸結構903之間形成光電裝置904，堤岸結構903可替代地為黑色矩陣。在光電裝置904之後，可整合(諸如囊封)其他結構。

圖14E、圖14F及圖14G描述其中光電裝置904及微裝置801並排在基板100上之另一結構。此處，將微裝置801轉移至系統基板100。沈積且圖案化一平坦化層903(或堤岸層)以敞開光電裝置904之一區域。使用不同可能方法(諸如氣相沈積、印刷等)沈積光電裝置904。接著，在光電裝置904及微裝置801之頂部上方沈積頂部電極905。此處，可在頂部電極905之後沈積其他結構。光可通過頂部電極905或系統基板100。在圖14E中描述之一個結構中，微裝置801及光電裝置905具有相同頂部電極905。在圖14F中描述之另一結構中，微裝置801具有由鈍化(介電)層903覆蓋之一單獨上電極5620。此處，在薄膜光電裝置904及微裝置801兩者上方延伸之頂部電極905可用作一光限制/反射結構以導引來自微裝置801及薄膜光電裝置904之光穿過系統基板100。在圖14G中展示之另一實例中，共用頂部電極905；然而，鈍化/平坦化層903在5622處圖案化為一或多個凹形結構以產生用於將光引導在所要方向上(例如，返回穿過基板100)之一或多個光限制/反射結構。此處，可使用一單獨層來在沈積頂部電極905之前產生光限制結構。

在此處描述之所有結構中，微裝置801之(若干)接觸電極702a可在微裝置801轉移至系統基板100之後沈積，或一接觸件702a可在轉移程序之前預先存在。在微裝置801之前可存在一平坦化層901或903，且可在系統基板100上安裝其他裝置以改良表面輪廓。在此情況中，可存在將微裝置801連接至系統基板100中之其他元件之開口。

可組合前文描述之結構。例如，可混合光限制或提取結構及混合裝置。

在此處圖9至圖14中描述之混合裝置中，薄膜發光裝置結構904可包含一彩色濾光器。在使用彩色濾光器之情況中，來自微裝置801之光需要經過薄膜發光裝置結構904且穿過彩色濾光器。

圖14H及圖14I展示將微裝置801與一彩色濾光器5810及光電裝置904整合之兩個實例。在此情況中，光通過系統基板100。在沈積彩色濾光器5810、定位接合墊702a及702b且轉移微裝置801及上電極1001(可改變此等步驟之順序)之後，可視需要沈積一平坦化(例如，介電)層901。可在各先前步驟之後沈積兩個或三個不同平坦化層。接著，分別沈積且形成光電裝置904及底部及頂部電極902及905。此處，微裝置801可在轉移之前包含一光限制結構(此亦可用於此文件中之其他結構)。又，如在圖14I中展示，光限制結構可在轉移微裝置801之後形成。在所繪示之實施例中，光限制具有一鈍化層5814(藉此與微裝置801及上電極1001絕緣)及形成為用於將光反射在一所要方向上(例如，穿過基板100)之一凹形結構之一反射層5812。

圖14J展示將微裝置801與光電裝置904及安裝於光電裝置904及頂部電極905上方之彩色濾光器5810整合之另一實例。所有上述結構(諸如光限制結構)在此實例中可配合微裝置801及光電裝置904使用。此處，光通過透明頂部電極905。此結構中，頂部電極905與彩色濾光器5810之間可存在一(或若干)透明保護層5910。

整合

此文件亦揭示用於將一單體微裝置陣列整合於一系統基板中或將一微裝置陣列選擇性轉移至一系統基板之各種方法。此處，所提出之程序分為兩個類別。在第一類別中，系統基板上之接合墊之節距與微裝置之接合墊之節距相同。在第二類別中，系統基板上之接合墊具有大於微裝置之接合墊之一節距。針對第一類別，呈現三個不同整合或轉移方案

1.前側接合

2.後側接合

3.貫穿基板通孔接合。

在此實施例中，微裝置在功能性方面可具有相同類型或不同類型。在一項實施例中，微裝置係具有相同色彩或具有數個不同色彩(例如，紅色、綠色及藍色)之微LED，且系統基板係背板，從而控制個別微LED。此等多色LED陣列直接製造在一基板上或自生長基板轉移至一臨時基板。在圖15中展示之一個實例中，在一犧牲/緩衝層1502及基板1501上生長RGB微LED裝置1503、1504及1505。在一個情況中，具有接觸墊1507之系統基板1506可對準(圖16)且接合至微裝置基板1501，如在圖17中展示。在移除微裝置基板1501(圖18)及犧牲/緩衝層1502(圖19)之後，可在整合樣本上(圖20)旋塗/沈積一填料介電塗層2001(例如，聚醯亞胺光阻劑)。此步驟之後可進行一蝕刻程序以揭露微LED裝置之頂部。在微LED裝置之情況中，可在樣本上沈積一共同透明電極2002。在另一實施例中，可沈積且圖案化一頂部電極以隔離微裝置以用於後續程序。

在另一實施例中，如在圖21中展示，在一緩衝/犧牲層1502上生長微裝置1503、1504及1505。在基板上沈積/旋塗一介電填料層 2101以完全覆蓋微裝置。在圖21中繪示之一個實例中，此步驟之後可進行一蝕刻程序以揭露微裝置1503、1504及1505之頂部以形成頂部共同接觸件及晶種層以用於後續程序(例如，電鍍)。參考圖22，接著在樣本之頂部上沈積、生長或接合一厚機械支撐層2102。此處，填料層2101可為一黑色矩陣層或一反射材料。又，在沈積機械支撐件之前，吾人可沈積一電極(作為一經圖案化或一共同層)。接著沈積機械支撐層。在光電裝置(諸如LED)的情況中，機械支撐層需要係透明的。如在圖23及圖24中展示，接著使用各種程序(諸如雷射剝離或蝕刻)來移除微裝置基板1501。在一個情況中，基板之厚度最初藉由諸如(但不限於)深反應性離子蝕刻(DRIE)之程序減小至幾微米。接著，藉由諸如(但不限於)一濕式化學蝕刻程序之程序移除剩餘基板。在此情況中，緩衝/犧牲層1502可充當一蝕刻停止層以確保一均勻蝕刻子表面且避免對微裝置之任何損害。在移除緩衝層1502之後，如在圖24中展示，執行另一蝕刻(例如，RIE)以曝露微裝置。吾人可沈積且圖案化一金屬層以在微裝置之上接觸件及接合墊在微裝置製造期間尚未形成之情況下充當該等上接觸件及接合墊。接著可將具有接觸墊1507之系統基板1506對準且接合微裝置陣列，如在圖25中展示。取決於微裝置之類型及功能性，可接著移除機械支撐層2102及填料層2101，如在圖26A及圖26B中展示。

在另一實施例中，實施貫穿基板通孔以製成至微裝置之背面之接觸件。

參考圖27，在一項實施例中，微裝置1503、1504及1505可為生長在一絕緣緩衝層1502上之多色微LED。此緩衝層1502亦可用作一蝕刻停止層。在微裝置1503、1504及1505上方及周圍沈積一介電層 2701作為一填料層。

參考圖28A及圖28B，使用諸如(但不限於)光微影之程序在基板1501之背側上形成圖案。在一項實施例中，使用諸如DRIE之一方法以在基板1501中製成基板穿孔(through substrate hole)。可使用(例如)一濕式蝕刻程序來移除可充當一蝕刻停止層之緩衝層1502。

參考圖29，可在基板1501之背面上沈積一絕緣膜2901。可自微裝置1503、1504及1505之背側部分移除絕緣層2901以容許形成至此等微裝置之電接觸件。

參考圖30，使用諸如(但不限於)電鍍之程序用一導電材料3001填充貫穿孔。此處，通孔可充當微裝置接觸件及接合墊。

如在圖31中繪示，藉由以下步驟形成微裝置1503、1504及1505之一共同前接觸件3101：執行一蝕刻程序(例如，使用RIE)以揭露微裝置1503、1504及1505之頂部；接著沈積一透明導電層以形成前接觸件3101。

參考圖32，接著，將微裝置基板1501對準且接合至具有接觸墊1507之系統基板1506，系統基板1506在此實例中可為控制個別裝置之一背板。

在另一實施例中，已以任意節距長度在一基板上製造微裝置以最大化生產良率。例如，微裝置可為多色微LED(例如，RGB)。此實例之系統基板可為具有擁有不同於微LED之節距長度之一節距長度之接觸墊之一顯示器背板。

參考圖33A，在一項實施例中，施體基板1501具有微裝置類型3301、3302及3303且其等以一維陣列3304之形式圖案化，其中針對來自一個類型之各微裝置3301、3302及3303，至少存在其等之節距3305與受體(或系統)基板1506上之對應區域(或墊)之節距匹配之來自另一類型之一微裝置。

作為一實例，在圖33B中展示之一項實施例中，接觸墊1507之節距3404比如在圖33中展示之微裝置3401之節距3402大一倍。

參考圖34，使系統基板1506及微裝置基板1501接合在一起，對準且接觸。

如在圖35及圖36中展示，可使用諸如雷射剝離(LLO)之方法以將微裝置3401選擇性地轉移至系統基板1506上之接觸墊3403。如在圖37中展示，轉移之後可接著在系統基板之頂部上沈積一填料層3701及一保形導電層3702作為共同電極。

在圖38A及圖38B中展示之另一實施例中，一緩衝層3801作為用於製造微裝置1503、1504及1505之一材料模板係必需的。

仍參考圖38A及圖38B，緩衝層3801經沈積於犧牲層1502上且經圖案化以隔離微裝置1503、1504及1505。在一些情況中，亦可圖案化犧牲層1502。

在一項實施例中，代替隔離個別微裝置，可使微裝置群組彼此隔離(如在圖38A及圖38B中展示)以促進轉移程序。

參考圖39，可在基板1501上旋塗一填充材料3901(諸如但不限於聚醯亞胺)以填充個別微裝置1503、1504及1505之間的間隙。此填充步驟確保轉移程序期間的機械強度。此在使用如雷射剝離之一程序以將微裝置脫離載體基板時係尤其重要的。

參考圖40，微裝置可不具有相同高度，此使得難以將其等接合至系統基板1506。在此等情況中，吾人可實施一靜電夾持機構4001或系統基板1506中之其他夾持機構以將微裝置暫時保持在系統基板1506上以用於最終接合步驟。夾持機構4001可對微裝置係局部的或對一微裝置群組係一全域夾持，如在針對整個晶圓之相同節距轉移的情況中。夾持機構4001可在接觸電極1507上方之一層上。在此情況中，可使用一平坦化層。

在一項實施例中，參考圖41A，施體基板上之不同微裝置類型3301、3302及3303之圖案產生各類型之一二維陣列(例如，陣列4100)，其中經定義為相鄰陣列之間的中心至中心距離之陣列之間的節距4101與系統基板上之對應區域之節距匹配。

在圖41B及圖42中展示之一項實施例中，當子裝置節距4103大於其等基板上之經製造個別微裝置1503之正常距離(例如，在大顯示器中)時，微裝置基板1501以二維單色陣列之形式佈置。此處，接觸墊1507之節距4102及微裝置陣列1503之節距4103係相同的。使用此技術，吾人可放鬆微裝置製造要求且相較於上文所描述者減少選擇性轉移程序。

圖43及圖44展示一替代性圖案，其中微裝置1503未形成為二維群組，且其中不同微裝置1503跨基板1501均勻放置，如在圖43中針對三個不同微裝置1503展示般。

參考圖45，在另一實施例中，首先將微裝置4503轉移至一導電半透明共同基板4501，接著將其等接合至一系統基板4502。

色彩轉換結構

在其中微裝置係光學裝置(諸如LED)之一些實施例中，吾人可使用色彩轉換或彩色濾光器來定義不同功能性(在像素的情況中為不同色彩)。在此實施例中，系統基板上之兩個或兩個以上接觸墊裝有相同類型之光學裝置。一旦處在適當位置中，系統基板上之裝置便藉由不同色彩轉換層區分。

參考圖46A及圖46B，在一項實施例中，在將微裝置1503轉移至系統基板1506之後，由一平坦化層4601覆蓋整個結構。接著在平坦化層4601上形成一共同電極4602。平坦化層之高度可相同於、高於或低於經堆疊裝置。若平坦化層4601較低(或不存在平坦化層)，則裝置之壁可藉由鈍化材料保形覆蓋。

參考圖47，產生一堤岸結構4701(尤其在使用一印刷程序來沈積色彩轉換層之情況下)。堤岸4701可分離各像素或僅分離不同色彩轉換材料4702。

圖48展示一整合結構，其中色彩轉換材料4702完全覆蓋經轉移微裝置之頂部且部分覆蓋其等之側。堤岸4701分離色彩轉換層4702且電極4602係所有經轉移微裝置之一共同接觸件。

圖49展示一整合結構，其中色彩轉換層4702完全覆蓋經轉移微裝置之頂部且部分覆蓋其等之側。堤岸4701分離色彩轉換層4702且至微裝置之接觸件經製成僅通過系統基板1506。

圖50展示一整合結構，其中色彩轉換層4702直接形成在共同電極4602上。在此情況中，不使用堤岸層。

圖51展示一整合結構，其中色彩轉換層4702完全覆蓋經轉移微裝置之頂部且部分覆蓋其等之側。電極4602係所有經轉移微裝置之一共同接觸件。在此情況中，不使用堤岸層。

圖52展示一整合結構，其中色彩轉換層4702完全覆蓋經轉移微裝置之頂部且部分覆蓋其等之側。至微裝置之接觸件經製成僅通過系統基板1506。在此情況中，不使用堤岸層。

在圖53A及圖53B中展示之一項實施例中，在整合系統基板1506上形成色彩轉換材料4702之後，在結構上沈積一平坦化層5301。在其中需要保護整合基板之色彩轉換材料及/或其他組件以免受環境條件影響之一些情況中，在整個結構上方形成一囊封層5302。應注意，囊封層5302可由一不同層堆疊形成以有效保護整合結構以免受環境條件影響。

參考圖54A及圖54B，在另一實施例中，可將使用囊封層5302塗佈之一單獨基板5401接合至整合系統基板。

可組合圖53及圖54中描繪的實施例，其中在結構1506及單獨結構5401兩者上形成囊封層5302以用於更有效囊封。

共同電極係以一毯覆層之形式沈積於基板上之一透明導電層。在一項實施例中，此層可充當一平坦化層。在一些實施例中，此層之厚度經選擇以滿足光學及電子要求兩者。

光學裝置之間的距離可經選擇為足夠大以便降低光學裝置之間的串擾，或在光學裝置之間沈積一阻擋層以達成此。在一個情況中，平坦化層亦充當一阻擋層。

在沈積色彩轉換層之後，可沈積不同層(諸如偏光器)。

在另一態樣中，在色彩轉換層上沈積彩色濾光器。在此情況中，可達成更寬之色域及更高之效率。吾人可在沈積彩色濾光器層之前在色彩轉換層之後使用一平坦化層及/或堤岸層。

彩色濾光器可大於色彩轉換層以阻擋任何光洩露。再者，可在色彩轉換島狀物或彩色濾光器之間形成一黑色矩陣。

圖55A、圖55B及圖55C繪示其中在數個像素(或子像素)之間共用裝置之結構。此處，微裝置1503並不完全圖案化，但水平條件經設計使得接觸件1507界定經分配至各像素之區域。圖55A展示具有接觸墊1507之系統基板1506及具有微裝置1503之一施體基板1501。在微裝置1503經轉移至系統基板(在圖55B中展示)之後，吾人可進行後處理(圖55C)，諸如沈積共同電極4602、色彩轉換層4702、彩色濾光器等。圖55C展示在微裝置1503之頂部上沈積色彩轉換層4702之一個實例。此處，色彩轉換層之後可進行彩色濾光器沈積。本發明中描述之方法及/或其他可能方法可用於不同部分或將不同層整合於顯示器中。又，吾人可在電極4602之前或之後使用平坦化層4601。又，可在LED 1503之間使用一反射層1509。可在墊1507之間使用填料且填料可為一黑色矩陣。可在LED 1503之間使用某一間隔件或光限制結構。在系統基板1506上，可使用一反射層來引導光。

圖55D展示在微裝置1503之頂部上沈積色彩轉換層4702之另一實例。然而，亦可使用本發明中描述之其他方法及其他可能方法。又，吾人可在透明上電極4602之前或之後使用平坦化層4601。又，可在LED 1503之間使用一反射層。可在墊1507之間使用填料且填料5502可為一黑色矩陣。可在微LED 1503之間使用某一間隔件或光限制結構5504。在系統基板1506上，可使用一反射層1509來引導光。此處，微LED 1503之光擴散至較大區域上方，使得色彩轉換層4702上存在較少應力。亦可使用不同結構來將光擴散至較大區域上。

在形成作用區域之後，可將如描述之色彩轉換層添加至像素(或子像素)作用區域中。此可提供一更高填充因數及更高之效能且亦在像素(或子像素)之作用區域由反射層覆蓋之情況下避免色彩從側像素(或子像素)洩露。

已為圖解及描述之目的呈現本發明之一或多項實施例之先前描述。其並非旨在詳盡性或使本發明限於所揭示之精確形式。鑒於上述教示，許多修改及變化係可能的。本發明之範疇不旨在受限於此詳細描述，而是受限於隨附發明申請專利範圍。

100:受體基板

101a:接觸墊

101b:接觸墊

102a:微裝置/微發光二極體(LED)裝置

102b:微裝置/微發光二極體(LED)裝置

Claims

一種整合式光學系統，其包括：一系統基板；在該系統基板上之第一複數個電極接觸墊及第二複數個電極接觸墊；一第一發光微裝置，其經安裝於該第一複數個電極接觸墊上；一第二發光微裝置，其經安裝於該第二複數個電極接觸墊上；一平坦化層，其包圍且介於該第一發光微裝置與該第二發光微裝置之間；在該第一發光微裝置上方(over)之一第一色彩轉換層及在該第二發光微裝置上方之一第二色彩轉換層；一堤岸(bank)結構，其沉積於該第一色彩轉換層與該第二色彩轉換層之間以分離該第一發光微裝置與該第二發光微裝置；及一底部反射器，其沿該系統基板在該第一發光微裝置及該第二發光微裝置下方(beneath)延伸，用於引導來自該第一發光微裝置及該第二發光微裝置之光穿過該第一色彩轉換層及該第二色彩轉換層。
如請求項1之整合式光學系統，其中該第一發光微裝置或該第二發光微裝置係透過在該第一發光微裝置及該第二發光微裝置兩者之頂部上方之一頂部共同電極而提供連接。
如請求項1之整合式光學系統，其中可該平坦化層可使用於該第一複數個電極接觸墊及該第二複數個電極接觸墊之前或之後。
如請求項1之整合式光學系統，其進一步包括一彩色濾光器，該彩色濾光器經安裝於該第一色彩轉換層及該第二色彩轉換層上。
如請求項4之整合式光學系統，其進一步包括一黑色矩陣，其安裝在該第一複數個電極接觸墊與該第二複數個電極接觸墊之間作為一填料(filler)。
如請求項1之整合式光學系統，其中一間隔件係放置於該第一發光微裝置與該第二發光微裝置之間。
如請求項6之整合式光學系統，其中該間隔件係一光限制結構。
如請求項1之整合式光學系統，其進一步包括一反射層，其沉積於該第一發光微裝置與該第二發光微裝置之間用以引導該光。
如請求項1之整合式光學系統，其中該第一發光微裝置及該第二發光微裝置沒有完全圖案化，但一水平條件經設計(engineered)使得該第一複數個電極接觸墊及該第二複數個電極接觸墊界定分配至各像素之一區域。
如請求項1之整合式光學系統，其中至該第一發光微裝置及該第二發光微裝置之連接經製成僅通過該系統基板。