CN110783443B - 微型发光元件模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微型发光元件模块，包括线路载板、平坦层及微型发光元件。平坦层配置于线路载板的上表面，平坦层具有相对的第一面及第二面，其中第二面接触线路载板的上表面。微型发光元件配置于平坦层的第一面，其中平坦层的第二面的最大高度差大于微型发光元件的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及一种微型发光元件模块，尤其涉及一种具有良好可靠度的微型发光元件模块。
背景技术
随着光电科技的进步，许多光电元件的体积逐渐往小型化发展。近几年来由于发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)制作尺寸上的突破，所以发光二极管不仅可应用于照明技术，也适用于制作显示面板。目前将发光二极管以阵列排列制作的微型发光元件(micro-LED)显示器在市场上逐渐受到重视。微型发光二极管显示器属于主动式发光二极管显示器，其除了相较于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)显示器而言更为省电以外，也具备更佳优异的对比度表现，而可以在阳光下具有可视性。此外，由于微型发光二极管显示器采用无机材料，因此其相较于有机发光二极管显示器而言具备更佳优良的可靠性以及更长的使用寿命。对于具有微型发光元件的微型发光元件模块来说，要如何提升可靠度是本领域研究的目标。
发明内容
本发明提供一种微型发光元件模块，其具有良好的可靠度。
本发明的一种微型发光元件模块，包括线路载板、平坦层及微型发光元件。平坦层配置于线路载板的上表面，平坦层具有相对的第一面及第二面，其中第二面接触线路载板的上表面。微型发光元件配置于平坦层的第一面，其中平坦层的第二面的最大高度差大于微型发光元件的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层的第二面的最大高度差大于平坦层的第一面的最大高度差。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层的第一面的最大高度差与平坦层的第二面的最大高度差的比值小于等于0.1。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层的第一面的最大高度差小于微型发光元件的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件的厚度与平坦层的第二面的最大高度差的比值小于0.5。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层的第二面的最大高度差大于微型发光元件的宽度。
在本发明的一实施例中，微型发光元件模块还包括电性连接线路载板与微型发光元件的导电结构，其中导电结构包括:第一接垫配置于线路载板的上表面且位于平坦层的通孔内，第一接垫连接平坦层的第一面的第二接垫于通孔内，且第一接垫与第二接垫非一体成型。
在本发明的一实施例中，上述的第一接垫的材质不同于第二接垫的材质。
在本发明的一实施例中，上述的第一接垫的电阻大于第二接垫的电阻。
在本发明的一实施例中，上述的第二接垫对线路载板的投影面积与第一接垫对线路载板的投影面积的比值大于1，且小于等于10。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件包括电性连接于第二接垫的第三接垫，第二接垫对线路载板的投影面积大于第三接垫对线路载板的投影面积，且第三接垫对线路载板的投影面积大于第一接垫对线路载板的投影面积。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层延伸至第一接垫的顶面的部分。
在本发明的一实施例中，上述的第二接垫对线路载板的投影面积大于第一接垫对线路载板的投影面积，且第一接垫对线路载板的投影面积大于通孔对线路载板的投影面积。
在本发明的一实施例中，第二接垫凹陷于或是齐平于平坦层的第一面。
在本发明的一实施例中，上述的第二接垫通孔包覆第一接垫。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件包括电性连接于第二接垫的一第三接垫，第二接垫包括朝向第三接垫的凹槽。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件对线路载板的投影不重叠于通孔对线路载板的投影。
在本发明的一实施例中，上述的微型发光元件对线路载板的投影不重叠于第一接垫对线路载板的投影。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层具有至少两通孔，至少两通孔中较靠***坦层边缘的一者的长度小于两通孔中较远离平坦层边缘的一者的长度。
在本发明的一实施例中，上述的平坦层的杨氏模数大于线路载板的杨氏模数。
基于上述，本发明的微型发光元件模块将平坦层配置于线路载板的上表面，且平坦层的第二面接触线路载板的上表面。平坦层的第二面的轮廓会对应于线路载板的上表面的轮廓(也就是平坦层的第二面的最大高度差会相同于线路载板的上表面的最大高度差)。由于当线路载板的上表面的最大高度差大于微型发光元件的厚度，直接在线路载板上配置微型发光元件的难度相当高，本发明的微型发光元件模块通过将平坦层配置于线路载板的上表面，来降低高低差，以降低配置微型发光元件的难度，且降低微型发光元件损坏不良的机率。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光元件模块的局部剖面示意图；
图2至图7是依照本发明的其他实施例的多种微型发光元件模块的局部剖面示意图；
图8是图7的微型发光元件模块的俯视示意图；
图9是依照本发明的另一实施例的一种微型发光元件模块的俯视示意图。
附图标记说明
L1、L2：最大高度差
L3、L4：高度
H：厚度
W1、W2、W3：宽度
1、1’：微型发光元件模块
2：显示区
3：非显示区
10：线路载板
12：上表面
14：下表面
20：平坦层
22：第一面
23、23a、23b、23c、23d、23e：导电结构
24：第二面
25：第一接垫
26、26a、26d：通孔
28、28e、28’：第二接垫
282：线路
29：凹槽
30：元件配置区
31、33、35：微型发光元件
32：第三接垫
40：芯片
42：芯片接垫
具体实施方式
本发明的实施例的微型发光元件模块所描述的微型发光元件(例如微型发光二极管(Micro LED)和微芯片)，在此所用“微型”元件意指可具有1微米至100微米的尺寸。在一些实施例中，微型元件可具有20微米、10微米或5微米的最大宽度。在一些实施例中，微型元件可具有小于20微米、10微米或5微米的最大高度。然应理解本发明的实施例不必限于此，某些实施例的实施方式当可应用到更大与也许更小的尺度。基板例如可为显示基板、发光基板、具薄膜电晶管或集成电路(ICs)等功能元件的基板或其他类型的电路基板，但不以此为限。虽然本发明的一些实施例特定于描述包含p-n二极管的微型发光元件，但应理解本发明的实施例不限于此，某些实施例亦可应用到其他微型发光元件，包括可控制执行预定电子功能的微型发光元件(例如二极管、电晶管、集成电路)或具光子功能的微型发光元件(例如发光二极管、激光二极管、光电二极管)。本发明的其他实施例某些实施例亦可应用到包括电路的微芯片，例如以Si或SOI晶圆为材料用于逻辑或存储应用微芯片，或以GaAs晶圆为材料用于RF通信应用的微芯片。
图1是依照本发明的一实施例的一种微型发光元件模块的局部剖面示意图。请参阅图1，本实施例的微型发光元件模块1包括线路载板10、平坦层20及微型发光元件31。要说明的是，微型发光元件31的尺寸非常小，微型发光元件31的最大宽度尺寸介于1到100微米之间，较佳是介于1到20微米之间。为了清楚示出元件之间的关系，图1是微型发光元件模块的局部微观示意图。在微观下，线路载板10相对上会有较大的轮廓起伏。
在本实施例中，线路载板10为多层电路板，材料可包含玻璃纤维(fiberglass)、环氧树脂(Epoxy)、聚酯树脂(polyester resin；PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate；PEN)或聚酰亚胺(polyimide；PI)，线路载板10的材质不以上述为限制。每一层电路中配置有与微型发光元件31电性连接的线路(未示出)，其中，多层电路板例如是硬式印刷电路板(Printed Circuit Board)或是软式电路印刷电路板。本实施例中线路载板10例如包括三层电路，但不以上述为限制。
平坦层20配置于线路载板10的上表面12，平坦层20具有相对的第一面22及第二面24。平坦层20的第二面24接触线路载板10的上表面12。微型发光元件31配置于平坦层20的第一面22。在本实施例中，微型发光元件31例如是微型发光二极管，可以是水平式发光二极管或是垂直式发光二极管，但微型发光元件31的种类不以此为限制。
由于平坦层20的第二面24接触线路载板10的上表面12，平坦层20的第二面24的轮廓会对应于线路载板10的上表面12的轮廓，而使得平坦层20的第二面24的最大高度差L1会相同于线路载板10的上表面12的最大高度差。
在本实施例中，微型发光元件模块1例如应用于显示装置，微型发光元件31例如是微型发光二极管，平坦层20的第二面24的最大高度差L1可定义为在一个单位面积(例如是一个像素的面积)中的最大高度差，一个像素的面积例如是包括一个或是多个微型发光元件31。当然，在其他实施例中，平坦层20的第二面24的最大高度差L1也可以是在整个或是局部的平坦层20的第二面24的最大高度差，平坦层20的第二面24的最大高度差L1并不以上述为限制。
由图1可见，在本实施例中，平坦层20的第二面24的最大高度差L1大于微型发光元件31的厚度H与宽度W1。在本实施例中，微型发光元件31的厚度H与平坦层20的第二面24的最大高度差L1的比值小于0.5。微型发光元件31的厚度H小于等于5微米，且平坦层20的第二面24的最大高度差L1约在10微米至600微米之间。此外，平坦层20的第二面24的最大高度差L1会大于平坦层20的第一面22的最大高度差L2。
因微型发光元件31的尺寸太小，且在配置于线路载板10上时会进行加温加压，所以当线路载板10的上表面12的最大高度差L1大于微型发光元件31的厚度H，直接在线路载板10上配置微型发光元件31的难度相当高，特别是线路载板10是多层结构形成，将可造成线路载板10的上表面相当大的高度差。本实施例的微型发光元件模块1通过将平坦层20配置于线路载板10的上表面12，来降低高低差，以降低配置微型发光元件31的难度，且降低微型发光元件31损坏不良的机率。
在本实施例中，由于平坦层20的第一面22的最大高度差L2小于微型发光元件31的厚度H，微型发光元件31能够较平稳且不倾斜地配置于平坦层20的第一面22上，以获得较佳的电性连接。此外，在本实施例中，平坦层20的第一面22的最大高度差L2与平坦层20的第二面24的最大高度差L1的比值小于等于0.1，而使微型发光元件31能够较平稳地配置于平坦层20的第一面22上。当然，平坦层20的第一面22的最大高度差L2与平坦层20的第二面24的最大高度差L1的比值不以上述为限制。
另外，在本实施例中，平坦层20的杨氏模数大于线路载板10的杨氏模数，可提供后续微型发光元件31接合时的支撑。平坦层20可选用高耐热性、高机械强度、高尺寸安定性及耐化性极佳的材料。平坦层20例如包括高分子材料，例如是苯并还丁烯(Benzocyclobutene,BCB)、聚酰亚胺(PI)、有机胶材等等。在一实施例中，平坦层20也可以包括高反射材料或包括反射粒子的高分子材料，以提升微型发光元件模块的正向出光效果。
在本实施例中，微型发光元件模块1具有位于平坦层20的导电结构23，导电结构23包括第一接垫25及第二接垫28。第一接垫25配置于线路载板10的上表面12且位于平坦层20内，平坦层20具有通孔26，第一接垫25与第二接垫28连接于通孔26。通孔26的形状例如为圆柱、圆锥柱或倒圆锥柱，但通孔26的形状不以此为限制。
在本实施例中，第一接垫25与第二接垫28非一体成型，换句话说，第一接垫25与第二接垫28并非在同一制程中制作。在本实施例中，第一接垫25的材质例如是不同于第二接垫28的材质，但不以此为限制。此外，第一接垫25的电阻大于第二接垫28的电阻。也就是说，第二接垫28可选用电阻较小的材质，以提升导电效果。当然，在一实施例中，第一接垫25的材质也可以相同于第二接垫28的材质，而改变尺寸来调整相对的电阻关系，尺寸愈大电阻率愈低。特别说明的是，第一接垫25的杨式模数可以大于第二接垫28的杨氏模数，提供后续微型发光元件31接合时的制程缓冲。
此外，微型发光元件31包括电性连接于第二接垫28的第三接垫32。在本实施例中，第二接垫28对线路载板10的投影面积大于第三接垫32对线路载板10的投影面积，第三接垫32对线路载板10的投影面积大于第一接垫25对线路载板10的投影面积。也就是说，第二接垫28的宽度大于第三接垫32的宽度，且第三接垫32的宽度大于第一接垫25的宽度。在未示出实施例中，第三接垫32对线路载板10的投影面积可小于第一接垫25对线路载板10的投影面积。只要是通过第二接垫28的宽度大于第三接垫32的宽度，就可增加第三接垫32接合于第二接垫28时的制程良率和制程接合裕度。
第二接垫28对线路载板10的投影面积与第一接垫25对线路载板10的投影面积的比值大于1，且小于等于10。这样的设计可提升与微型发光元件31的接合裕度，微型发光元件31较容易对位且接合于第二接垫28。此外，第二接垫28对线路载板10的投影面积与第一接垫25对线路载板10的投影面积的比值不超过10也可避免浪费平坦层20的第一面22上的布线空间，但在此并不限制。
一般来说，线路载板10可能会有板弯或翘曲的状况，而使得线路载板10的边缘部位与中央部位的高度不同，位于线路载板10上的平坦层20可用于弥补线路载板10的板弯或翘曲状况。由图1可见，线路载板10由于具有板弯或翘曲，而使得边缘部位的高度大于中央部位的高度，平坦层20对应地在边缘部位的厚度小于在中央部位的厚度。因此，平坦层20的两通孔26中较靠***坦层20边缘的一者(例如是左方的通孔26)的长度L3会小于两通孔26中较远离平坦层20边缘的一者(例如是右方的通孔26)的长度L4。
此外，在本实施例中，微型发光元件模块1还包括芯片40，配置于线路载板10的下表面14或是平坦层20的第一面22，且通过芯片接垫42电性连接于微型发光元件31。芯片40可以是微型发光元件31的驱动电路控制芯片40，但芯片40的种类不以此为限制。
下面将说明其他实施方式的微型发光元件模块，与前一实施例相同或是相近的元件以相同或相近的符号表示，不再多加赘述，仅说明主要差异之处。
图2至图7是依照本发明的其他实施例的多种微型发光元件模块1的局部剖面示意图。请先参阅图2，图2的导电结构23a与图1的导电结构23的主要差异在于，在本实施例中，平坦层20延伸至第一接垫25的顶面的部分，而使得第一接垫25对线路载板10的投影面积大于通孔26a对线路载板10的投影面积。由图2可见，第一接垫25的宽度W3大于通孔26a的宽度W2。这样的设计可加大导电结构23a与平坦层20的接触面积，且能够使导电结构23a更稳固地配置在平坦层20内。
请参阅图3，图3的导电结构23b与图1的导电结构23的主要差异在于，在本实施例中，导电结构23b凹陷于平坦层20的第一面22。更明确地说，在本实施例中，导电结构23b包括第一接垫25与第二接垫28，第二接垫28略低于平坦层20的第一面22。其后若微型发光元件31(图1)配置于导电结构23b通孔上时，可通过焊球或凸块等结构来与导电结构23b电性连接。这样的设计可使得焊球或凸块等结构可填入凹陷内而降低溢出而影响到平坦层20的第一面22上的线路短路的机率。在一实施例中，导电结构23b的第二接垫28也可以是齐平于平坦层20的第一面22。
请参阅图4，图4的导电结构23c与图1的导电结构23的主要差异在于，在本实施例中，第二接垫28c包覆第一接垫25。更明确地说，在本实施例中，第二接垫28c在通孔26中的宽度会大于第一接垫25的宽度，而罩覆在第一接垫25的顶面与周围。这样的设计可降低导电结构23c的电阻，而提升电性效率。
请参阅图5，图5的导电结构23d与图1的导电结构23的主要差异在于，在本实施例中，通孔26d为锥形柱。通孔26d在靠近第二接垫28处的尺寸大于在靠近第一接垫25处的尺寸，而呈现出上宽下窄的形式，可有较佳的第二接垫28制作良率。当然，在一实施例中，通孔26d也可呈现出上窄下宽的倒锥形柱形式。
请参阅图6，图6的导电结构23e与图1的导电结构23的主要差异在于，在本实施例中，第二接垫28e包括朝向第三接垫32的凹槽29。第三接垫32会覆盖在第二接垫28e上而封闭此凹槽29。这样的设计可对接合到第二接垫28e上的微型发光元件31提供缓冲。
请参阅图7，在本实施例中，微型发光元件31对线路载板10的投影不重叠于通孔26对线路载板10的投影以及第一接垫25对线路载板10的投影。微型发光元件31的第三接垫32会电性连接到平坦层20的第一面22上的线路282，线路282延伸至微型发光元件31的投影范围之外的区域且电性连接至第二接垫28，且第二接垫28电性连接至位于正下方的第一接垫25。由于微型发光元件31远离于第一接垫25，平坦层20在微型发光元件31所连接的部位具有更佳的平坦度，而可使得微型发光元件31更准确地接合于线路282，而不会产生歪斜。因此，微型发光元件模块1可具有良好的可靠度以及接合良率。
图8是图7的微型发光元件模块的俯视示意图。请参阅图7与图8，在本实施例中，微型发光元件模块1例如是微型发光元件显示面板，其具有位于中央的显示区2及位于***的非显示区32。取决于其应用，微型发光元件显示面板可包含其他组件。此等其他组件包含(但不限于)：存储器、触控屏幕控制器及电池。在其他实施方案中，微型发光元件显示器可为电视机、平板电脑、电话、膝上型电脑、电脑监视器、独立式终端机服务台、数字相机、手持游戏控制台、媒体显示器、电子书显示器、车用显示器或大面积电子看板显示器。微型发光元件31、33、35会配置到元件配置区30，元件配置区30位于显示区2内，位于元件配置区30内的微型发光元件31、33、35通过线路282连接至非显示区32的第二接垫28。微型发光元件31、33、35例如是红、绿、蓝光的微型发光二极管，但微型发光元件31、33、35的种类不以为限制。
图9是依照本发明的另一实施例的一种微型发光元件模块的俯视示意图。请参阅图9，图9的微型发光元件模块1’与图8的微型发光元件模块1的主要差异在于，在本实施例中，图9左上方的这些微型发光元件31、33、35会连接到位于图9上方的同一个第二接垫28’。如此一来，相较于图8的微型发光元件31、33、35是分别被控制，图9左上方的这些微型发光元件31、33、35可被共同控制。
综上所述，本发明的微型发光元件模块将平坦层配置于线路载板的上表面，且平坦层的第二面接触线路载板的上表面。平坦层的第二面的轮廓会对应于线路载板的上表面的轮廓(也就是平坦层的第二面的最大高度差会相同于线路载板的上表面的最大高度差)。由于当线路载板的上表面的最大高度差大于微型发光元件的厚度，直接在线路载板上配置微型发光元件的难度相当高，本发明的微型发光元件模块通过将平坦层配置于线路载板的上表面，来降低高低差，以降低配置微型发光元件的难度，且降低微型发光元件损坏不良的机率。
此外，与一般的发光二极管技术相比，微型发光元件从毫米级降至微米级，因此微型发光元件显示器能达高解析度，并能够降低显示的电力消耗，更具节能、机构简单、薄型等优势。
Claims (20)
1.一种微型发光元件模块，其特征在于，包括：
线路载板；
平坦层，配置于所述线路载板的上表面，所述平坦层具有相对的第一面及第二面，其中所述第二面接触所述线路载板的所述上表面；以及
微型发光元件，配置于所述平坦层的所述第一面，其中所述平坦层的所述第二面的最大高度差大于所述微型发光元件的厚度。
2.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层的所述第二面的最大高度差大于所述平坦层的所述第一面的最大高度差。
3.根据权利要求2所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层的所述第一面的最大高度差与所述平坦层的所述第二面的最大高度差的比值小于等于0.1。
4.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层的所述第一面的最大高度差小于所述微型发光元件的厚度。
5.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述微型发光元件的厚度与所述平坦层的所述第二面的最大高度差的比值小于0.5。
6.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层的所述第二面的最大高度差大于所述微型发光元件的宽度。
7.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，还包括电性连接所述线路载板与所述微型发光元件的导电结构，其中所述导电结构包括:第一接垫配置于所述线路载板的所述上表面且位于所述平坦层的通孔内，所述第一接垫连接所述平坦层的所述第一面的第二接垫于所述通孔内，且所述第一接垫与所述第二接垫非一体成型。
8.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第一接垫的材质不同于所述第二接垫的材质。
9.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第一接垫的电阻大于所述第二接垫的电阻。
10.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第二接垫对所述线路载板的投影面积与所述第一接垫对所述线路载板的投影面积的比值大于1，且小于等于10。
11.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述微型发光元件包括电性连接于所述第二接垫的第三接垫，所述第二接垫对所述线路载板的投影面积大于所述第三接垫对所述线路载板的投影面积，且所述第三接垫对所述线路载板的投影面积大于所述第一接垫对所述线路载板的投影面积。
12.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层延伸至所述第一接垫的部分顶面。
13.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第二接垫对所述线路载板的投影面积大于所述第一接垫对所述线路载板的投影面积，且所述第一接垫对所述线路载板的投影面积大于所述通孔对所述线路载板的投影面积。
14.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第二接垫包覆所述第一接垫。
15.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述微型发光元件包括电性连接于所述第二接垫的第三接垫，所述第二接垫包括朝向所述第三接垫的凹槽。
16.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述微型发光元件对所述线路载板的投影不重叠于所述通孔对所述线路载板的投影。
17.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述微型发光元件对所述线路载板的投影不重叠于所述第一接垫对所述线路载板的投影。
18.根据权利要求7所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述第二接垫凹陷于或是齐平于所述平坦层的所述第一面。
19.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层具有至少两通孔，所述至少两通孔中较靠近所述平坦层边缘的一者的长度小于所述两通孔中较远离所述平坦层边缘的一者的长度。
20.根据权利要求1所述的微型发光元件模块，其特征在于，所述平坦层的杨氏模数大于所述线路载板的杨氏模数。
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