图72提供了示出接触印刷和平面化处理步骤的示意图。
[0115] 图73提供了示出金属化处理的结果的图像。
[0116] 图74提供了金属化处理的示意图，其示出了 A1金属层、Si化介电层Xr/Au层、太 阳能电池、平面化层和器件衬底。
[0117] 图75A和75B提供了例性地展示了用在本说明书中的措辞"侧向尺寸"和"横截面 尺寸"的示意图。图75A提供了包含4个半导体带6005的可印刷半导体单元的俯视平面 图。在本说明书的上下文中，措辞"侧向尺寸"由半导体带6005的长度6000和宽度6010例 示。图75B提供了包含4个半导体带6005的可印刷半导体元件的横截面视图。
[0118] 图76示出了印刷在PET衬底上的可印刷GaAs/InGaAlP红色LED。
【具体实施方式】
[0119] 参照附图，相同的数字指示相同的元件，在一幅W上的附图中出现的相同数字指 示相同的元件。另外，在下文中应用W下限定：
[0120] 被应用于光学器件和光学构件的"聚集（collecting)"和"会聚 (concentrating)"，是指光学构件和器件构件的该样的特性；它们将光从相对大的面积导 出，并将该光导到另一面积，所述另一面积在某些情形下是较小的面积。在某些实施方案的 上下文中，聚集和会聚光学构件和/或光学构件可用于印刷式无机太阳能电池或光电二极 管的光检测或电能收获。
[0121] "可印刷"涉及可W在不将衬底曝光在高温下（即在低于或等于约400摄氏度的温 度下）实现转移、组装、图案化、组织和/或集成到衬底上或内部的材料、结构、器件组件和/ 或集成的功能器件。在本发明的一个实施方案中，可印刷材料、元件、器件组件w及器件可 W通过溶液印刷或接触印刷转移、组装、图案化、组织和/或集成到衬底上或内部。
[0122] 本发明的"可印刷半导体元件"包含该样的半导体结构；其能够被组装和/或集成 在衬底表面上，例如使用干转移接触印刷和/或溶液印刷方法。在一个实施方案中，本发明 的可印刷半导体元件是一元单晶（unitary single C巧stalline)、多晶或微晶无机半导体 结构。在一个实施方案中，可印刷半导体元件经由一个或多个桥接元件连接到衬底，诸如母 晶片。在本说明书的上下文中，一元结构是具有机械相连的部件的整体元件。本发明的半 导体元件可W是未惨杂的或惨杂的，可W具有选定的惨杂剂空间分布，并可W惨杂有多种 不同的惨杂剂材料，包括P和N型惨杂剂。本发明的可印刷半导体元件和结构可W包括贯 穿该些元件的一个维度的洞或穿孔，W通过引入化学释放剂帮助该些元件从晶片上释放。 本发明包括微结构可印刷半导体元件，其至少一个横截面尺寸（例如厚度）选自1微米至 1000微米的范围。本发明包括纳米结构的可印刷半导体元件，其至少一个横截面尺寸（例 如厚度）选自1纳米至1000纳米的范围。在一个实施方案中，本发明的可印刷半导体元件 的厚度尺寸小于或等于1000微米，对于某些应用优选地厚度尺寸小于或等于100微米，对 于某些应用优选地厚度尺寸小于或等于10微米W及对于某些应用优选地厚度尺寸小于或 等于1微米。
[0123] 适用于许多应用的可印刷半导体元件包含一些通过对高纯度体材料一诸如使 用常规高温处理技术产生的高纯度晶体半导体晶片一的"自顶而下"处理而获得的元 件。在本发明的某些方法和系统中，本发明的可印刷半导体元件包含复合异质结构，该复合 异质结构具有可操作性地连接到或W其他方式集成到至少一个附加器件构件或结构的半 导体，所述附加器件构件或结构诸如是导电层、介电层、电极、附加半导体结构或它们的任 意结合。在本发明的某些方法和系统中，可印刷半导体元件包含与至少一个附加结构集成 的半导体结构，所述附加结构选自：另一个半导体结构；介电结构；导电结构；和光学结构 (例如，光学涂层，反射器，窗口，光纤，聚集、漫射或会聚光学器件等等）。在本发明的某些 方法和系统中，可印刷半导体元件包含与至少一个电子器件构件集成的半导体结构，所述 电子器件构件选自：电极；介电层；光学涂层；金属接触垫；和半导体沟道。在本发明的某些 方法和系统中，本发明的可印刷半导体元件包含可拉伸半导体元件、可弯曲半导体元件和/ 或异质半导体元件（例如，与一种或多种附加材料一诸如电介质、其他半导体、导体、陶瓷 等等一集成的半导体结构）。可印刷半导体元件包括可印刷半导体器件和其构件，该可印 刷半导体器件和其构件包括但不限于可印刷LED、激光器、太阳能电池、p-n节、光生伏打电 池、光电二极管、二极管、晶体管、集成电路和传感器。
[0124] "横截面尺寸"指器件、器件构件或材料的横截面的尺寸。横截面尺寸包括可印刷 半导体元件的厚度、直径或半径。例如，具有条带形状的可印刷半导体元件的特征在于厚度 横截面尺寸。例如，具有柱面形状的可印刷半导体元件的特征在于直径（或半径）横截面 尺寸。
[0125] "纵向上的取向处于基本平行的配置中"指该样的取向，即诸如可印刷半导体元件 的一群元件的纵轴基本平行于所选的校准轴取向。在该定义的上下文中，基本平行于所选 轴指的是在绝对平行取向10度W内的取向，更优选地为在绝对平行取向5度W内的取向。
[0126] 术语"柔性"和"可弯曲"在本说明书中被同义地使用，指材料、结构、器件或器件 构件变形为弯曲形状而不经历一些引入显著应力的变换的能力，该应力例如是表征材料、 结构、器件或者器件构件的失效点的应力。在一个示例性实施方案中，柔性材料、结构、器件 或器件构件可W被变形为弯曲形状，同时不引入大于或等于5%的应力，对于某些应用优选 地不引入大于或等于1 %的应力，对于某些应用更优选地不引入大于或等于0. 5 %的应力。
[0127]"半导体"指为任意一种如下的材料，该材料在非常低的温度是绝缘体，但在大约 300开尔文的温度具有明显的电导率。在本说明书中，术语"半导体"的使用意在与该术语 在微电子和电学器件领域中的使用一致。适用于本发明的半导体可W包含元素半导体，诸 如娃、错和金刚石，W及化合物半导体，诸如；IV族化合物半导体诸如SiC和SiGe，III-V族 半导体诸如AlSb、AlAs、Aln、AlP、BN、Ga訊、GaAs、GaN、GaP、InSb、InAs、InN和InP，III-V 族H元半导体合金诸如AlxGai_,As，II-VI族半导体诸如CsSe、CdS、CdTe、化0、aiSe、ZnS和 化Te，I-VII族半导体诸如化Cl, IV-VI族半导体诸如PbS、PbTe和SnS，层半导体诸如Pbl2、 M0S2和GaSe，氧化物半导体诸如化0和化2〇。术语"半导体"包括本征半导体和惨杂有一 种或多种选定材料W提供适用于给定应用或器件的有益的电学特性的非本征半导体，非本 征半导体包括具有P型惨杂材料和n型惨杂材料的半导体。术语"半导体"包括一些包含 了半导体和/或惨杂剂的混合物的复合材料。适用于本发明的某些应用的具体半导体材 料包括但不限于 Si、Ge、SiC、A1P、AlAs、A1 訊、GaN、GaP、GaAs、Ga訊、InP、InAs、Ga訊、InP、 InAs、InSb、ZnO、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、ZnSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、机S、机Se、PbTe、 AlGaAs、AlInAs、AllnP、GaAsP、GalnAs、GalnP、AlGaAsSb、AlGalnP 和 GalnAsP。多化娃半 导体材料适用于本发明在传感器和发光材料--诸如发光二极管（LED)和固态激光--领 域的应用。半导体材料的杂质是除该半导体材料自身W外的原子、元素、离子和/或分子， 或提供到该半导体材料的任何惨杂剂。杂质是出现在半导体材料中的可能负面地影响半导 体材料的电学特性的并不想要的材料，杂质包括但不限于氧、碳和包括重金属的金属。重金 属杂质包括但不限于，周期表上铜和铅之间的元素族、巧、轴，和其所有离子、化合物和/或 配合物（complex)。
[012引"塑料"指通常当加热时可W被模制或成形并硬化为所需形状的任何合成的或自 然存在的材料或材料的组合。适用于本发明的器件和方法的示例性塑料包括但不限于聚合 物、树脂、和纤维素衍生物。在本发明中，术语塑料意在包括一些包含一种或多种塑料一 其具有一种或多种添加剂一的复合塑料材料，所述添加剂是诸如结构加强剂、填充剂、纤 维、塑化剂、稳定剂、或可W提供所需化学或物理特性的添加剂。
[0129] "弹性体"指可W被拉伸或变形并回到其原始形状而不本质上永久变形的聚合物 材料。弹性体一般经历本质上弹性的变形。适用于本发明的示例性弹性体可W包含聚合 物、共聚物、聚合物与共聚物的复合材料或混合物。弹性层指包含至少一个弹性体的层。弹 性层还可W包括惨杂剂和其他非弹性材料。适用于本发明的弹性体可W包括但不限于：热 塑性弹性体、苯己帰类材料（styrenic material)、帰姪类材料（olefenic material)、聚帰 姪、聚氨醋热塑性弹性体、聚醜胺、合成橡胶、PDMS、聚下二帰、聚异下帰、聚（苯己帰-下二 帰-苯己帰）、聚氨醋、聚氯下二帰、和娃树脂。弹性体提供适用于本方法的弹性印模。
[0130] "转移器件"指能够接收、重定位、组装和/或集成元件或元件阵列一诸如一个或 多个可印刷半导体元件一的器件或器件构件。适用于本发明的转移器件包括顺应性转移 器件，其具有一个或多个能够与进行转移的元件建立共形接触的接触表面。本方法和成分 特别适用于结合转移器件来实施，所述转移器件包含弹性转移器件。适用的弹性转移器件 包括：弹性印模；复合弹性印模；弹性层；多个弹性层；和结合到衬底一诸如玻璃、陶瓷、 金属或聚合物衬底一的弹性层。
[0131] "大面积"指一个大于或等于36平方英寸的面积，所述面积，诸如一个用于器件制 造的衬底的接收表面的面积。
[0132] "共形接触"指建立在表面、涂覆表面和/或其上沉积有材料的表面之间的接触， 其可W适用于将结构（诸如可印刷半导体元件）转移、组装、组织和集成在衬底表面上。在 一方面，共形接触包括顺应性转移器件的一个或多个接触表面到衬底表面或诸如可印刷半 导体元件等物体表面的总体形状的宏观适配。在另一方面，共形接触包括顺应性转移器件 的一个或多个接触表面到衬底表面的微观适配，其导致无空隙的紧密接触。术语"共形接 触"意在与该术语在软刻蚀领域的使用一致。共形接触可W建立顺应性转移器件的一个或 多个裸接触表面和衬底表面之间。替代地，共形接触可W建立在顺应性转移器件的一个或 多个涂覆接触表面一例如其上沉积有转移材料、可印刷半导体元件、器件构件和/或器件 的接触表面一和衬底表面之间。替代地，共形接触可W建立在顺应性转移器件的一个或 多个裸的或涂覆的接触表面和涂有诸如转移材料的材料、固体光致抗蚀剂层、预聚物层、液 体、薄膜或流体的衬底表面之间。
[0133] "放置准确度"指一种转移方法或器件将可印刷元件一诸如可印刷半导体元 件一转移到选定位置的能力，所述选定位置或者关乎诸如电极之类的其他器件构件的位 置，或者关乎接收表面的选定区域。"良好的放置"准确度指能够将可印刷元件转移到选定 位置的方法和器件一所述选定位置关乎另一个器件或器件构件，或关乎接收表面的选定 区域，同时与绝对正确位置的空间偏差小于或等于50微米，对于某些应用更优选地小于或 等于20微米，对于某些应用进一步优选地小于或等于5微米。本发明提供了包含至少一个 W良好的放置准确度被转移的可印刷元件的器件。
[0134] "光通信"指两个或更多个元件的配置，其中一个或更多个电磁福射束能够从一个 元件传播到其他元件。光通信中的元件可W直接光通信或间接光通信。"直接光通信"指两 个或更多个元件的配置，其中一个或更多个电磁福射束直接从第一个器件元件传播到另一 个器件元件，而不使用用于将该些束转向和/或组合的光学构件。在另一方面，"间接光通 信"指两个或更多个元件的配置，其中一个或更多个电磁福射束经由一个或多个器件构件 在两个元件之间传播，所述器件构件包括但不限于；波导、光纤元件、反射器、滤镜、棱镜、透 镜、光栅和该些器件构件的任意结合。
[01巧]本发明涉及W下领域；聚集光学器件、漫射光学器件、显示器、拾放组件、垂直腔面 发射激光器（VCSEL)及其阵列、L邸及其阵列、透明电子器件、光生伏打器件阵列、太阳能电 池及其阵列、柔性电子器件、显微操纵术（micromanipulation)、塑料电子器件、显示器、转 移印刷、LED、透明电子器件、可拉伸电子器件、和柔性电子器件。
[0136] 本发明提供包含了一些经由转移印刷技术组装和集成的可印刷高品质无机半导 体元件的光学器件和器件阵列，例如LED阵列、激光器阵列、光学传感器及传感器阵列、和 光生伏打器件阵列。本发明的组装和集成方法包括可印刷半导体元件的干式接触印刷、用 于制造器件衬底一诸如具有集成光学构件（例如透镜阵列）的器件衬底一的复制模制 (r巧lica molding) W及层叠处理步骤。
[0137] 在一个实施方案中，本发明提供了一种新型显示器，其通过发光二极管（LED)或 其他发光或聚集器件的组件的协同运作来生成图像。该图像可W是高清晰度的一如同计 算机监视器或电视上的图像，或可类似于英光灯的方式提供简单照明。本发明由小型 无机发光器件、晶体管和导电互连件的组件构成。转移印刷和其他新制造过程可W被用来 执行该些构件的组合并赋予它们新的功能，例如可拉伸性。
[013引本发明可W构筑在多种衬底上，包括刚性材料（例如玻璃）、柔性材料（例如薄塑 料），甚至是可拉伸材料（例如弹性体），该为该些显示和照明产品赋予了多种益处，包括高 度的透明度、柔性和/或可拉伸性，W及机械耐用性和低重量。因此本发明可适用于航空航 天、运输、医药和时尚的工业等多种应用，包括适用于一些可W动态地适应目标的复杂轮廓 的建筑元件和器件中。所使用的发光二极管（LED)能够高速运作并具有高亮度，使得即使 在全日光下也能够有效显示图像（例如，用于户外显示）。
[0139] 本发明的新式转移印刷和其他制造过程，除了为显示器赋予功能外，还使得本发 明的系统的生产成本能够低于其他一些用途更少的显示器（例如常规L邸显示器）的生产 成本。该新型转移印刷和其他制造过程还使得本发明的系统能够获得对其他显示技术（液 晶显示器、有机L邸显示器、常规L邸显示器、阴极射线管显示器等等）而言不可能达到的 亮度水平、大面积覆盖、透明度、机械特性、运行寿命和/或分辨率组合。
[0140] 图1提供了由本发明提供的光学系统的示意图。如图1所示，本发明提供了 许多类的光学系统和制造该些系统的相关方法，所述光学系统包括用于光发生（li曲t generation)的系统和用于光收获（li曲t harvesting)的系统，其包含具有配准的集成光 学构件的印刷式无机光学和光电子系统。光发生系统包括印刷式L邸显示器、微L邸器件、 无源矩阵L邸显示器、有源矩阵L邸显示器、印刷式VCS化系统和印刷式半导体激光器阵 列，可选地包含光漫射光学器件、光聚焦光学器件和/或滤光光学器件。光收获系统包括： 传感器，诸如人造眼传感器、球面/平面可转换印模传感器和球面顺应性可拉伸半导体基 传感器；W及光伏系统，诸如光生伏打器件阵列、微太阳能电池，可选地包含聚集光学器件。 本发明的光学系统包括可拉伸器件和系统、柔性器件和系统、W及刚性器件和系统。
[0141] 图2A-E提供了本发明的包含可印刷半导体元件的光学系统的示意图。图2A示 出了具有集成光学漫射器的印刷式LED阵列。图2B示出了娃芯片上的具有集成光纤的 VCS化阵列。图2C示出了具有集成光学聚集器的印刷式光生伏打器件阵列。图2D示出了 聚集透镜上包含印刷式光电二极管阵列的人造眼传感器。图2E示出了平板扫描器（sheet scanner),其兼具感光和光发生功能，并包含被提供在聚合物或其他低成本衬底上的印刷 式阵列L邸和光电二极管构件W及集成聚集光学器件。
[0142] 图3提供了制造本发明的印刷式无机有源矩阵L邸显示器的单个像素元件的工艺 流程示意图。图片1图示了在衬底上准备栅极电极的步骤。图片2图示了将薄膜粘附剂旋 涂到已图案化的衬底上的步骤。图片3图示了将薄膜晶体管结构印刷在粘附层上（例如使 用接触印刷）的步骤。图片4图示了沉积（或印刷）电极线W互连已印刷的晶体管结构的 步骤。图片5图示了将L邸结构印刷在一个或多个电极上的步骤。在某些实施方案中，该 些元件的结合通过冷焊实现。图片6图示了封装或平面化该些器件构件，例如使用可光致 固化的环氧树脂。图片7图示了将电接点沉积或印刷到LED电极结构的顶部的步骤。
[0143] 图4提供了玻璃衬底上的印刷式有源矩阵L邸显示器的示意图（未按比例）。所 示的显示器包含100个像素，并是大约11英寸的显示器。该器件的薄膜晶体管（TFT)元件、 L邸元件、栅极线、阳极线和数据线在图4中示出。TFT和L邸结构经由印刷组装，例如使用 一个或多个弹性印模。金属线用阴影掩模图案化。底板安置有L邸结构、数据及栅极线、和 TFT结构。顶板安置有阳极线。
[0144] 图5提供了（透明）玻璃衬底上的有源矩阵L邸显示器的单个像素的照片（图 5A)和操作电流-电压特性（图5B)。如图5A所示，有源矩阵L邸显示器的单个像素包含 印刷式TFT结构、L邸结构、栅极电极和电互连。图5