具有表面贴装发光元件的显示器的制作方法

本发明总体涉及集成电路(ic)，尤其涉及表面贴装发光元件和应用所述表面贴装发光元件制成的发光显示器。

背景技术：

用于大尺寸显示的目前竞争技术是液晶显示器(lcd)、有机发光器件(oled)显示器，以及最近的无机led显示器。本申请直接阐述的lcd的弱点是：1)低效率，由背光产生的光仅有约5％作为图像被用户可见，以及2)低动态范围，因为lc材料不能完全阻挡光以产生黑色像素。oled显示器的缺点是蓝光oled材料的低可靠性和低效率(～5％qe)。无机micro-leds(uleds)在显示器的使用将提供非常高的效率，因为显示器将不使用彩色滤光器和偏光片吸收光。如本发明所述，uled是一种直径或者横截面小于100微米的led。所述无机uled显示器将具有非常高的对比度，因为不发光的黑色像素被设置。如已经在一般照明中所确定的，对于无机uled显示器，蓝色氮化镓(gan)leds将有35-40％的效率，和可靠性超过50,000小时。索尼已经发展了使用拾取和放置系统在显示器阵列中排列uleds的被动型矩阵。然而，由于大型显示器需要上百万的leds，相比其他技术，用这种工艺制造的显示器会需要过多的时间和花费。

将微加工电子装置、光电装置和次系统自母基板/晶片向大面积且/或非常规的基板的流体转移，为扩展电子和光电装置的应用范围提供了新的机会。例如，显示像素尺寸的发光二极管(led)微结构，如棒、片、或盘，可以首先在小尺寸晶片上制造，然后转移到大面板玻璃基板上以制造无需背光的直接发光显示器。

传统的转移技术，比如喷墨印刷或者自动的拾取和放置，工作在某些特定应用中是合理的。然而，这些传统技术或者没有成本效率或者低收益率，因此它们不能被应用于直接转移led微型结构。

对于用在直接发光显示器，无机uled盘的制造中有三个重要的工艺。这三个重要的工艺是：uled盘制造；uled盘分布于透明基板上；以及uled盘的互连。由于流体组装工艺将uled盘随机分布在透明基板的放置井里，使得传统ic型接触孔开放/金属互连设计受到极大地挑战。在(不透光的)互连中要求额外的公差以处理这些随机的分布，导致在发光面积填充要素中的实质性损失。进一步地，制作这些互连所需的复杂性导致了低收益率和/或者高成本。

图1a和1b是位于基板的井内的顶连接led盘的平面图(前案)。在图1a中，dd表示led(例如，gan)盘的直径，dc表示已分布有uled盘的微腔或井的直径，dp表示假设gan形成在盘的顶部时，p掺杂gan(p-gan)区的直径。区域100为已通过反应离子蚀刻(rie)移除p-gan和mqw的n-gan接触部。内部的圆形区域102是具有p-gan在顶部的全led层叠体。氧化镍(niox)/氧化铟锡(ito)层可以形成在区域102的表面上。考虑到典型的光刻不对准公差(高达2微米(μm))，所述圆形区域102远离gan盘中心2微米。由于只有区域102可以发光，所述发光区域填充要素仅有大约70.6％。发光面积的近30％由于n-gan开口100而将损失。

图1b示出了阳极末端连接点104(dpc)的工作区域。在直径24μm的区域104的外部形成的连接可能导致短路或开路。至n-gan区域100的传统金属互连进一步减小发光面积填充要素，在这一实施例中，gan盘仅31.4％的区域将发光。

图2是底部阴极接触结构的部分横截面图(前案)。该选择避免了与传统顶部接触led盘相关联的重要的发光区域填充要素损失。底部互连电极200首先被蒸发和被图案化在基板202上，被微腔(井)204的形成跟随。低熔点金属206的薄层随后覆盖在微腔204内的底部电极的表面。所述gan盘208(n-gan210/p-gan212)随后分布在微腔204中。在绝缘夹层膜214图案化之后，顶部互连电极216被蒸发和图案化以完成整个工艺流程。

图2所示出的工艺流程相对的简单。具有仔细地选择的顶部金属走线设计，正面的发光区域填充要素可能达到最大值85％。这个流程的主要挑战包括底部接触率、均匀性、可靠性和重复性，以及如果需要背面发光开口时，底部接触率与底部电极面积之间的权衡。

如果大型发光显示器可以使用表面贴装发光元件通过流体组装工艺被有效地制造将会是有利的。

技术实现要素：

本发明揭示一种使用无机微发光二极管(leds)的直接发光显示器或者液晶显示器(lcd)背光，能够以合理的成本和高可靠性制造大面积高动态范围显示。比如，一种表面贴装结构中的无机micro-leds(uleds)阵列可以通过流体组装的方式以制造高动态范围的发光显示器。uled发光器通过在蓝宝石基板上的传统平面led结构中蚀刻成小型盘形状的方式被制造。盘被加工以形成在所述uled的上表面分隔的阳极和阴极。所得到的uled通过激光剥离过程被分离并被收集在诸如异丙醇(ipa)、丙酮或蒸馏水的合适液体中形成悬浮液。这些悬浮液被沉积在预先准备好具有井结构的阵列的显示基板上，所述井结构具有两个与uled盘上的阳极和阴极电极相匹配的电极。所述井是一个比盘直径稍微大一些的圆形开口，因此一个uled可以被沉积在所述井中且在led电极与基板上的电极连接的位置。由于led的电极都直接覆盖且毗邻所述井的底面，与具有一个或两个通过井的开口暴露的电极的led盘相比，电连接被极大地简化，因此需要加入互连层和加工。

作为合适的退火的结果，所述uled被连接至基板上的阵列电极，因此它们可以被合适的驱动电路驱动以发光。所述阵列可以被驱动为被动型矩阵，因此每一行被依序打开，阵列中的每一个子像素被控制电流驱动以产生所需要的亮度。然而，由于抽样和驱动限制这种简单的驱动方案必然限于相对较少的行的数量。可选地，每一子像素可由薄膜晶体管(tft)驱动电路控制，所述薄膜晶体管(tft)驱动电路可以基于存储在电容器中的电荷控制驱动电流的量。这种主动型矩阵(am)电路结构允许uled接近100％的时间被驱动，因此，除了提供给每一列的电源外，对显示器中的行数并没有限制。

相比于电流垂直的uled显示器，所述表面贴装uled结构提供了几个主要的优势，所述垂直的uled具有顶表面和底表面电连接部：

1)小型发光器面积更合适于高解析度主动型矩阵(am)显示器，但是整体盘尺寸要足够大以进行流体组装。

2)流体组装工艺作为最后的主要操作发生，因此可以使用较小的玻璃而无需在组装之后为了金属化返回到lcd晶圆。

3)互连图案化发生在井形成之前，因此不对准的uled没有出现金属缺陷且不需要从基底穿过井层的深互连。

4)在退火之后，所述uled被电连接但是被暴露，因此具有电测试的可能性以观察给定的uled是否发光，其后跟随对缺陷的uled的拾取和放置修补。

这些优点趋向于抵消表面贴装led的发光面积是led生成基板的面积的相对较小比例，增加了每像素的成本。进一步地，所述uled制造工艺是相对复杂的，其包括发生在激光剥离(llo)之后的柱的制造在内的多道图案化步骤。

因此，一种具有顶表面和底表面的表面贴装发光元件被提供。第一电接触部仅形成于所述顶表面，第二电接触部也仅形成在所述顶表面。柱从所述底表面延伸。在一方面，所述表面贴装发光元件为表面贴装发光二极管(smled)，所述smled由由具有n掺杂剂或者p掺杂剂的第一半导体层，和由与用于第一半导体层相反的掺杂剂制成的第二半导体层制成。多量子阱(mqw)层位于在第一半导体层和第二半导体层之间。通常，所述第一半导体层和第二半导体层是氮化镓(gan)或铝镓铟磷(algainp)。

一种由上述的表面贴装发光元件和发光基板制成的发光显示器同样被提供。所述发光基板包括顶表面，第一多个井形成于所述发光基板的顶表面。每一个井包括底面、侧壁、形成于所述底面的第一电接口和形成于所述底面的第二电接口。所述发光基板还包括列导电走线和行导电走线形成的矩阵以形成第一多个行/列交叉点，其中每一行/列交叉点与对应的井相关联。第一多个发光元件填充于所述井。在一方面，颜色改变结构覆盖每一个发光元件的底表面(比如产生单一的颜色，如白色)，且所述显示器包括覆盖所述发光基板顶表面的液晶显示器(lcd)基板。

所述发光显示器还可以是直接发光类型的显示器，在这种情况下，多个第一颜色改变结构覆盖在相应的smled的所述底面上。多个第二颜色改变结构覆盖在相应的smled的所述底面上，所述第二颜色与第一颜色不同。如果显示器是红-绿-蓝(rgb)且仅使用一种类型的led(例如蓝色ganled)，那么多个光扩散结构将覆盖相应的没有覆盖颜色改变结构的smled的底面。结果是具有像素区域的显示器，每个像素区域包括具有覆盖有第一颜色改变结构(例如绿色)的smled、具有覆盖有第二颜色改变结构(例如红色)的smled和不覆盖颜色改变结构的smled(例如蓝色)。可选地，如果同时使用了蓝色和绿色发光ganled，则颜色改变结构只需要产生红色。

在一方面，每一smled的所述第一电接触部(电极)被设置为具有第一直径的环形，每一个smled的所述第一半导体层和所述mqw层为覆盖所述第一电接触部的层叠体。然后，每一个smled的所述第二电接触部形成在第一电接触部的环边缘内，所述每一个smled的所述第二半导体层为具有中间部分覆盖所述第二电接触部的盘形。每一个井的第一电接口被设置为具有第一直径的部分环形，具有开放型的开口，每个井的第二电接口被设置为延伸进入对应第一电接口的部分环形的开口的走线。可选地，每一个smled的所述第一半导体层和mqw层可以为覆盖所述第二电接触部的层叠体，且所述第二半导体层覆盖所述第一电接触部。

作为另一个可选地，每一个发光元件的顶表面可以是具有第一水平面和第二水平面的双平面，因此每一个发光元件的第一电接触部形成于所述顶表面的第一水平面，且每一个发光元件的第二电接触部形成于所述顶表面的第二水平面。每一个井的底面同样是具有第一水平面和第二水平面的双平面，每一个井的第一电接口形成于所述井的底面的第一水平面，且每一个井的第二电接口形成于所述井的底面的第二水平面。

所述发光元件可以使用主动型矩阵(am)电路启动，其每一个驱动电路连接至对应的行/列交叉点，且连接到对应的井的第一电接口。然后，所述发光基板还包括连接到每个井的第二电接口的参考电压(例如，接地)走线网。可选地，列走线和行走线的矩阵形成被动型矩阵(pm)，该被动型矩阵具有与相应井的第一电接口连接的每个列/行交叉点的列走线、和与每个井的第二电接口连接的每个列/行交叉点的行走线。

下面将提供上述表面贴装发光元件和发光显示器的附加细节。

附图说明

图1a和1b是位于基板的井内的顶接触led盘的平面图(前案)。

图2是底部阴极接触结构的部分横截面图(前案)。

图3是表面贴装发光元件的局部横截面图。

图4a和4b分别是作为表面贴装发光二极管(smled)的表面贴装发光元件的局部横截面图和平面图。

图5是描绘了图4a的led的替换物的局部横截面图。

图6是描绘了一种发光元件的双水平面变化的局部横截面图。

图7a和7b是描绘了表面贴装发光元件的柱的变化的底面图。

图8a和8b分别是一种发光显示器的平面图和局部横截面图。

图9a和9b是描绘了实现图8a和8b的发光基板作为背光的两种不同的方法的部分横截面图。

图10a和10b是描绘了实现发光基板作为直接发光显示器的两种不同的方法的部分横截面图。

图11a和11b分别为井的底面的平面图和发光基板的局部横截面图。

图12a和12b分别是图11a和11b的井的底面的平面图和的发光基板局部横截面图的变更实施例。

图13a、13b和13c分别是发光元件的变更实施例、井的变更实施例和位于井中的发光元件的局部横截面图。

图14a和14b分别是启用第一多个主动型矩阵(am)驱动电路的发光基板的示意图和局部横截面图。图14c示出了驱动电路的一个特定变更实施例。

图15a和15b分别是能够使用被动型矩阵的发光元件的发光基板的示意图和局部横截面图。

图16是为流体组装设计的表面贴装uled的局部横截面图。

图17a至17l描述了一实施例的发光基板的制造流程的平面和局部横截面图。

图18是描绘了通过使用单独的彩色转换片的颜色生成器的局部横截面图。

图19是描绘了通过在发光元件上沉积了荧光剂的颜色生成器的局部横截面图。

图20a和20b分别是用3种不同led以分别产生三种不同颜色的发光基板的局部横截面图和光强度图。

图21a、21b和21c分别描绘了白光荧光强度图、示例性的层叠彩色滤光器和相关的层叠彩色滤光器强度图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

图3是表面贴装发光元件的局部横截面图。所述表面贴装发光元件300包括顶表面302、底表面304、仅形成于所述顶表面的第一电接触部306和仅形成于所述顶表面的第二电接触部308。所述“仅形成于所述顶表面”意味着所述电接触部或者电极不会延伸到所述发光元件的侧面312或者底表面304。所述电接触部可以是金属、掺杂的半导体或透明导电氧化物(tco)如氧化铟锌(ito)。尽管未明确示出作为一个明显的层，所述电接触部306和308可以是焊料或者涂覆(比如一种共晶焊料)用于后续连接发光基板的焊料。所述发光元件300进一步包括从底面304延伸的柱310。在一方面，所述柱310居中地位于所述底表面304的中间。所述发光元件的一示例为发光二极管(led)。虽然不是发光，其他的两端子表面贴装元件包括光电二极管、热敏电阻、压力传感器和压电器件。

图4a和4b分别为作为表面贴装发光二极管(smled)的表面贴装发光元件的局部横截面图和平面图。所述smled300包括具有n-掺杂剂或p-掺杂剂的第一半导体层402、和具有并未用于第一半导体层402的掺杂剂的第二半导体层404。多量子阱(mqw)层406位于第一半导体层402和第二半导体层404之间。所述mqw层406通常可以是未示出的一系列量子阱层(代表性的，为5层，例如，图未示的交替设置的5nm的氮化铟镓(ingan)和9nm的n掺杂gan(n-gan))。在该mqw层和p掺杂的半导体层之间还可设置有氮化铝镓(algan)电子阻挡层(图未示)。外半导体层可以是约200nm厚的p掺杂的gan(mg掺杂)。如果较高的铟含量使用在mqw中，则可以形成高亮度的蓝色led或绿色led。最实用的第一半导体层和第二半导体层的材料是能够发蓝色或绿色光的氮化镓(gan)或能够发红光的铝镓铟磷(algainp)。

所述第二电接触部308被设置为环形，且所述第二半导体层404具有圆盘形状，其边缘位于该第二电接触部304环的下方，所述第一电接触部306形成于所述第二电接触部308环边缘内，所述第一半导体层402和所述mqw层406层叠设置于所述第一电接触部下方。所述第二电接触部308环和所述第一电接触部306之间形成有沟槽，所述沟槽填充有电绝缘体408。

传统的led制程(比如用于发光的led)仅发生在从蓝宝石基底分离之前的一个表面。这些制程中的一部分使用用于将led从蓝宝石基底分离的激光剥离(llo)来作为最后的步骤。其他制程中并不使用llo，而是切割蓝宝石基底来分离led。然而，所述smled的结构需要与所述柱相对的表面上的电极，因此，所述柱是在所述uled从所述蓝宝石基底分离下来之后形成。传统的制程中并没有提供维持每个led的已知位置的方法，由于led从蓝宝石分离，因此可在led的底部实施光刻工艺。精确的x-y坐标是需要的以精确地将柱定位在led的顶表面期望的位置。精确的z(垂直)坐标是需要的以建立焦平面用于对具有流体组装(如表面定向)所需的尺寸控制所述柱结构进行成像。换言之，所述smledllo需要所述smled必须一受控方式定位于转运基板以形成它们的柱，然后从转运基板上释放它们以形成制造流体组装的悬浮液。

图5是描绘了图4a的led的替换物的局部横截面图。在这方面，所述第一电接触部(电极)306被设置为环形，所述第一半导体层402和所述mqw层406为环形设置于所述第一电接触部下方的层叠体。所述第二电接触部308形成于所述第一电接触部306的环边缘内。所述第二半导体层404为圆盘形状且其中间部分位于所述环形第二电接触部下方，如所示出的，所述环形第二电接触部308和所述第一电接触部306之间形成有沟槽，电绝缘体408填充所述沟槽。

图6是描绘了一种发光元件的双水平面变化的局部横截面图。在图4a和图5中可以看出所述顶表面是平面，所述底面也是平面。本发明所使用的“平面”指的是全部平坦的表面，其均方根(rms)粗糙度小于10纳米(nm)。可选地，如图6所示，所述表面贴装发光元件的顶表面是具有第一水平面600和第二水平面602的双平面。所述第一电接触部306形成于所述顶表面的第一水平面600，所述第二电接触部308形成于所述顶表面的第二水平面602。可替换的但并未示出，所述第二电接触部可以形成于所述顶表面的第一水平面，所述第一电接触部可以形成于所述顶表面的第二水平面。

图7a和7b是描绘了表面贴装发光元件的柱的变化的底面图。在一方面，如图7a所示，所述表面贴装发光元件可包括由所述底表面304延伸的多个柱310。备注：所述表面贴装发光元件300对所述柱的具体数量、柱的位置、柱的具体形状并不做限制。图7a中示出了两个柱，图7b则描绘了形状为片状的一个柱。其他形状或者多个形状的组合也是可实施的。在一方面，特别在只有单一一个柱的情况下，所述柱位于所述发光元件的底面的中间，这使发光元件的一个边缘倾斜至所述流体流。在图7a和7b中，所述柱使发光元件向与从页面出来的垂直轴垂直的方向倾斜。

图8a和8b分别是一种发光显示器的平面图和局部横截面图。所述发光显示器的一些示例包括电视、电脑显示器、手持设备的屏幕和lcd显示器的背光，可以应用于上述示例中，也可以作为直接发光显示器。所述发光显示器800包括具有顶表面804的发光基板802。所述发光基板802还包括形成在所述发光基板的顶表面804的第一多个井806。每一个井806包括底面808、侧壁810、形成于所述底面的第一电接口812和形成于所述底面的第二电接口814。尽管未明确示出作为一个明显的层，但是第一电接口812和第二电接口可被焊料涂覆以与发光元件电连接。由列导电走线816和行导电走线818形成的矩阵中形成有第一多个行/列交叉点820，每一行/列交叉点与对应的井806相关联。所述井和所述行和列的走线形成的矩阵之间的接口的其他细节将会在下面提供。所述第一多个发光元件300位居于井806中。每一个发光元件300包括覆盖对应的井的底面808的顶表面302。所述发光元件300包括底表面304和由所述底表面延伸的柱310。第一电接触部(电极)306形成于所述发光元件的顶表面302且连接至对应的井的第一电接口812。尽管未明确示出作为一个明显的层，但是第一电接触部306和所述第二电接触部308可是焊料或者被涂覆用于与发光基板的电接口连接的焊料。第二电接触部308形成于发光元件的顶表面302且与对应的井的第二电接触部814连接。备注：发光装置的电接触部和井的电接口可以由反射材料(比如金属)制成以将光引导到发光基板802的顶表面804。

由于发光元件的接触部均形成在顶表面302，所述装置可以被认为是表面贴装发光元件。需要注意的是，当发光元件被捕获于井204中时所述发光元件的底表面304在所述顶表面302之上。如上述说明所述，所述发光元件第一和第二电接触部306/308仅形成于所述发光元件的顶表面302。因此，在填充井之后无需形成电接口在发光基板的顶面804。如上所述，所述发光元件可为表面贴装发光二极管(smleds)，为了简洁起见，细节将不再重复。一个方面，如前面所定义，每一个发光元件的顶表面302是平面，且每一个井的底面808是平面。所述发光元件的底表面304也可以是平面。

所述发光元件具有允许发光元件配合在井腔内的尺寸。本发明所使用的，“配合”一词是指两个机械部件的配合。制造的零件非常频繁被要求与其他相互配合。它们可以设计成相对其他的一个或多个自由地滑动，或者它们可以被设计成结合在一起以形成单一的单元或组件。配合有三个通用类别。间隙配合可能被要求为物体(例如，发射元件)在井内旋转或自由滑动，这通常被称为“滑动配合”。过盈配合可能所期望地为当物体被牢固地固定在井中时，这通常被称为过盈配合。过渡配合可能被要求为当物体被牢固地固定但不足以牢固地使其不能在井中被拆卸或旋转时，在此通常被称为定位或过渡配合。发光元件相对于井通常具有间隙或滑动配合。

图9a和9b是描绘了实现图8a和8b的发光基板作为背光的两种不同的方法的部分横截面图。颜色改变结构902覆盖每个发光元件的底面304，且液晶显示器(lcd)基板900覆盖所述改变结构。lcd基板的多种不同类型在本领域是公知的，为了简洁起见省略了其结构的细节。简而言之，lcd基板900形成在每个发光元件300上的选择性接合“窗口”，且颜色改变结构902将由发光元件发出的光的颜色改变为适合作为lcd显示器背光的颜色。例如，如果发光元件是发出蓝色光的ganled，则颜色改变结构902可以起到将蓝色光转换为白色的作用。例如，颜色改变结构902可以是包括红色改变结构和绿色改变结构的层叠体，如下将作更详细地解释的。在图9a中，颜色改变结构直接形成在发光元件300上，例如，通过印刷工艺。在图9b中，颜色改变结构902是lcd基板900中的一层。

图10a和10b是描绘了实现发光基板作为直接发光显示器的两种不同的方法的部分横截面图。在图10a中，第二多个第一颜色改变结构1000覆盖在对应的第二多个smleds的底表面304，其中所述第二多个的數量少于所述第一多个的數量。第二多个第二颜色改变结构1002覆盖在对应的第二多个smleds的底表面304，其中所述第二颜色不同于所述第一颜色。进一步地，第二多个光扩散结构1004覆盖在对应的第二多个smleds没有覆盖颜色改变结构的底表面304。因此，如果仅使用ganleds，结果是第二多个像素区域(仅示出一个像素区域)，每一个像素区域包括被第一颜色改变结构1000覆盖的一个smled300(比如绿色)、被第二颜色改变结构1002覆盖的一个smled(比如红色)和未被颜色改变结构覆盖的一个smled(比如蓝色)。尽管红-绿-蓝(rgb)显示器被描述，可以理解的是，其他颜色也可以通过使用其他颜色改变结构添加于每一个像素区域。

在图10b中，所述第二多个红色调节器1010覆盖在对应的第二多个smleds300的底面304，其中所述第二多个的數量少于所述第一多个的數量。第三多个光扩散结构1012覆盖在对应的第三多个smleds没有覆盖颜色改变结构的底表面304。在本案的rgb显示器中，所述第三多个的數量少于所述第一多个的數量且等于所述第二多个的數量的两倍。结果是第二多个像素区域(仅示出一个像素区域)，每一个像素区域包括被红色改变结构1010覆盖的一个smled300(比如ganled)、没有覆盖颜色改变结构1012的一个蓝色smled300(ganled)和没有覆盖颜色改变结构1012的一个绿色smled1014。在一方面，层1012是光扩散结构。在另一方面，颜色的组合可以使用gan和红色发光algainpsmled两者来实现。

图11a和11b分别为井的底面的平面图和发光基板的局部横截面图。简要地参考图5，每一smled300的第一电接触部306可以被设置成具有第一直径的环形。每一smled300的第一半导体层402和mqw层406为覆盖所述第一电接触部的形状为环形的层叠体。备注：图5中示出的是第一半导体层402和mqw层406在第一接触部306的下方，然而，当容于井中时，第一半导体层402和mqw层406覆盖第一电接触部。每一smled300的第二电接触部308形成于第一电接触部306的环边缘之内。所述每一smled300的第二电接触部308为盘状且其中间部分覆盖所述第二电接触部308(如上面所述)。

回到图11a和11b，每一个井的第一电接口812被设置为具有第一直径的部分环形，具有开放型的开口1100，且与走线816连接。每个井的第二电接口814与延伸进入对应第一电接口812部分环形的开口1100的走线818连接。

图12a和12b分别是图11a和11b的井的底面的平面图和的发光基板局部横截面图的变更实施例。简要地参考图4a和4b，每一smled300的第二电接触部308可以被设置为具有第一直径的环形。每一smled的第二半导体层404为盘形且周边覆盖环形的第二电接触部。每一smled的第一电接触部306形成于第二电接触部306的环边缘之内。每一smled的第一半导体层402和所述mqw层406为覆盖所述第一电接触部306的层叠体。备注：图4a中示出的是第一半导体层402和mqw层406在第一接触部306的下方，然而，当容于井中时，第一半导体层402和mqw层406覆盖第一电接触部。

回到图12a和12b，每一个井的第二电接口814被设置为具有第一直径的部分环形，具有开放型的开口1100，且与走线816连接。每个井的第一电接口812与延伸进入对应第二电接口814部分环形的开口1100的走线818连接。

关于图11b和图12b需要注意的另一个特征是发光基板802可以包括多个水平面。在图12b中，例如，发光基板802可以包括玻璃或塑料层1200，导电走线覆盖于层1200连接到井的电接口。透明材料层1202可以覆盖导电走线和层1200，且所述井形成于透明材料层1202。例如，透明材料层1202可以是绝缘材料或聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)膜。

图13a、13b和13c分别是发光元件的变更实施例、井的变更实施例和位于井中的发光元件的局部横截面图。在一方面，每一发光元件为具有第一水平面1300和第二水平面1302的双平面。所述第一电接触部306形成于所述顶表面302的第一水平面1300，所述第二电接触部308形成于顶表面的第二水平面。可替换的但并未示出，所述第一电接触部306可以形成于顶表面的第二水平面，所述第二接触部可以形成于顶表面的第一水平面。同样地，每一个井的底面808是具有第一水平面1304和第二水平面1306的双平面的。因此，每一个井的第一电接口812形成在井的底部的第一水平面1304，且每一个井的第二电接口814形成在所述井的底部的第二水平面1306。

图14a和14b分别是启用第一多个主动型矩阵(am)驱动电路的发光基板的示意图和局部横截面图。图14c示出了驱动电路的一个特定变更实施例。每一个驱动电路1400连接至对应的行/列交叉点，其输出端连接到对应的井的第一电接口812。或者，每一个驱动电路的输出端可以连接至每一个井的第二电接口。参考电压(例如，接地)走线1402的网连接到每个井的第二电接口814。图14b仅示出了驱动电路的最终输出晶体管1404，其通过改变直流电源走线(vdd)1406和led之间的插入式可变电阻来控制对应的led300的输出。

图15a和15b分别是能够使用被动型矩阵的发光元件的发光基板的示意图和局部横截面图。在这一方面，一系列列走线816和行走线818形成被动型矩阵(pm)，该被动型矩阵具有与相应井的第一电接口812连接的每个列/行交叉点820的列走线，和与每个井的第二电接口814连接的每个列/行交叉点的行走线。

uled发光元件可以使用类似于用于uled照明的工艺来制造。但是，如下所述，盘的大小，形状和配置具有一般照明不存在的额外要求。否则，led可以制造在可以容纳大面积的uled阵列的合适背板与uled阵列具有电连接。此外，对尺寸，形状和位置的特征都有特定要求，以使uled可以成功定位和连接。最后，可以使用流体组装工艺将uled定位在阵列中并建立每个uled和背板之间的电连接。

所述发光器的尺寸大小是显示器的重要区别。对于通常的照明和lcd背光，发光器(发光元件)的尺寸趋向于无论什么是方便的且重点考虑的是每个光子的成本。用于通常的照明的最普通(最便宜)的led的面积约为200x200um，led的厚度大约是5μm，蓝宝石的厚度大约是100μm。因此发光元件的纵横比约为2：1。在直接发光的应用中，uled发光区域被选择以产生对于一个子像素具有足够的照明，其直径可小于25um。因为uled的尺寸，在制造中装置的面积内需要做连接是重要的，因为越大的接触部会导致越小的发光面积，但是由于gan层中的扩展电阻，接触部越小会增加损耗。

uled的制造

本发明所揭示的可以被应用于发光显示器的表面贴装uled可以由传统的高亮度led晶片，例如用于制造本领域中所公知的普通照明的发光器。所得到的uled的直径为10至100微米(μm)，并且通常为圆盘形，如上述几个图中所示。所述圆盘形是典型的，但是也可以是以相同的方式制造的其他平面形状，例如三角形，正方形或六边形，并且显示基板将被制造成具有与用于流体组装的uled的形状匹配的井结构。

简要的制造一种特定类型的uled的流程如下：

1)依照传统的方式制造平面的高亮度的蓝色led晶片的方法如下：

a.在蓝宝石基底上沉积缓冲层和n-gan(404)以形成led的阴极，参见图4a和4b。n掺杂的gan可为本征的(即缺陷掺杂)或通过包含微量的硅(si)掺杂。

b.沉积ingan和gan的交替层(406)以形成多量子阱结构(mqw)。

c.沉积algan的空穴阻挡层和薄的p-gan层(402)以形成led的阳极。p-gan通常是掺杂镁(mg)。

d.在p-gan上沉积ito电流扩散层。

2)通过蚀刻ito，p-gan和mqw层来形成led发光区域，以使一些过蚀刻的台面进入n-gan层。

3)通过将n-gan蚀刻到蓝宝石基底上形成大于2)中形成的台面的uled的盘形。这通常是一个紧密排布的圆形盘的阵列，以最大限度地利用装置的面积。也可以使用其他简单的板形，例如三角形，正方形或六边形，只要其宽高比适用于流体组装。

4)将绝缘材料(408)沉积成环形以使阳极和阴极区域电绝缘。所述材料还可以含有光吸收材料，以防止阳极和阴极之间的光泄漏。

5)沉积阳极层叠体(308)至合适的高度。所述电极层叠体在连续的层中具有不同成分。

a.具有与n-gan相匹配的工作功能的材料，如钛(ti)。

b.与显示基板井电极结合的厚电极，例如铟(in)和锡(sn)的多层结构具有薄的金帽以防止氧化。

6)沉积阴极层叠体至合适的高度。所述电极层叠体可以在连续的层中具有几种成分。

a.与ito电流扩散层具有良好接触的材料，诸如镍/金(ni/au)、铬/金(cr/au)或ti。

b.连接到显示基板井电极的电极，例如in和sn的多层结构具有薄的金盖以防止氧化。

7)用粘合剂涂层将晶片的顶表面贴合到玻璃处理基板上。

8)用激光剥离(llo)去除蓝宝石基底，且允许进入uled结构的底面。

9)具有uled位于n-gan朝上的阵列中的处理基板被加工以形成定位柱(310)。所述柱可为光图案化材料，诸如su-8(通常使用的环氧基负性光致抗蚀剂)或沉积的氧化物或金属。

完成的uled通过溶解粘合剂和收集液体悬浮液中的所述盘而被收获，所述液体悬浮液可以是醇、多元醇、酮、卤代烃或蒸馏(di)水。

图16是为流体组装设计的垂直uled的局部横截面图。在提高装置性能以及流体组装产量led结构有许多限制。在一方面，如图所示，市售的ganled结构可以被蚀刻以制成表面贴装uled(smuleds)。本发明所使用的smuled被定义为具有两个电接触部的装置(靠近井的底面)。在更多的细节中，图16的所述smuled包括p+gan1600、mqw1606、n+gan1604和ngan1606。c大小可以是2至4微米，b大小可以是1至2微米。垂直led用于流体组装所需的大部分特征在表面贴装uled的配置中同样重要。以下的指南可用于生产用于表面流体组装的垂直或表面贴装uled：

基板：优选用于激光剥离的蓝宝石。表面可以是平面的或有纹理的以改善光提取。

ngan的厚度(1604和1606)：smuled的主体由本征的n型gan(1606)和si掺杂的n型gan(1604)组成。每一层的厚度可以为3μm或以下。

盘的直径(d)：uled的厚度“a”决定了盘的直径。通常，d/a的比例在5-50um的范围内。如果盘的厚度是～5μm，则所述盘的直径“d”可以介于30至120μm之间。如果盘的厚度是2μm，则直径“d”可以介于5至50μm之间。

柱的直径(e)：c/d的比例介于10％-20％。对于直径为50μm的盘，柱的直径可以使5-10μm。对于5μm的盘，柱的直径可以使0.5-1μm。

柱的高度(f)：所述柱的高度大约为柱的直径的30％至100％。对于直径为50μm的盘，可以使用1μm的柱高度。但是，2μm的高度在流体组装过程中可更有效地翻转表面错误定向的盘。

层叠体的高度(a)：层叠体的高度“a”是(“b”+“c”+所述mqw1602的高度+p+gan1600的高度)的总和在2至7微米的范围内。

发光基板的制造和要求

图17a至17l描述了一实施例的发光基板的制造流程的平面和局部横截面图。所述uled显示发光基板(背板)可以在用于生产lcd显示器同样的设备组中使用传统制程制造于大面积地玻璃或塑料基板上。简要地生产与uled连接的呈多列和多行的单一被动型矩阵阵列制造流程如下：

1)在玻璃或塑料基板1200上沉积金属互连的第一层，其可以是钨或ti/al/ti或一些其它低电阻金属。图案化第一金属1701以形成将与井底面中的电接口连接的行和列的互连。一个基本电极的形状是“c”或具有中心圆的部分环形，如图17a和17b所示。

2)在第一金属1701上沉积绝缘层1700(二氧化硅(sio2)，氮化硅(si3n4)或绝缘有机膜)，并蚀刻接触开口1702以连接后续沉积的第二金属，参见图17c和17d。

3)沉积第二层金属互连1704，其可以是钨或ti/al/ti或一些其它低电阻金属。图案化金属1704。在第二金属1704上沉积绝缘层1706(sio2，si3n4或绝缘有机膜)，参见图17e和17f。

4)蚀刻接触孔1708和1710以连接后续沉积的第三金属层，参见17g和17h。

5)沉积第三局部互连金属，在图案化之后形成1712和1714，其可以是ti，钼(mo)，金/锗叠层(au/ge)或钨(w)，并且图案化成与uled上的阳极和阴极电极的尺寸和间距匹配的形状。互连1712和1714在图8b中被示为电接口。在这一点上所述电极层被描述成共面的，因此uled的电极表面将均匀地放置在第三金属表面1712和1714上，参见图17i和17j。

6)沉积绝缘材料1202以形成井结构在流体组装工艺中以捕获uled。这可以是旋涂玻璃(sog)、原硅酸四乙酯(teos)氧化物或聚酰亚胺，并且可以通过光刻或蚀刻工艺图案化。不管以任何方式形成，井的侧壁优选地大于70度，井的深度应该与uled的厚度大致相同，并且井的底部的电极必须是开放的以与uled电极连接，参见图17k。

7)在流体组装工艺之后，所述uled300位于所述井中，参见图17l。

表面贴装uleds的流体组装

表面贴装uled在液体中的悬浮液被沉积在准备好的基板上且使用一些引导流动的方法移动液体穿过基底，使uled横向流过基底表面。许多可能的手段可以被使用于流动液体包括泵送、重力、刷涂、超声换能器、气刀或喷嘴等。一个重点是盘被足够快速地移动穿过表面以捕获许多组装机会，且没有施加太多的力量使盘离开井。

所述uled具有比液体高的密度所以它们沉淀到基板的表面且可以被开放的井所捕捉。如果所述盘以柱向下的方向沉淀于井中，所述盘的底面的边缘(附着有柱)位于所述基板的表面的上方且液体流动产生倾向于将盘翻转出井的扭矩。如果所述盘以柱向上的方向沉淀于井中，则只有所述柱受流动力的影响且所述盘保留于井中。

在足够长的时间内用足够数量的盘执行此过程会增加每个位置的组装尝试次数，直到每个井具有以柱向上的方向沉积的工作的uled。当组装完成不用的uleds从基板上被扫除去进入水槽或者蓄水池中用于回收利用且剩余的液体允许被蒸发或者与第二液体交换。

在这一点可能合适用一种视觉检查方法去寻找诸如丢失的盘，被粒子阻挡的井等缺陷，或者甚至是在井中柱方向向下的盘。使用拾取和放置技术来修复少量缺陷，以在需要时去除缺陷应该是可能的。很显然每个子像素多于一个发光器的架構可以使用于补偿单一缺陷的架構，且激光切割的办法可用于将短路的uled从驱动电路绝缘。

在组装之后，所有的uled被定位成阳极和阴极电极覆盖并接触对应的基板电极，如图17l所示。所述基板被加热至合适的温度，以使阳极和阴极电极与所述基板电极相互作用形成一个稳定的机械和电连接。对于in/sn电极，与ti基板电极的连接可以在220℃的退火温度中实现，并且通过破坏表面氧化物的液体流量的应用来促进连接过程。其他材料制成的led电极可以被一层in/sn焊料覆盖，或者所述基板电极可以被in/sn焊料覆盖以促进电连接的实现。还可以使用auge共晶焊料电极或涂有auge共晶焊料的电极。然而auge具有较高的380℃退火温度，可能不适用于一些制造过程。在退火之后，所述基板可被冲洗以去除残留流量和注入聚酰亚胺或者si3n4的钝化涂层或者类似的被沉积以阻碍电极接口和环境接触。

被动型矩阵阵列

上述描述的所述uled阵列可以被结合至一阵列中形成具有每一行和列的外部驱动电路的被动型矩阵阵列，参见图15a。如此，驱动方案通过在每个列电极处设置适当的驱动电压，然后在所有其他行被断开的同时接通合适的行来工作。所述信号被施加很短的时间(例如，几微秒)，行电极断开，并且为下一行重复该过程。在这种方式中，每一行的照明时间为刷新时间除以行数。如果所述刷新时间为合理的短，像1/60秒，人类视觉系统平均一切后产生包括所有的行的图像。然而，很显然地这种方法被限制在适度的行数以保持合理的峰值强度和功率。

主动型矩阵阵列

上述描述的所述被动型矩阵阵列使非常简单的但是在制作高分辨率显示器中具有非常明显的缺点。因为每一行独立寻址，在实际的行占空比和功率级中，所述显示器中有限数量的行数可以被循环。进一步的，led的短时间的持续所需的高发光使uled的寿命减少。

因此，使用主动型矩阵阵列所具有的优点是控制元件被制造于显示基板上以独立控制每一个子像素(led)的发光。尽管更低占空比可能在一些情况中具有优势，但是每一个子像素的这种结构使连续发光成为可能。实现这一点的电路有很多种可能，但是除了uled之外最简单的是由两个晶体管和一个存储电容构成。如图14c所示，基于由存储在存储电容器(cs)上的电荷量建立的栅极电压的设定，晶体管1404(t1)决定了从vdd流过uled到vss的电流量。因此在操作中像素被控制是通过在列线上设置适当的电压并接通存取闸t2，等待少许时间常数使cs上的电压稳定，然后关闭存取闸以保持cs上的电荷。所述电路可以使用低温多晶硅(ltps)薄膜晶体管(tft)工艺来制造驱动晶体管t1的pmos装置，因为这些装置具有高移动性和稳定性的结合。由铟镓锌氧化物(igzo)tft制成的类似的像素被使用是可能的，但是igzo与相同尺寸的ltps晶体管相比只有10-20％的迁移率。因此对于给定的像素尺寸，与ltps相比，igzotft性能产量的局限性降低了每个像素的亮度。本领域中所公知的，有大量的驱动电路使用于显示器中以选择性地驱动发光元件，其中有许多使用多于两个tft。本发明所描述的显示器不限制于任何驱动电路的特定类型或者每个驱动电路中晶体管的特定数量。

使用蓝色uled的颜色生成器

在一方面，作为lcd的背光所述发光基板是单色的，通常是蓝色。然而，所述基板也可以用于rgb颜色生成器。从led蓝光下转换生成彩色(绿色和红色)有两种途径。

图18是描绘了通过使用单独的彩色转换片的颜色生成器的局部横截面图。与用于lcd显示器的彩色滤光工艺相似，量子点彩色滤光(qdcf)方法在印刷于单独的基板上的矩阵使用量子点(qd)。所述颜色转换片1800在所述蓝色子像素300之上具有扩散结构1802和分别生成红色和绿色光的量子点颜色改变结构1804和1806，以及彩色滤光器1808和1810以阻挡蓝光污染。每一个改变元件被吸收器1812(黑矩阵)所包围以防止光散射至相邻的像素。所述颜色转换片1800在uled发光器300之上对准并结合至所述发光基板(1200/1202)。层1816表示用于将所述发光基板1200结合至所述颜色转换片1800的粘合层。

图19是描绘了通过在发光元件上沉积了荧光剂的颜色生成器的局部横截面图。所述荧光剂可以使传统的直径在微米级范围内的陶瓷荧光剂或直径在纳米范围内的qd。所述量子点led(qdled)的方法类似于将扩散结构1802、红色qd矩阵1804和绿色qd矩阵1806直接印刷在uled300上并被黑矩阵1812包围的qdcf的方法。然后，任何对红色和绿色像素不必要的蓝光污染在彩色滤光片1800上被结合至单独的发光基板的红色和绿色滤光器1808和1810吸收。传统的荧光剂被混合如被接收有磷光体粘合剂。市售的红色和绿色荧光材料具有约8μm直径的粒子大小。所述粒子被合适于印刷工艺的的粘合材料混合。一种凹版印刷技术，比如，着墨图案板，从图案板擦拭多余的墨水，以及随后将荧光油墨图案从图案板转移到发光基板。可以用于这一工艺的其他印刷技术比如丝网印刷，柔版印刷，胶印，挤压印刷或喷墨印刷。在一方面，所述荧光油墨可以在加热板中以8分钟的140℃热固化。其他工艺由用荧光剂和粘合剂的具体材料决定。

也可以使用这一方法和两个单独的led流体组装流程，以使蓝色和绿色uled进行混合显示，并用蓝色uled和红色qd颜色改变结构生成红色。

所述qdcf方法具有将qd材料放置在远离led的位置的优点，因此会有更低的温度和后续对qds的性能和可靠性具有更少的热冲击。两种方法均需要qd的高负载以实现颜色改变结构在相关薄膜里的高效率，两种方法对于喷墨打印的分辨率均具有挑战性。

颜色生成器使用全部无机uleds

图20a和20b分别是用3种不同led以分别产生三种不同颜色的发光基板的局部横截面图和光强度图。图20a描绘了玻璃盖板2000通过粘合层1816结合至基板1200。在这一方法中，颜色生成器可以实现使用三种无机led300a、300b和300c分别发出450nm(蓝色)、530nm(绿色)和630nm(红色)的光。这给出了每个颜色非常窄的发射峰，给出了最佳的色域和图像显示，如图20b所示。然而这种方法有两种主要的障碍。红色led不是由gan制成的，而是algainp二极管生长在gaas基底上。接着，针对gan(蓝色)led的led制造和收集并不适用于红色uleds。进一步地，三发光器显示器需要可以对齐三种不同led形状和尺寸的流体组装技术的发展。由algainp制作的红色led除了基于装置上比gan更脆弱，其相较于ganled可具有不同的操作电压和温度表现。

lcd背光单元(blu)的颜色改变结构

图21a、21b和21c分别描绘了白光荧光强度图、示例性的层叠彩色滤光器和相关的层叠彩色滤光器强度图。所述ueld发光显示器也可以被用作包括能将uled发出的蓝色光下转换生产红色和绿色的荧光材料的局部调光背光单元(blu)。因此，blu将是显示图像的低分辨率副本，以通过更好地匹配背光的输出与图像的要求来增加动态范围。一种blu的简单版本是白光颜色转换荧光剂的均匀涂层。更复杂的版本可以使用一层跟随有绿色转换荧光剂1202的红色转换荧光剂2100印刷于led300上，如图21b所示。使用具有光密度的高质量量子点颜色改变结构调整以允许正确量的蓝色通过，得到图21c的光谱。印刷工艺可被用于仅在uled上沉积qds，并且通过限制红色改变结构中的绿光的吸收来帮助在红色层上沉积绿色层。然而，混合有红色和绿色改变结构的均匀的涂层在整个基板上覆盖也是有效率的，虽然成本较高。

提供了使用表面贴装发光装置的表面贴装发光装置和显示器的制造方式。本发明中出现并说明了特定材料、尺寸和电路布局的实施例。然而，本发明并不仅仅限制于这些实施例。本领域技术人员可以想到本发明的其它的变更和实施例。